ОС реального времени.

Системное и прикладное программное обеспечение

Для ПЛК существенное значение имеет не только быстродей­ствие самой системы, но и время проектирования, внедрения и возможной оперативной переналадки.

Системное программное обеспечение (СПО) непосредственно контролирует аппаратные средства ПЛК. СПО отвечает за тести­рование и индикацию работы памяти, источника питания, моду­лей ввода-вывода и интерфейсов, таймеров и часов реального вре­мени. Система исполнения кода прикладной программы является составной частью СПО. Система исполнения включает драйверы модулей ввода-вывода, загрузчик кода программ пользователя, интерпретатор команд и отладочный монитор. Код СПО располо­жен в ПЗУ и может быть изменен только изготовителем ПЛК.

Задачей прикладного программирования ПЛК является только реализация алгоритма управления конкретной машиной. Опрос входов и выходов контроллер осуществляет автоматически, вне зависимости от способа физического соединения. Эту работу вы­полняет системное программное обеспечение. В идеальном случае прикладной программист совершенно не интересуется, как подсоединены и где расположены датчики и исполнительные механиз­мы. Мало того, его работа не зависит от того, с каким контроллером и какой фирмы он работает. Благодаря стандартизации язы­ков программирования прикладная программа оказывается переносимой. Это означает, что ее можно использовать в любом ПЛК, поддерживающем данный стандарт.

Код прикладной программы размещается в энергонезависимой памяти, чаще всего это электрически перепрограммируемые мик­росхемы. Изменение кода прикладной программы выполняется пользователем ПЛК при помощи системы программирования и может быть выполнено многократно.

ОС реального времени.

Определение.Система называется системой реального времени (СРВ), если правильность ее функционирования зависит не только от логической корректности вычислений, но и от времени, за которое эти вычисления производятся.

То есть для событий, происходящих в такой системе, то, КОГДА эти события происходят, так же важно, как логическая корректность самих событий.

Чем располагает разработчик промышленной системы? В первую очередь это операционные системы, поддерживающие функционирование разрабатываемого приложения. В сфере промышленной автоматизации свой мир операционных систем - ОС реального времени (ОС РВ). Для VME-процессоров, например, существует 17 ОС (OS-9/OS-9000, VRTX/Spectra, VxWorks, PDOS, pSOS+, LynxOS, VMEexec, iRMX, C-Exec, QNX и т. д.), самая распространенная из которых - OS-9. Поскольку крупные компании-производители обеспечивают для своих процессоров и устройств ввода/вывода полную поддержку сразу нескольких ОС РВ, можно найти версии систем из приведенного списка для многих платформ: 68000, PowerPC, ix86, Pentium.

ОС РВ характеризуется прежде всего малым временем реакции на внешние события. Так, гарантированное время реакции системы на процессоре MC68040/25 МГц под управлением операционной системы OS-9 v3.0/Atomic составляет 3 мкс. Как правило, это многопользовательские многозадачные ОС, выполненные по технологии микроядра. Последние версии ОС имеют прерываемое микроядро, что гарантирует быструю реакцию на внешнее событие при любом состоянии системы.

Особенность большинства ОС - возможность стопроцентного размещения в памяти ядра, сетевого и графического обеспечения, драйверов и прикладных программ. Для встроенных бездисковых систем это чрезвычайно важно.

Традиционно ОС РВ делятся на "жесткие" и "мягкие". Система "жесткого" РВ должна без сбоев отвечать на внешние события в рамках заранее определенного интервала времени. Время ответа должно быть предсказуемым и не зависеть от текущего состояния системы. "Мягкая" ОС РВ тоже должна отвечать очень быстро, но гарантированное время ответа в ней не обеспечивается.

Здесь нужно отметить, что временные характеристики последних версий промышленных ОС практически стерли ранее существовавшую грань между двумя этими разновидностями. Сейчас OS-9, ранее считавшаяся "мягкой" ОС, практически не уступает классическим "жестким" ОС - pSOS+ и VxWorks.

На сегодняшний день существует более ста коммерческих ОСРВ. Есть множество бесплатных (или условно бесплатных) СРВ и систем, имеющих статус исследовательских или университетских проектов. К сожалению, в России хорошо представлены только несколько коммерческих систем (QNX, OS-9, VxWorks). QNX на сегодня является самой распространенной ОСРВ в России. К объективным причинам этого можно отнести засилье у нас архитектуры x86 фирмы Intel, к субъективным - наличие нескольких компаний, занимающихся дистрибуцией QNX. Многие популярные в Европе и США ОСРВ до сих пор практически не представлены на российском рынке.

Действительно, кроме базовой поддержки, предоставляемой ОС РВ, для создания ПО разработчику требуется развитый инструментарий, которого, конечно, больше в общецелевых системах. Нельзя сказать, что ОС РВ в этом отношении бедны - в них обычно поддерживаются сетевые протоколы, X Window, Motif, но конкурировать на равных им все же тяжело, особенно с новейшими инструментальными технологиями. С другой стороны, все ОС РВ имеют собственные среды разработки (FasTrack, Microtec, MasterWorks), чьи возможности в определенных аспектах превосходят аналогичные общецелевые средства, которые, например, не могут помочь разработчику систем РВ на финальных стадиях отладки, когда нужно измерять время выполнения программ и время реакции системы. Поэтому можно выбрать подход, при котором ОС общего назначения используются в качестве среды для разработки ПО целевого приложения реального времени, а в качестве среды исполнения применяется та или иная ОС РВ. В этом варианте загрузка и отладка целевого ПО производится с инструментального компьютера по сети.

Конечно, можно создать ПО системы автоматизации, опираясь только на общецелевые средства, однако цена такой разработки будет очень высока. Системы автоматизации - это такая же прикладная область, как, например, графика или САПР, и кроме универсального здесь нужен специализированный инструментарий.