Doppelte Bedienungs-Power

Multi-Core-Panel – Bedieneinheiten mit Dual-Core-Prozessoren können zugleich Steuerungs- und Visualisierungsfunktionen übernehmen. Voraussetzung dafür sind jedoch eine leistungsfähige Hardware und echtzeitfähige Betriebssysteme und deren optimale Integration.

22. Februar 2008

Immer mehr Maschinen- und Anlagenbauer suchen kompakte Bediengeräte, mit denen sich zusätzlich Steuerungs- und Visualisierungsaufgaben lösen lassen. Eine solche Vielfalt von Aufgaben erfordert allerdings leistungsfähige Pakete aus Hard- und Software, die optimal aufeinander abgestimmt sind. Entscheidend für Steuerungsfunktionen ist dabei vor allem ein echtzeitfähiges Betriebssystem. Moderne HMI-Systeme besitzen deshalb immer öfter Dual-Core-Prozessoren, die die Steuerungs- und Visualisierungsfunktionen parallel verarbeiten können.

Wie und ob diese hard- und softwaretechnisch getrennten Applikationen auf einem gemeinsamen Panel-PC-System zum Einsatz kommen können, hängt unter anderem ab von der bestehenden Betriebssystem-Kombination und den Echtzeitanforderungen der Applikation. Die Mehrheit der installierten Visualisierungslösungen basiert beispielsweise auf den Betriebssystemen Windows oder Linux, die keine harte Echtzeitverarbeitung ermöglichen. Bei Echtzeitsystemen sind andere Betriebssysteme bzw. Applikationen verbreitet, etwa Linux mit RT Patches, VxWorks, Windows CE, QNX, Integrity, LynxOS oder OSE. Ist bereits eine Visualisierung in die Steuerung implementiert, kommen Lösungen wie RTAI, RTLinux, VxWin, INtime, PikeOS oder RTX infrage. Die Installierung dieser unterschiedlichen Lösungen auf einem einzigen Hardwaresystem ist deshalb eine Herausforderung, die zahlreiche Kombinationsmöglichkeiten eröffnet.

Einfach ist die Integration bei Applikationen mit identischer Betriebssystem- und Hardware-Architektur, denn diese lassen sich in der Regel ohne gravierende Veränderungen auf ein einziges Multi-Core-System portieren: Entweder laufen beide Applikationen unter einem gemeinsamen Betriebssystem ohne Virtualisierung, oder es wird z. B. das Visualisierungssystem virtualisiert, was mehr Sicherheit für die Steuerung bedeutet, da die Prozesse voneinander getrennt sind und die Ressourcen der Steuerung vorbehalten bleiben können.

Aufwand bei heterogenen Systemen

Deutlich komplexer wird der Sachverhalt, wenn heterogene Applikationen aufeinander treffen. Abhilfe schaffen soll hier die Virtualisierung mittels Hypervisoren, auch Virtual Machine Monitors genannt. Die Hersteller von Betriebssystemen und Hypervisoren haben deshalb zahlreiche unterschiedliche Lösungen für industrielle Steuerungen entwickelt.

Besonders kritisch ist bei all diesen Ansätzen der Anspruch an deterministische Echtzeit. Auch ist bei der Wahl der passenden Virtualisierungstechnik nicht eindeutig, ob der Einsatz einer hardwarebasierten Virtualisierungstechnologie wie Intel VT oder AMD-V grundsätzlich Performancegewinne bringt. Letztlich muss der Entwickler also unabhängig von der Applikationsentwicklung viel Evaluierungsarbeit leisten, um die passenden Betriebssysteme bzw. Hypervisoren und die geeigneten Hardwareplattformen zu kombinieren.

Integrierte Pakete aus einer Hand

Große Hardware-OEMs bieten hier den Vorteil, dass sie ihre Kunden bei der Auswahl von Hard- und Software umfassend beraten können. So liefert zum Beispiel der Embedded- Computer-Hersteller Kontron aus Eching zu seinen Produkten serienmäßig auch die passenden BSPs, einheitliche APIs und Tools für die wichtigsten Standardbetriebssysteme. Zudem kooperiert das Unternehmen eng mit den führenden Betriebssystem-Anbietern und kann deshalb validierte und integrierte Hardware-Software-Pakete und Plattformen aus einer Hand anbieten.

Zahlreiche Betriebssystem- und Hypervisor-Lösungen integriert das Unternehmen zusammen mit Partnern, beispielsweise das für Panel-PCs interessante Betriebssystem INTime, das ein schnelles Echtzeit-Betriebssystem als Erweiterung für die Windows-Welt zur Verfügung stellt. INTime ist insbesondere für neue Applikationen interessant, die zum Beispiel für Visualisierungsfunktionen oder für die ERP-Anbindung eng an die Windows-Welt gekoppelt werden.

Eine Vielzahl anderer Konfigurationen lässt sich auf Anfrage beispielsweise auf Basis des Industrie-PCs V-Box und dem darauf basierenden V Panel Express mit integriertem Display umsetzen. Diese Hardwareplattformen sind weit skalierbar bis hin zu Intel Multi-Core-Prozessoren mit zweimal 2,0 GHz und zwei GByte RAM und bieten so beste Voraussetzungen, um auch anspruchsvolle Applikationen zu verarbeiten. Zahlreiche Anschlussmöglichkeiten, wie zwei serielle Schnittstellen, bis zu 5 USB-Ports, 1 x DVI sowie 2 x LAN 10/100/1.000 Base-TX, ermöglichen in einfacher Weise die kundenspezifische Anpassung der Funktionalitäten. Zusätzlich stehen zwei freie PCI-Slots für applikationsspezifische Erweiterungskarten zur Verfügung.

Peter Widmann, Ingrid Hildebrandt, Kontron AG/bt

Erschienen in Ausgabe: 01/2008