Oft benötigen Maschinen neben einem Echtzeitbetriebssystem ein weiteres Betriebssystem. Dieses wird für Anwendungen wie Datenaggregierung und -übertragung in die Cloud, Business-Intelligence-Analysen oder aufwendige Visualisierungen verwendet. Bisher waren in solchen Fällen meist zwei Hardware-Geräte erforderlich. Mit dem Einsatz eines Bare-Metal-Hypervisors lassen sich beide Funktionen ohne Nachteil auf einem Industrie-PC vereinen.
Moderne Steuerungen und Echtzeitbetriebssysteme sind sehr leistungsfähig und decken eine Vielzahl von Funktionen ab. Dennoch kann es sinnvoll sein, weitere Funktionen mit zusätzlicher Software auf einem anderen Betriebssystem abzudecken. „Spezielle Programme für Simulationen oder 3D-Visualisierungen laufen zum Beispiel häufig auf Linux- oder Windowssystemen“, erklärt Gerd Lammers, Geschäftsführer von Real-Time Systems. Auch Webanwendungen laufen nicht auf gängigen Echtzeitsystemen, sondern in Linux- oder Windows-Umgebungen.
Niedrigere Kosten
Es ist problemlos möglich, getrennte Hardware für Steuerung und weitere Funktionen zu nutzen. „Die Vorteile einer integrierten Lösung sprechen jedoch für sich“, erklärt Lammers: Der Platzbedarf im Schaltschrank sinkt und die Kommunikation wird schneller abgewickelt. Zudem werden die zur Verfügung stehenden Hardware-Ressourcen besser ausgenutzt. Die Kosten sinken.
Seit vielen Jahren werden Virtualisierungslösungen verwendet, um mehrere Betriebssysteme auf einem Hardware-Gerät einzusetzen. „Die Virtualisierungstechnologie hat jedoch einen gravierenden Nachteil“, erklärt Manfred Mitterbuchner, Technology Manager Automation Software bei B&R: „Die Betriebssysteme beeinflussen sich gegenseitig. Stürzt eines ab, sorgt das auch für Probleme beim anderen. Ist eines der Betriebssysteme für die Steuerung einer Maschine oder Anlage zuständig, kann das gravierende Folgen haben – vom ungeplanten Stillstand bis hin zu Maschinenschäden oder gar Verletzungen.“
Keine negative Beeinflussung
Es bedarf also einer Lösung, die die gegenseitige Beeinflussung verhindert. „Es darf kein Host-Betriebssystem geben, auf welchem das andere System läuft“, stellt Mitterbuchner klar, „und die Lösung muss so performant sein, dass die Echtzeitfähigkeit erhalten bleibt.“ Das funktioniert nur, wenn die vorhandene Hardware eindeutig einem Betriebssystem zugeordnet ist. Möglich ist das mit einem sogenannten Bare-Metal-Hypervisor. „Bare Metal deshalb, weil der Hypervisor direkt auf der Hardware läuft und nicht an ein Betriebssystem gebunden ist.“
B&R hat in Zusammenarbeit mit dem Unternehmen Real-Time Systems einen Bare-Metal-Hypervisor in sein Automatisierungssystem integriert. Dieser ermöglicht, dass das Echtzeitsystem Automation Runtime und ein allgemeines Betriebssystem gemeinsam auf einer Hardware laufen.
Manfred Mitterbuchner, Technology Manager Automation Software bei B&R
Exakte Zuteilung aller Ressourcen
„Der Hypervisor ermöglicht eine exakte Zuordnung aller verfügbaren Hardware-Ressourcen“, betont Mitterbuchner. Neben Prozessorkernen, Arbeitsspeicher und Ethernet-Schnittstellen können auch USB-Schnittstellen und einzelne Ports eindeutig einem Betriebssystem zugeordnet werden. „Zudem unterstützen wir die allerneueste Intel-Technologie auf diesem Gebiet“, ergänzt Gerd Lammers, „mit der Cache Allocation Technology wird auch der Last-Level-Cache aufgeteilt und klar einzelnen Betriebssystemen zugeordnet.“ Dadurch wird eine maximale Stabilität aller Betriebssysteme ermöglicht.
Einfache Konfiguration
Die Konfiguration des Hypervisors ist denkbar einfach: In der B&R-Automatisierungs-Software Automation Studio wird der Hypervisor aktiviert und anschließend die Zuteilung der Ressourcen vorgenommen. Die Installationsdatei wird anschließend auf einem USB-Stick gespeichert und auf dem Zielsystem über ein Bootmenü ausgeführt. „Und schon ist der Hypervisor startklar“, sagt Mitterbuchner.
Als allgemeines Betriebssystem (General Purpose Operating System – GPOS) können aktuelle Windows- und Linux-Versionen verwendet werden. Während bisherige Parallelisierungs-Lösungen speziell auf eine Windows-Version zugeschnitten waren, ist der Hypervisor vollständig unabhängig von der Version der verwendeten Betriebssysteme. Updates, Patches oder Upgrades können ohne Probleme und ohne Umwege installiert werden. Das ist besonders wichtig, da immer mehr Industrie-PCs direkt mit dem Internet verbunden sind.
Gateway für das IIoT
„Der Hypervisor ist ideal dafür, eine Industrie-Steuerung zu einem Edge-Gerät oder IoT-Gateway zu machen“, ergänzt Mitterbuchner. Dazu schickt das Echtzeitbetriebssystem (Real-time Operating System – RTOS) über eine virtuelle Ethernet-Schnittstelle ausgewählte Daten an eine Anwendung auf dem GPOS. Dort werden die Daten verdichtet und über OPC UA an übergeordnete Systeme geschickt. Diese können sich auch in der Cloud befinden.
Der RTS-Hypervisor läuft auf jedem B&R-Industrie-PC mit mindestens zwei Prozessorkernen. Anwender haben dabei eine breite Auswahl vom ultrakompakten Automation PC 2200 mit Intel-Atom-Prozessor bis hin zu leistungsstarken i7-Prozessoren im Automation PC 910. Mitterbuchner: „Durch die Kombination des Hypervisors mit unserer breiten Palette an Industrie-PCs kann sich der Anwender für jede Applikation die optimale Lösung zusammenstellen.“
Über Real-Time Systems
Real-Time Systems ist ein global agierender Hersteller von Hypervisor-Technologie und auf Echtzeit-Virtualisierung spezialisiert. Das Unternehmen mit Hauptsitz in Ravensburg, wurde 2006 gegründet und ist seit Anfang 2018 ein Unternehmen der congatec AG, mit Partnern in Europa, USA und Asien. Weitere Informationen gibt es im Internet unter www.real-time-systems.com.