Windows實時擴展的現狀

眾所周知，Windows 操作系統(tǒng)實時性差，不適合在實時性要求高的應用場景使用。

于是，不少廠商為挽留 Windows 用戶，并能繼續(xù)使用 Windows 強大的圖形化界面，紛紛推出基于 Windows 環(huán)境的實時應用。

這里，我們要先排除一個誤區(qū)，即 Windows 下的實時擴展并不能使 Windows 本身改造成為實時操作系統(tǒng)（RTOS），而是通過專有實時環(huán)境與 Windows 并行（有時甚至嵌入到 Windows 中）來實現實時功能擴展。

然而，并非所有的 Windows 實時擴展使用的方式都相同，實時擴展環(huán)境的開發(fā)者往往需要多方面綜合考慮專有環(huán)境的可用性。

這對于使用者來說是一個不小的挑戰(zhàn)，因為他們必須重新學習并使用該 Windows 實時擴展的專有環(huán)境來開發(fā)實時應用程序。

此外，他們必須依靠實時內核或環(huán)境的供應商提供的功能來決定要實現的功能，有時可能會耗費大量時間調試，甚至最終可能導致功能的缺失。

LxWin — 一個不同的Windows實時解決方案

Acontis 最新的 Windows 實時擴展解決方案 LxWin 與傳統(tǒng) Windows 實時擴展的工作原理不同，它提供了一種新穎的替代方案，可以給需要運行實時應用程序的用戶一個更好的選擇。

首先，LxWin 在實時應用程序和非實時 Windows 之間使用了一種更加高效的隔離方法。

LxWin 沒有使用專有的 RTOS 或實時環(huán)境，而是在 hypervisor 環(huán)境之上嵌入了 Linux 硬實時內核。與傳統(tǒng)的實時擴展相比，hypervisor 環(huán)境至關重要，可確保與 Windows 更好的隔離。

Linux-RT是最流行的RTOS

此外，LxWin 使用開源 Linux 作為RTOS，而非專有 RTOS，這是一項關鍵因素。

在過去的幾年中，Linux 已成為工業(yè)實時應用中使用最廣泛的操作系統(tǒng)。這意味著開發(fā)人員可以使用開源社區(qū)為 Linux 提供的所有流行工具和軟件包，無需學習新的特殊RTOS。

在 Windows 實時擴展中，將 Linux 用作 RTOS，對于需要實時行為的工業(yè)應用來說是非常合適的。

最初，實時Linux 開發(fā)工作是由Open Source Automation Development Lab（OSADL）驅動的，AMD、英特爾、寶馬、羅氏、Phoenix Contact 和 KUKA 等主要公司都是該組織的成員。

2016年，隨著實時 Linux 的開發(fā)變得越來越流行，Linux 基金會接管了該項目，將主線 Linux 內核本身變?yōu)閷崟r操作系統(tǒng)（有關更多信息，請參見 Real Time Linux 項目網站）。

由于 Acontis 所處的獨特地位，使得我們可以看到工業(yè)應用上使用最廣泛的操作系統(tǒng)的趨勢。

今天，盟通的 EtherCAT Master 軟件EC-Master 支持超過25種不同的操作系統(tǒng)，它通常需要在實時操作系統(tǒng)中運行才能獲得最佳的性能，其中Linux 是最受歡迎的選擇。

如下圖所示，在所有使用 EC-Master 客戶中，超過35％的人使用 Linux，并且越來越多的新客戶選擇Linux，希望這一比例會繼續(xù)增加。

除了 EtherCAT 應用程序，現在整體的工業(yè)市場中也正有這種大趨勢。越來越多的機器設備、運動控制、機器人控制、PLC、半導體制造設備以及測試解決方案的全球領先供應商都已經開始實施 Linux-RT，其他傳統(tǒng)的實時操作系統(tǒng)逐步被取代。

Linux實時性內核的市場挑戰(zhàn)

當然，將 Linux 用于實時應用程序仍然存在著一些挑戰(zhàn)，最困難的任務之一是為實時行為配置 Linux 內核。

在將主線 Linux 內核完全實現為實時內核之前，開發(fā)人員必須為內核打一些補丁并重新配置內核以實現實時性。這些補丁通常稱為 RT-PREEMPT，補丁的數量往往不止一個，但也并非所有補丁都必須。

Acontis LxWin 的優(yōu)勢就在于，開發(fā)人員根本不需要理會 Linux 內核配置和構建， LxWin 附帶的 Linux 內核已經提供補丁、配置和硬實時內核的測試功能，最終可以實現非常短的周期時間，可低至50微秒。

Linux的優(yōu)勢

除了作為實時內核之外，Linux 本身帶來的可用優(yōu)勢也有很多，如：Socket 套接字，完整的 POSIX API，用戶空間/內核空間隔離，多任務處理和多進程等復雜功能。

當今市場上，幾乎所有的硬件都可以使用 Linux 的驅動程序，這意味著開發(fā)人員無需等待專有的實時擴展平臺的供應商實現或發(fā)布特定的驅動程序。

另外，借助 Linux 可以使用大量的軟件庫、協(xié)議棧和中間件（包括開源代碼和封閉源代碼的商業(yè)產品）：C++ STL、Boost、Corba、OPC / UA、DDS、AVB / TSN、EtherCAT、PROFINET、基于軟件的 PLC、運動控制庫、CNC解決方案等等。

當然，由于 Linux 的開源的性質，Acontis LxWin 附帶的所有 Linux 組件代碼也是開源的。如有需要，客戶可以深入調試內核，即 LxWin 的客戶可以獲得整個 Linux 源代碼的解決方案，以確保其對軟件的最大控制權。

最后，使用 LxWin 的開發(fā)人員無需放棄他們偏愛的 Microsoft 開發(fā)環(huán)境，這意味著使用 Microsoft Visual Studio 完全支持實時應用程序的軟件開發(fā)和調試。

審核編輯 ：李倩