Windows系統是當前面向用戶應用最多的操作系統之一，該系統配套有成熟且豐富的軟件開發程序，如Eclipse和Visual Studio等。然而，Windows操作系統由其特性決定了其不能保證系統行為的確定性和可預測性，難以直接應用于實時領域，此時，則需要對Windows進行實時擴展。為幫助客戶更好地進行開發，北京盟通科技將向您介紹和推薦不同場景下的Windows實施擴展產品，為您的開發提供更多選擇。
LxWin 實時Hypervisor:
Windows + Real-time Linux
現今，Linux已經成為最流行的實時操作系統。得益于其確定性的硬實時能力，完善的開發工具和配套的板級硬件驅動和軟件的支持，吸引了眾多領先的工業控制器制造商使用它開發產品。典型的應用包括帶有高實時性需求的PLC、運動控制器、數控系統等。
使用LxWin Hypervisor可以將Windows和非常快速的實時Linux并行運行，面對大量的Linux驅動程序：如現場總線控制器、GigE攝像機系統、通信協議棧（EtherCAT，Profinet，OPC，OPC UA，TSN等）或復雜的軟件解決方案（例如CNC控制器或PLC）時，客戶可以直接使用這些驅動程序，不需要重新在LxWin下重新進行任何更改。
在上述案例中，客戶通常需要構建多種跨操作平臺、應用于不同形式對象的應用方案，在這類客戶應用方案中客戶需要分別部署基于Windows的GUI系統和基于Linux的控制器兩個獨立的部分，LxWin對此需求的解決方法則是將應用整合到單個硬件上，進而讓用戶能使用更為熟悉的Eclipse或Microsoft Visual Studio（從VS 2015開始）等軟件來完成設計。(點此了解下載Eclipse或者Microsoft Visual Studio )
acontis 公司的Windows實時擴展方案包括兩個重要的組成部分。首先，實現環境可以在不同的實時操作系統之間選擇。我們推薦用戶使用Linux RT Preempt或RTOS-32 Ontime系統作為實時環境。當然客戶也可以選擇VxWorks、QNX、WinCE以及自行開發實時操作系統作為實時環境。
圖1 LxWin設計思想
LxWin 系統預覽
圖2 實時環境框架圖
圖2是選擇Real Time Linux 作為實時環境的框架示意圖。控制器廠商在Windows上開發的非實時應用程序和客戶圖形界面可以繼續保留在Windows系統下，而EtherCAT主站、運動控制算法等實時應用需要運行在Linux RT Preempt實時環境中。圖2中同樣可以看出，Windows操作系統和實時Linux系統被隔離在不同的CPU核和不同的內存空間中，兩個操作系統相互獨立，并分別獨立控制被分配給其的硬件。隔離帶來的好處顯而易見，兩個系統的隔離可以在一個系統出現異常時，比如Windows被某個應用阻塞或者藍屏時，實時Linux下的應用程序將繼續正常運行而不受Windows故障狀態的影響。LxWin方案對實時應用程序部分和非實時Windows部分設置了隔離的方法。 LxWin在hypervisor基礎上嵌入了Linux硬實時內核。 該hypervisor環境是關鍵，可確保實時性能以及與Windows的隔離。
重要特性
LxWin有以下重要特性：
- 支持實時Linux-32位和64位；
- 支持Linux Yocto；
- 可以在一個或多個CPU內核上運行Linux；
- 快速中斷處理和極短線程延遲；
- 在Windows藍屏發生后，Linux繼續運行而且沒有實時損失；
- 支持Windows 7,8,10-32/64位；
- 可選用英特爾?VT，VT-d硬件虛擬化以增強魯棒性；
- 第三方Linux應用程序和驅動程序無需修改即可運行；
- 搭建Windows和Linux之間的虛擬網絡連接（用于應用程序級TCP/IP通信和本地調試）；
- 共享內存，事件，互鎖數據訪問，可實現應用級高速通信；
- 可以實現更高級別的Windows/Linux通信：管道，消息隊列和實時套接字；
- 支持TSN協議棧，集成了acontis technologies的EtherCAT主站協議棧解決方案。
使用LxWin的優勢
硬件整合
- 節省了第二個控制系統或者功能擴展卡；
- 隨著硬件組件的減少，增加了MTBF（平均無故障時間）；
- 可以搭建更緊湊的控制器。
軟件整合
- 與Linux完全兼容的快速學習曲線；
- 使用功能強大的開發工具（Visual Studio，Eclipse）對實時應用程序，通信協議和GUI進行編程；
- 可重用現有的Linux軟件。
可擴展性
- 將現有Linux應用程序集成到Windows環境中，無需額外的硬件成本；
- 在嵌入式系統上使用相同的Linux應用程序，例如，基于ARM體系結構的應用。
典型應用
- 基于PC的自動控制（PLC，運動控制、其他控制器）；
- 實時數據測試和數據采集；
- 在同一臺PC上通過添加Windows功能來擴展現有的Linux應用程序；
- Linux原型：在具有完全硬件訪問權限的常規PC上開發和測試Linux軟件。
LxWin 截圖
Windows實時擴展使用Linux RT Preempt作為實時環境，因此這個解決方案被命名為LxWIN。LxWIN包含了已經做過實時性能優化的實時Linux系統，使用Visual Studio作為應用開發IDE，以及圖形化配置界面，如圖3所示。即使缺乏Linux經驗的用戶，也可以在較短的時間內開發標準的EtherCAT應用。
圖3.LxWIN圖形化配置界面
LxWin方案運行如圖4：
在Windows啟動后啟動Linux
在調試終端上打印Linux啟動信息
Linux使用虛擬網絡作為調試接口
通過Linux控制Intel PRO/1000網卡
圖4.LxWin運行過程
架構
圖5.LxWIN體系架構
支持與服務
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