Command Alkon公司应用eVM替换双控制盒实时解决方案,上海双维信息技术有限公司

Command Alkon公司应用eVM替换双控制盒实时解决方案

摘要

混凝土生产系统采用与Windows并行的TenAsys eVM软件、英特尔的虚拟化技术和高性能、多核的Intel体系结构采用单个系统完成可靠和安全支持原需多个通用操作系统和实时操作系统的应用。

Command Alkon在其专有软件COMMAND Batch应用上投入了数百万美元。全球成千上万的混凝土生产商依靠它来管理、控制和生产。促进混凝土的生产——一种极易变质的产品。它由一个实时应用程序去控制一个专用的，定制的硬件平台。Command Alkon客户以前已经使用了标准PC桌面的应用程序管理，另外使用专用的第二个“机盒”去执行实时功能。两者之间是通过网络连接起来和时常需要保持通信状态。

由于原来系统需要两套完整的硬件，采用双“机盒”解决方案昂贵。此外，原配置需要引入了几个额外的连接点，在这些点处都可能发生故障，包括两个系统之间的网络连接，第二机盒中的闪存驱动器等。软件支持也很困难，桌面应用程序必须为实时程序自动下载然后更新到第二机盒的处理器。为此功能需要每次新版本更新发布时进行大量定制、复杂、容错处理。 Command Alkon想要一个更高效、更可靠和成本更低的解决方案，希望能提供了更高的性能，并且更易于维护。他们曾经考虑将应用程序移植到可编程逻辑控制器(PLC)或新的运行时，但成本高昂的让他们难以接受。

通过部署TenAsys eVM for Windows嵌入式虚拟化平台软件和一个基于嵌入式多核英特尔体系结构的系统，并启用英特尔虚拟化技术，Command Alkon可以在更新的、更可靠的系统硬件上成功地运行其原应用程序，并消除其实时命令批处理软件所需的专用平台。TenAsys eVM确保了实时应用程序的确定性和绝对隔离性，并帮助命令批处理运行得更好。“在新平台上，” Command Alkon指挥部业务拓展高级经理兰迪·威拉曼(Randy Willaman)说，“这种解决方案将我们的软件寿命再延长了10年--至少延长了10年！”

混凝土工艺的准时性

当你停下来想一想，混凝土是一种易变质的产品，这一点怎么可能？毕竟，它是一种坚硬的东西，而且它看起来几乎是不可毁灭的。如此之多，以至于我们到处使用它：道路、桥梁、隧道、建筑物、平台等等。你可能会想：这有什么好变质的？

一旦混合，混凝土立即开始固化—这是一种化学过程，将最初的粘性物质转变成我们所熟悉的更坚硬的状态。事实上，混凝土从未停止弯曲。它必须在一定的时间内送到浇筑现场，否则就不能使用，必须加以处理。

要确保这一过程及时发生，涉及到许多基础设施变量：人们必须在正确的地方展开混凝土，机器必须泵出混凝土，流量必须适当地输送。“一旦开始浇水，你就需要完成整个工作。如果有什么事情中断了这一过程，你必须创建一条接缝来将一批混凝土连接到另一批，”威拉曼指出。

使这一过程更加复杂的是，工厂经理和调度员必须平衡特定工作的相互竞争的需求：需要多少与生产能力。一项工作可能同时需要几个不同的混合物。墙壁、竖井、地板-所有这些都使用不同类型的混凝土，有不同的成分和配方。还有一些供应链问题，包括确保当需要的时候，所有成分的可用性。所有这些都使具体业务成为物流业务。威拉曼这样总结说：“这一切都是关于可靠性的。”

Command Alkon提供支持整个生产过程和供应链的基础设施。他们的软件/硬件产品(即命令批处理)只是这一复杂基础设施的组成部分之一，但在具体生产的物流管理和控制中是一个关键要素。

命令批的实时组件确保了工厂可靠地生产正确类型的混凝土并在最佳时间交货的能力。同时，当工厂混合混凝土时，调度员和工厂操作员使用基于Windows的工具来操作事物的业务方面，平衡混凝土的消耗和工厂生产它的能力。为了有效地管理事物，实时应用程序和基于Windows的工具必须彼此保持可靠的通信。

落后的 “两盒”解决方案

由于嵌入式实时应用程序(如命令批处理)本质上是确定性的，需要访问专用的I/O设备和严格的时序处理能力，因此制造商通常使用专用硬件来运行它们。Command Alkon的案例就是如此。

目前在全球数千个站点安装的命令批处理产品是一种“双盒”解决方案，每个系统上都运行着软件的某些元素，并有一个网络连接，以便在它们之间进行通信。其中一个盒子是运行Windows操作系统的传统桌面PC。另一个控制Alkon亲切地称之为“砖头”的盒子是一个专用平台，用于控制定制硬件系统。

“砖头”提供了专用的、可靠的、确定性的支持。混凝土的实时生产。从Windows功能角度来看，专用“砖块”保证了低性能中断延迟、直接访问专用I/O设备，以及符合实时应用程序的性能和确定性需求的调度策略。不会有网络上其它事件会干扰逻辑进程，控制混凝土布置和混凝土生产。

虽然从实时控制的角度来看是可靠的，但双盒解决方案并不一定是理想的。用户必须为两个系统以及它们之间的连接提供维护和支持，两套完整的备件必须时刻放在手边。这增加了Command Alkon及其客户的运营成本。

双盒解决方案也比单一平台更容易受到攻击。例如，两个系统之间的连接会引入额外的潜在故障点，比如两套的电源供应，更不用说系统之间的额外连接了。

和许多工业自动化公司一样，Command Alkon发现自己陷入了一个成功的产品所处的两难境界--为一个老化的平台产品做升级设计和它的客户对变革的需求之间。一些人可能会认为这个解决方案很容易：转移到运行更新技术的工厂网络解决方案中。但是Command Alkon在软件代码上有数百万美元的投资需要考虑--这些代码是专为在基于Windows的平台和实时操作系统上同时运行而编写的代码。

将其遗留应用程序移植到非Windows工厂解决方案(如可编程逻辑控制器(PLCs))将成本高昂。威拉曼解释道：“我们在代码上投入了数百万美元，将其重新编写成新硬件将非常耗时和昂贵。是的，我们的客户希望获得更高的性能和更可靠、更便宜的平台。但PLC并不是实现它的很好的方法。”

考虑虚拟化

在拒绝PLC选项后，Comand Alkon转向了将其解决方案部署到一个虚拟化系统上的想法。理论是：通过将硬件划分为运行两个不同的操作系统，Comand Alkon可以在一个平台上同时运行实时应用程序和基于Windows的工具。一个直接的好处是：遗留代码可以在基于虚拟窗口的系统上运行。

但是，随着Comand Alkon工程师开始研究虚拟化解决方案，他们发现这些平台并不完全相同。首先，确定性和本机性能对于工业应用来说是至关重要的，因为系统处理需求的时间非常紧迫。而且，工业应用程序需要直接、本地访问专用I/O设备。在Comand Alkon的情况下，这意味着访问控制阀、秤、扫描器和其他设备。通过专用的I/O端口制造设备。它们使用砖块上的串行端口，并且需要在虚拟平台上建立类似的专用连接。

传统的基于软件的Windows虚拟化应用程序那些用于服务器场以提高系统利用率的技术，并不是为支持这种时间确定性和运算性能而设计。他们不了解实时优先级和延迟问题，无法区分时间关键点处理的需求。调度策略这些应用程序最大限度地利用了硬件，而不一定是这样基于实时性能的任务。

嵌入式虚拟化解决方案

所需的Command Alkon是一个嵌入式虚拟化解决方案，它支持基于Windows的应用程序和实时控制的时间关键处理和本机性能，这是TenAsys eVM为Windows虚拟化平台和基于硬件的intel虚拟化技术提供的解决方案。

用于Windows嵌入式虚拟化平台的EVM是为确定性和实时专用性能而设计的，并已通过验证，可以在使用英特尔虚拟化技术启用的多线程体系结构上运行。EVM软件确保英特尔CPU上的整个处理器核心用于实时应用程序的操作。应用程序本身将该核心视为自己的计算系统，并且不知道实际上正在共享任何平台资源。

TenAsys销售和营销副总裁Kim Hartman解释说：“您的时序敏感功能会立即由外部事件信号触发，实时应用程序立即执行，使用所有所需的本机处理性能访问i/o所需的行为。此外，intel芯片组的定向I/O功能确保eVM允许您的实时工业应用程序‘拥有’其I/O设备而不进行任何虚拟化。”这意味着任何同时运行的Windows应用程序都不能干扰硬件和软件虚拟化解决方案创建的安全分区。

TenAsys EVM为命令批处理解决方案提供了一个嵌入式虚拟化平台：

l 在专用核心或处理器线程上执行遗留应用程序和来宾应用程序的本机执行。

l 低中断延迟

l 直接、本机访问专用I/O

l 符合性能和确定性的调度策略

l 高性能处理器间通信

不再需要两盒解决方案！

“这可能是基于TenAsys EVM的Windows软件平台和英特尔虚拟化技术，并选择虚拟化解决方案的最大好处，” 威拉曼说，“这是巨大的，因为我们节省了支持和维护成本，手头只需要一套部件。”

Command Alkon客户还将享受更容易地部署统一解决方案。例如：“这很微妙，但很重要，因为我们现在可以使用TenAsys的工具将安装捆绑在我们的过程中，因此对我们和客户来说是无缝的。”

速度也是一个因素。“来自多核英特尔平台的额外处理能力为我们的软件提供了更好的整体性能，” 威拉曼补充说，“它在这个平台上运行得更好，更明确、更清晰、更可靠。

Intel虚拟化技术使定向I/O可用成为另一个好处。“它确实有助于为一个单独的NIC访问虚拟化和专用的I/O，为我们提供对基于网络的实时控制，”他补充道：“它完成了实时控制功能，并允许我们对整个硬件平台进行划分，使实时系统能够依赖于平台以确定性的方式提供服务。这是关键。”

对于Command Alkon来说，转向虚拟化平台解决方案很可能会将“我们的软件的寿命再延长十年--至少！”Willaman说。“我们的客户对我们的产品最看重的是我们的专有软件。只要它运行可靠、成本有效、易于维护，他们就会很高兴。这个解决方案给了他们所需的一切，使我们的业务更加有效。”

紧随其后是定制硬件的终结？

虽然指挥Command Alkon目前的重点是消除砖块，下一步将是从专有硬件转向更通用的工厂自动化硬件，以控制具体的生产。

威拉曼解释说：“TenAsys eVM for windows的令人兴奋之处在于，我们可以继续使用我们的实时软件，并将工厂自动化硬件作为i/o使用，而不必在新的i/o硬件中为处理器编写大量代码，当这种情况发生时，我们可能需要要求TenAsys增加更多的硬件驱动程序来与现场总线类型的i/o卡进行对话。”但我对EVM架构和公司的工程师有信心，我知道他们能够为我们完成这一任务。“

对Willaman来说，好处是显而易见的：“这进一步扩展了我们原来软件应用程序的生命和范围，这是我们解决方案的真正知识产权的价值。”

部署计划

许多嵌入式和工业客户只熟悉基于服务器软件的虚拟化应用程序，可能对基于硬件的嵌入式虚拟化解决方案的好处持怀疑态度。TenAsys eVM虚拟化平台和intel虚拟化技术是更先进的解决方案，它需要从另一个视角来看。虚拟化技术、先进的多核英特尔处理和特定于嵌入式的VMM解决方案有可能改造工业自动化业务，使其更高效、更可靠，而且维护成本更低。

证明嵌入式虚拟化是可行的：Command Alkon彻底审查了解决方案，并确信其可靠性和性能。计划向虚拟化的单盒版本的CommandBatch提供新客户，包括面向windows虚拟化平台的TenAsys eVM和基于双核英特尔体系结构的计算系统。

Intel虚拟化技术

英特尔虚拟化技术是基于硬件的加速器和安全功能的集合，可提高基于传统软件的虚拟化解决方案的基本灵活性和耐用性。通过加快虚拟化平台的关键功能—在CPU、芯片组和网络连接——英特尔虚拟化技术使平台能够像它们是独立的系统一样运行，但共享资源以实现最佳效率。英特尔虚拟化技术在处理器、芯片组、BIOS和网络连接中实施，创建了一个完整且独立的虚拟化平台。

l 通过使用硬件帮助来捕获和执行代表客户操作系统的某些指令，加快了客户操作系统和VMM之间的平台控制的传输；

l 使VMM能够安全地将特定的I/O设备分配给特定的客户操作系统，其中每个设备都有一个系统内存中的专用区域，仅由设备和指定的客户操作系统访问，从而从每个I/O事务中删除VMM；

l 通过执行设备队列和PCI-SIG单根I/o虚拟化(SR-IOV)功能，通过基于适配器的加速优化虚拟化网络。

l 英特尔的许多最新处理器、芯片组和I/O设备上都有英特尔虚拟化技术。

l TenAsys eVM for Windows虚拟化平台已在多线程和多核英特尔体系结构处理器和芯片组上验证。作为英特尔嵌入式联盟的成员，TenAsys可以尽早访问嵌入式英特尔路线图，以便当用户可以获得硅时，基于硬件的虚拟化可以由TenAsys eVM进行测试和支持。

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