實時系統(tǒng)的作用

對于機器人、高端制造業(yè)、醫(yī)療和過程控制（石油、天然氣和電力）業(yè)務(wù)來說，實時處理非常重要。這些行業(yè)依賴實時數(shù)據(jù)處理以不斷提高安全性、效率和可靠性。而確保這些行業(yè)的實時處理數(shù)據(jù)的一個關(guān)鍵因素是，系統(tǒng)要能夠?qū)崟r調(diào)度工作任務(wù), 優(yōu)先響應(yīng)、管理和執(zhí)行實時工作任務(wù)。

例如，現(xiàn)代汽車制造商依靠機器人在生產(chǎn)線上的協(xié)同工作來組裝汽車。機器人傳遞零件、鉆孔、焊接，或執(zhí)行安全檢查，都需要精確和連續(xù)地處理。在這些應(yīng)用中，實時系統(tǒng)不僅必須在已經(jīng)設(shè)定的、可預(yù)測的時間范圍內(nèi)處理數(shù)據(jù)，還必須確保關(guān)鍵任務(wù)（如安全相關(guān)任務(wù)）在不太關(guān)鍵的任務(wù)之前完成。

那么，如何確保數(shù)據(jù)按照設(shè)定的時間和方式處理呢？

答案是運用實時系統(tǒng)。

實時系統(tǒng)一般會提供以下功能：

ProCon NoTime：實時.NET執(zhí)行環(huán)境

ProCon NoTime是基于實時系統(tǒng)的.NET執(zhí)行環(huán)境，與Windows共同或獨立運行在一般工業(yè)計算機上。安裝ProCon NoTime之后，工程師可以用Visual Studio基于以往的習(xí)慣開發(fā)基于.NET語言（如C#，VB.NET等）的實時程序。

1.開箱即用

基于目前市場常見的實時系統(tǒng)，在開發(fā)時都需要面對不少問題：內(nèi)存管理、與現(xiàn)有開發(fā)工具的兼容性、實時系統(tǒng)SDK學(xué)習(xí)，以及后續(xù)穩(wěn)定性和可維護性挑戰(zhàn)。

而通過NoTime，工程師只需要將原本運行在Windows上的.NET機器控制程序，通過調(diào)用LoadNoTimeAPP接口等簡易操作，就可放到實時系統(tǒng)中運行，這樣工作重心就能轉(zhuǎn)移到設(shè)備運控及邏輯程序本身，無需擔(dān)心實時性的實現(xiàn)了。

同樣的程序運行在NoTime和Windows中會有顯著的不同，以下我們通過一些簡單的實驗來展示。

2.實時的用戶程序響應(yīng)

這是一個經(jīng)常出現(xiàn)的現(xiàn)象，一個外部信號進入控制系統(tǒng)，用戶希望收到信號之后立刻進行一些計算和判斷，然后進行某種形式的輸出。這類問題常見于各類視覺檢測應(yīng)用中。

物品運動的速度是200mm/s，假設(shè)收到外部信號后，需要進行1萬次浮點數(shù)運算，計算完成之后伺服電機急停。我們把相同的程序分別運行在Windows和NoTime環(huán)境中。（詳見視頻）

通過圖中的曲線可以看到Windows和NoTime兩種環(huán)境中的區(qū)別。

由于Windows并不是硬實時操作系統(tǒng)，而NoTime 125μs高精度線程可以精確地執(zhí)行用戶程序，所以這個結(jié)果是符合預(yù)期的。但是與傳統(tǒng)的實時系統(tǒng)不同，NoTime用戶并不需要其他額外的實時系統(tǒng)開發(fā)成本和SDK購買成本，直接使用標準的C#語言就可以獲得硬實時系統(tǒng)的效果。

這個實驗中用到了ProCon YKCAT2— —是基于windows和NoTime的運動控制庫，我們將在后續(xù)介紹。

3.實時通訊

不同于“虛擬機”，或者Windows設(shè)備驅(qū)動類實時系統(tǒng)，NoTime基于完整的實時操作系統(tǒng)，可以完全地管理PC的其他硬件。因此我們可以實現(xiàn)實時的PC與PC或PC與PLC的通訊。

相同的代碼，基于NoTime的Socket通訊，比基于Windows的更加穩(wěn)定和敏捷。

對于貼合綁定、檢測設(shè)備和疊片設(shè)備等來說，穩(wěn)定的PC通訊可以顯著縮短設(shè)備的CT，提高穩(wěn)定性。

4.藍屏機器控制

因為NoTime與Windows安全隔離，所以即使Windows因為病毒，兼容性等原因藍屏，NoTime依然可以穩(wěn)定運行，使設(shè)備始終處于受控狀態(tài)?？梢岳^續(xù)執(zhí)行關(guān)鍵的保護和安全任務(wù)，避免人員或產(chǎn)品的損失。（詳見視頻）

5.NoTime高精度線程：與PLC一樣的確定性，但是算力更強

基于PC的控制系統(tǒng)算力一般較強，但是一般認為計算周期的穩(wěn)定性要遜于PLC。基于NoTime 125μs高精度線程，用戶程序在125μs周期內(nèi)精確地執(zhí)行。每個周期可以執(zhí)行約1.3萬次浮點數(shù)運算（基于i5-8500，單核心）這樣就兼具了算力與運算周期穩(wěn)定的優(yōu)勢。

我們采集了每125μs的浮點數(shù)計算量，其中Windows管理intel i5-8500的5個核心，NoTime管理intel i5-8500的1個核心。如下圖可以看到兩者的對比：Windows響應(yīng)用戶程序的算力并不穩(wěn)定，有些周期只能計算數(shù)十次或沒有算力資源，這類情況需要等待Windows分配算力，造成用戶程序的卡頓。

以上，就是NoTime— —基于實時系統(tǒng)的.NET 執(zhí)行平臺。通過NoTime，軟件工程師可以幾乎無門檻地進入實時世界，同時繼續(xù)享用X86系統(tǒng)的高算力優(yōu)勢。

審核編輯：湯梓紅