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Outre le système d'exploitation temps réel, bon nombre de machines ont également besoin d'un système d'exploitation supplémentaire pour accomplir des tâches comme l'agrégation de données, la transmission de données au cloud, les analyses BI, ou encore l'exécution d'applications de visualisation complexes. Pour répondre à ce besoin, il fallait jusqu'à présent deux entités matérielles distinctes. Désormais, avec l'hyperviseur "bare-metal", les deux systèmes peuvent être mis en œuvre sur un seul et même PC industriel sans impacter les performances.

Les contrôleurs et systèmes d'exploitation temps réel actuels sont extrêmement performants et capables de prendre en charge une multitudes de fonctions. Cependant, il est souvent plus judicieux de recourir à un système d'exploitation séparé pour l'exécution de fonctions additionnelles. "Les programmes spécialisés pour des simulations ou des animations 3D s'exécutent souvent sur des systèmes Linux ou Windows," explique Gerd Lammers, président de Real-Time Systems. Il en va de même pour les applications web.

L'hyperviseur de RTS permet d'allouer toutes les ressources matérielles sans aucune ambiguïté.

Reduction des coûts

Utiliser deux entités matérielles distinctes pour les fonctions de contrôle et les autres fonctions ne pose aucun problème. "Néanmoins, les avantages que présentent une solution intégrée parlent d'eux-mêmes," explique G. Lammers. La communication est plus rapide, et l'encombrement dans l'armoire électrique minimisé. En outre, les ressources matérielles disponibles sont mieux exploitées, Conséquence : les coûts diminuent.

Depuis de nombreuses années, la solution retenur pour utiliser plusieurs systèmes d'exploitation sur une seule et même plateforme matérielle est la virtualisation. "La virtualisation présente un inconvénient majeur," explique Manfred Mitterbuchner, Technology Manager Automation Software chez B&R. "Les systèmes d'exploitation interfèrent l'un avec l'autre. Si l'un deux plante, cela causera des problèmes sur l'autre. Si un des systèmes d'exploitation a en charge le contrôle d'une machine ou d'une ligne, cela peut avoir de graves conséquences et entraîner, par exemple, un arrêt machine imprévu, des dommages matériels sur une machine, voire des dommages corporels.

Pas d'interférence entre les systèmes

Il faut donc une solution écartant tous risques d'interférence entre les deux systèmes. "Il ne peut donc y avoir un système hôte sur lequel s'exécute un autre système," souligne M. Mitterbuchner, "et les performances doivent être suffisantes pour conserver la capacité temps réel." Ceci n'est possible que si le matériel est alloué à chaque système d'exploitation sans aucune ambiguïté. L'hyperviseur "bare-metal" permet précisément cela. "'bare-metal' signifie que l'hyperviseur s'exécute directement sur le matériel au lieu d'être lié à un système d'exploitation."

En collaboration avec la société Real-Time Systems, B&R a intégré un hyperviseur bare-metal dans son système d'automatisation. Le système d'exploitation Automation Runtime peut ainsi fonctionner en même temps et sur le même matériel qu'un système d'exploitation généraliste.

"Avec l'hyperviseur, plusieurs systèmes d'exploitation peuvent s'exécuter en même temps sur le même appareil tout en restant complètement indépendants les uns des autres." – Manfred Mitterbuchner, Technology Manager - Automation Software, B&R

Allocation exacte des ressources

"L'hyperviseur permet une allocation exacte de toutes les ressources matérielles disponibles," souligne M. Mitterbuchner. Les cœurs de processeur, la RAM, les interfaces Ethernet peuvent être assignés à un système d'exploitation spécifique, de même que les interfaces USB et les autres ports. "Dans ce domaine, nous supportons aussi les technologies Intel les plus récentes," ajoute G. Lammers. "Avec la technologie Cache Allocation, le cache de dernier niveau peut être également subdivisé et alloué à différents systèmes d'exploitation sans aucune ambiguïté. La stabilité des deux systèmes d'exploitation est ainsi maximisée.

Configuration simple

Configurer l'hyperviseur est particulièrement simple. Dans l'environnement d'ingénierie Automation Studio de B&R, l'utilisateur active l'hyperviseur puis alloue les ressources matérielles. Le fichier d'installation est ensuite sauvegardé sur une clé USB, puis installé sur le système cible via un menu de démarrage. "L'hyperviseur est alors déjà prêt à fonctionner," indique M. Mitterbuchner.

Le système d'exploitation généraliste (GPOS) peut être la toute dernière version de Linux ou Windows. Les solutions de parallélisation précédentes étaient conçues pour une version spécifique de Windows. L'hyperviseur est quant à lui complètement indépendant des systèmes d'exploitation utilisés et de leur version respective. Les mises à jour, les patches et les upgrades peuvent ainsi être installés simplement et sans détours. Le nombre grandissant de PC industriels connectés à Internet rend cette simplicité d'autant plus appréciable.

L'hyperviseur fonctionne sur n'importe quel PC industriel de B&R, de l'Automation PC 2200 ultra-compact à l'Automation PC 910 haute performance avec processeur XEON.

Passerelle pour l'IoT Industriel

"L'hyperviseur est la solution idéale pour convertir un contrôleur industriel en contrôleur Edge Computing ou en passerelle IoT," ajoute M. Mitterbuchner. Le système d'exploitation temps réel (RTOS) utilise une interface Ethernet virtuelle pour envoyer des données à une application s'exécutant sur le GPOS. Une fois transférées aux applications du GPOS, les données sont compressées puis envoyées via OPC UA à des systèmes de niveau supérieur. Ces derniers peuvent aussi se trouver dans le cloud.

L'Hyperviseur de RTS fonctionne sur l'importe quel PC industriel B&R doté d'un processeur à au moins deux cœurs. Les utilisateurs ont ainsi un large choix, depuis l'Automation PC 2200 ultra-compact avec processeur Intel Atom jusqu'à l'Automation PC 910 avec processeur XEON. M. Mitterbuchner : "En combinant l'hyperviseur avec notre large gamme de PC industriels, les utilisateurs peuvent composer la solution optimale pour n'importe quelle application."

A propos de Real-Time Systems

Spécialisée dans la virtualisation temps réel, la société Real-Time Systems fournit des technologies hyperviseur dans le monde entier. Son siège social est basé à Ravensburg en Allemagne. Fondée en 2006, elle appartient depuis le début de l'année 2018 à congatec AG, comme d'autres sociétés partenaires en Europe, aux USA et en Asie. Pour en savoir plus : www.real-time-systems.com.

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