MetaOS: Анализ технологии промышленной операционной системы, объединяющей открытую архитектуру и Интегрированное управление и вычисления
В процессе перехода промышленной автоматизации к интеллектуализации ключевыми вызовами стали реальность времени, надежность, открытость и возможность совместной работы между вычислениями и управлением. Традиционные промышленные системы управления часто полагаются на стактировку нескольких аппаратных устройств (например, PLC, промышленных компьютеров, карт движения и т.д.), что приводит к высокой сложности системы, длительному циклу разработки и большим затратам на обслуживание. Также требования промышленных сценариев к определенному выполнению задач, массовой передаче данных, совместимости с разными протоколами становятся все более жесткими. MetaOS основывается на открытой архитектуре Интегрированного управления и вычисления, разработала собственную распространяемую версию Yocto и с помощью двойного ядра, смешанного развертывания и виртуализации перестраивает технологический парадигму промышленных операционных систем.
Разбор технической архитектуры: Интегрированное управление и вычисления в двух доменах, раскрытие потенциала промышленных вычислительных мощностей
MetaOS использует уникальную конструкцию двойного ядра, глубоко объединяя реальное время микрок ядро (Real Time Hybird Kernel) и универсальное ядро, образуя режим разделения труда между «реальным временем доменом» и «нереальным временем доменом», которые как изолированы, так и сотрудничают:
- Реальный время домен: Основывается на реальном времени микрок ядре, поддерживает планирование жестких реальных времени задач. Период задачи может быть до 50 мкс, время отклика на прерывание — до микросекундного уровня с минимальным дрейфом, что гарантирует высокую точность и определенность промышленного управления.
- Нереальное время домен: Основывается на ядре Linux, предоставляет обширную программную экосистему, сетевые функции и графическое разработческое окружение, поддерживая такие нереальные времени задачи, как большие AI-модели, обработка изображений, крайне вычисления и т.д.
Механизмы изоляции и совместной работы двух доменов:
Виртуализация ресурсов: С помощью технологии Hypervisor аппаратные ресурсы (CPU, память, периферия и т.д.) абстрагируются и распределяются между двумя доменами по мере необходимости, обеспечивая эффективное планирование ресурсов.
- Сверхбыстрая коммуникация: Между доменами через технологию совместного использования памяти ACP достигается синхронизация данных на микросекундном уровне, что удовлетворяет требованиям реального времени коммуникации в массовых промышленных сценариях.
- Базовая изоляция: В нереальном времени домене могут работать такие операционные системы, как Windows, UOS, openEuler и т.д. Аномалии в нереальном времени ОС (например, синевое экранирование Windows) не повлияют на работу реального времени домена, что обеспечивает высокую надежность системы.
Богатый набор сервисов при малом размере, быстрое стартование
Ключевые технологические особенности: Практичные инновации, ведущее изменение в промышленных операционных системах
1. Технология двойного ядра: Совмещение двух преимуществ
- Преимущества реального времени ядра:
- Определенное планирование: Поддерживает стратегии, такие как抢占ивная по приоритету, FIFO (первый пришел — первый обслужен), RR (распределение по временным квантам), время переключения задач ≤5 мкс.
- Жесткие реальные времени характеристики: По сравнению с патчем Linux Preempt RT, реальное время микрок ядро имеет меньшую задержку и дрейф. При полной нагрузке CPU и GPU удовлетворяет жесткому требованию дрейфа цикла коммуникации EtherCAT ≤25 мкс.
Управление множеством осей: Может поддерживать синхронное управление более чем 256 осями, подходит как для высокоточных роботов и ЧПУ станков, так и для сценариев с большим количеством осей (например, сортировка кремниевых пластин).
Совместимость с экосистемой Linux: Плотно интегрирует инструменты разработки и сервисы приложений, такие как Python, ROS2, базы данных, что позволяет разработчикам быстро переносить AI-модели, компоненты роботов или развертывать сервисы приложений.
2. Технология виртуализации: Много систем на одном устройстве, гибкое расширение
- Виртуализация с низкими затратами: Hypervisor напрямую подключается к аппаратуре, поддерживает работу гетерогенных систем, таких как Кирилл, Ойлер, Windows и т.д., затраты на виртуализацию менее 7%. Обеспечивает прямое подключение виртуального окружения к устройствам CPU, USB, PCIe и т.д., удовлетворяя требованиям совместной работы нескольких систем в сценариях крайних вычислений.
- Динамическое распределение вычислительных мощностей: Гибкое динамическое распределение CPU-мощностей по мере необходимости, обеспечивая баланс ресурсов между AI-выводом и реальным временем управлением.
3. Открытость и совместимость с разными архитектурами
Поддержка гетерогенных вычислительных платформ: Адаптируется к гетерогенным платформам, таким как X86, Хайгуан (Hygon) и т.д., поддерживает видеокарт GPU, позволяет расширять GPU-мощности, перемещая большие вычислительные мощности к краю, упрощая аппаратную интеграцию для интеллектуализации, снижая аппаратные затраты и повышая производительность.
Инструменты разработки и поддержка экосистемы: Понижение порога, ускорение инноваций
MetaOS предоставляет полный стек инструментов разработки, помогая разработчикам быстро создавать промышленные приложения:
- Кроссплатформенные компиляторы: Поддерживают IDE, такие как VSCode, быстро компилируют реальные/нереальные времени программы, совместимы с стандартами C/C++ и POSIX, предоставляют шаблоны Makefile и CMake, поддерживают динамические, статические библиотеки и смешанную компиляцию, снижая сложность конфигурации.
- Промышленные журналы: Гибкие настраиваемые стратегии ведения журналов, механизмы предотвращения переполнения памяти (например, ротация журналов) и продления жизни хранилищ, простые в использовании SDK и руководства для сервисов журнала.
- Контроль состояния: Мониторинг аппаратуры, реального времени и виртуального окружения, быстрое отслеживание аномалий через анализ журналов.
- Широкая поддержка промышленных протоколов: Поддерживает собственные мастер станции EtherCAT компании Sinsegye, Codesys, Igh, CanFestival и другие промышленные протоколы, а также различные промышленные коммуникационные протоколы.
- Эффективная разработка: С помощью шаблонных и примерных руководств разработки помогает быстро создавать реальные времени приложения. Также предоставляет интерфейсы POSIX, системные вызовы ARI и реальную библиотеку LibCobalt, упрощая разработку программ для управления движением и сбора данных.
MetaOS с своей двухдоменной архитектурой, жесткими реальными времени характеристиками и открытой экосистемой становится «прорывным игроком» в области промышленных операционных систем. Она не только решает проблемы традиционных систем с реальностью времени, совместимостью, слабостью вычислительных мощностей и низкой эффективностью разработки, но и за счет дизайна Интегрированного управления и вычисления обеспечивает глубокое объединение «мозга», «нервов» и «мышц» промышленных устройств, поддерживая развертывание и вычисление промышленных больших моделей и строя интеллектуальную основу на промышленном краю.
В будущем с распространением цифровых двойников и промышленного метавселенной MetaOS будет продолжать развиваться, помогая больше секторам двигаться к открытому, Интегрированному управления и вычисления интеллектуальному будущему. Проверьте MetaOS прямо сейчас и раскройте бесконечные возможности промышленного управления!