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22 Elektronik 10 2020 Embedded-Systeme weniger zeitkritischen Anwendungen auf komplett voneinander getrennten virtuellen Maschinen Virtual Machines VMs innerhalb einer Serverplattform laufen Zu Echtzeitaufgaben zählen zum Beispiel Robotersteuerungen oder Kamerabasierte Anwendungen zur künstlichen Intelligenz KI Zu den weniger zeitkritischen Anwendungen zählen Remote-Administrationen oder Verbindungen in die Cloud Auf der Embedded World 2019 in Nürnberg zeigte der Hersteller Congatec gemeinsam mit Intel und Real-Time Systems erstmals ein solches TSNfähiges Real Time Operating System RTOS mit industrieller Echtzeitsteuerung als Proof of Concept PoC Die industrietaugliche Serverplattform basiert auf den Prinzipien der Workload-Konsolidierung und des Time-Sensitive Networking über Ethernet Die ServerPlattform in der Praxis Basis der Demo-Plattform ist ein COMExpress-Typ-6-Modul Conga-TS370 das mit einem Intel-Xeon-E2-Prozessor bestückt ist und somit bis zu sechs CPUKerne für Multitasking-Prozesse bereitstellt Über den RTS Hypervisor von Real-Time Systems wird der Prozessor in multiple Maschinen mit jeweils eigenem Betriebssystem aufgeteilt Jede Instanz bekommt hierbei einen oder mehrere CPU-Kern e und die jeweils benötigten I O-Schnittstellen zugewiesen Im Proof of Concept der Serverplattform kommen drei in Echtzeit parallelisierte virtuelle Maschinen zum Einsatz wobei ebenso reale Maschinen und Geräte steuerbar sind Hierbei belegt die erste Instanz vier CPU-Kerne und steuert per Linux-Betriebssystem eine Kamera von Basler sowie eine Arria-10-FPGAKarte die über PCIe angeschlossen ist Die FPGA-Karte führt KI-Algorithmen zur Kamerabasierten Objekterkennung aus die über Intels OpenVINO-Toolkit erstellt wurden Somit erfasst und verifiziert die FPGA-Karte die von der Kamera erfassten Objekte mit extrem hohen Frame-Raten Eine weitere unabhängige Instanz im Proof of Concept betreibt ein EchtzeitLinux und steuert so einen Servomotor welcher ein umgekehrtes Pendel in einer aufrechten Position hält Messebesucher konnten das Gleichgewicht des Pendels berühren das System reagierte in Echtzeit und das Pendel steuerte zurück in die Ausgangsposition Das Ganze passierte völlig unabhängig von den anderen parallel laufenden oder gerade bootenden Betriebssystemen Auf der letzten VM arbeitet ein Betriebssystem das Sicherheitsaufgaben und als Edge-OS den Uplink in die Cloud übernimmt Ein Entwickler kann die einzelnen Betriebssysteme testweise neu booten um die Abhängigkeiten der Anwendungen und das Echtzeitverhalten auf einer einzigen Serverplattform mit mehreren Maschinen zu demonstrieren Es zeigt sich dass der Vorgang sich nicht auf andere Systeme auswirkt Selbst das kritische Echtzeitverhalten der Pendelsteuerung bleibt vollständig erhalten Obwohl alle Anwendungen gleichzeitig auf derselben Hardware-Plattform laufen kann der Hypervisor eine NichtEchtzeit-VM problemlos neu starten während die Echtzeit-VMs ohne Unterbrechung weiterlaufen Somit lassen sich beispielsweise SoftwareUpdates einzelner Anwendungen ausführen ohne die Kontrollaufgaben des Bild 2 Der Hypervisor von Real-Time Systems ermöglicht den multiplen Einsatz von Real-Timeund General-Purpose-Betriebssystemen als virtuelle Maschinen auf einem Mehrkern-X86-Prozessor Bild Congatec Bild 3 Congatec hat in Zusammenarbeit mit Intel und Real-Time Systems mehrere Betriebssysteme auf einer Sechs-Kern-Xeon-CPU virtualisiert darunter eine Echtzeitsteuerung TSN-Techniken sind für das Betriebssystem das physikalischen Zugriff auf den Ethernet Controller hat ebenfalls möglich Bild Congatec