1 為什么要開發Hypervisor技術

　　傳統上，市場咨詢類公司都是按照產品來定義并分析市場的，PLC和工業PC被劃分為兩個不同市場，傳統的PLC 并不運行操作系統，而是借助于硬件直接的執行，但是，功能就無法做到比較強。因此，后續發展基于實時操作系統(Real-Time Operating System)的控制器，這類操作系統非常擅長處理實時控制任務，像高速I/O采樣、高速響應的控制任務如運動控制，而通用操作系統(General Purpose Operating System)如Windows、Linux，它們通常欠缺實時性，但是在圖形圖像、仿真軟件方面很強，而且，可視化方面的設計也很強，如圖1所示，Hypervisor集成了RTOS和GPOS的能力。

　　圖 1 Hypervisor 無縫集成 RTOS 和 GPOS

　　圖 2 貝加萊 Hypervisor 內部架構

　　在過去，很多用戶經常配置多個設備，一個PLC用來做實時任務，一個PC用于處理非實時任務如HMI的畫面顯示(如三維動畫、動態計算的趨勢圖)，甚至為了單獨處理視覺任務再增加一個PC。隨著芯片朝著多核架構進一步發展， 以及更為迫切的集成處理，Hypervisor作為一個更為便利的解決方案，被貝加萊這樣的領先自動化廠商采用，應用于全新的控制與計算架構設計。

　　2 貝加萊Hypervisor的優勢

　　貝加萊的Hypervisor通常運行于工業PC，如APC系列工控機，通常采用多核的如Intel Core-i系列、Atom Apollo Lake處理器，或者Panel PC系列產品上，Hypervisor同樣是在Automation Studio中進行配置，并將實時任務分配給貝加萊的Automation Runtime，將存儲、圖形計算等任務分配給Windows/Linux系統，如圖2所示，在貝加萊的Hypervisor中支持Automation Runtime Embedded系統和Windows/Linux開放的通用操作系統。

　　它有以下幾個顯著的優勢：

　　? 無縫集成：在一個硬件與軟件架構下實現實時任務與非實時任務的無縫集成;

　　? 實時能力：實時任務與Windows/Linux任務通過多核間的通信連接，極速響應;

　　? 穩定可靠：Hypervisor由于內嵌于CPU核中，其穩定性可靠性超越傳統的軟架構系統;

　　? 成本優勢：將控制器與HMI、工業PC在一個設備中集成，降低了系統硬件成本。

　　3 典型應用場景——邊緣計算

　　隨著智能制造、工業物聯網應用的興起，實現其應用的邊緣計算(Edge Computing)架構成為了當前工業的熱點，邊緣計算是在傳統控制任務基礎上，通過數據的連接，設備可以實現更為全局的優化、調度、策略性任務，這些任務不同于基于信號的控制，而是基于更多信息的集成， 其數據類型、所需的任務處理更適合于Windows/Linux這樣的架構來實現，包括機器學習、本地智能推理這樣的高動態任務，同時，它計算的結果又需要高動態的反饋給RTOS

　　圖 3 一個典型的應用場景

　　去指揮機器人、電機、液壓等執行機構的運行，因此，采用Hypervisor可以構建一個本地的邊緣計算架構，如圖3是一個典型的邊緣計算架構。

　　在邊緣計算場景中，它包含了眾多的應用需求：

　　? 大容量的本地數據存儲;

　　? 整線OEE統計、能源分析;

　　? 質量分析與優化應用;

　　? 預測性維護應用場景;

　　? 專業工藝數據分析工具與應用;

　　? 連接至云端應用系統的交互;

　　? 整線監控與商業智能。

　　4 Hypervisor的應用場景舉例

　　(1) 分布式儲能系統的架構

　　在分布式儲能系統中，由一個支持Hypervisor的工業PC，即APC910，來實現整個系統的運行，包括通過CAN/ ModbusTCP、POWERLINK等電池架、逆變器、I/O控制等任務，以及運行于Linux系統的儲能系統管理、計量、分析、趨勢圖、報警、日志，以及云平臺連接、樓宇控制和遠程維護等管理任務的應用，如圖4所示的應用架構。

　　同時，在該系統中，每天會需要存儲40MB+的數據，并應用于Linux平臺的數據分析軟件做學習與優化。

　　(2) 注塑機高端大氣的HMI設計

　　Windows/Linux在處理顯示任務方面超級強大，而且，有大量IT人員開發的各種控件，如果用在機器顯示與操作上，那真的是可以讓機器“高端大氣上檔次”，所以貝加萊推出mapp VIEW后，非常受到用戶的歡迎，它支持動畫、視頻、PDF文件、以及各種IT控件顯示技術，在

　　圖 4 基于 Hypervisor 架構的分布式儲能系統

　　圖 5 注塑機的 mappView 應用場景

　　圖5中，采用Hypervisor技術的Smartmold 9控制器中， mappView開發的畫面運行于Windows上，精美、流暢。同時，mappPLASTIC、mappHydraulic、mappAxis等實時任務同樣運行于Smartmold 9控制器上，實現了機器控制與Windows HMI的完美融合。

　　其實，除了在mappVIEW這樣的HMI處理中，可以采用Hypervisor這樣的技術外，其實，對于整個注塑機的最佳參數獲取，完全可以基于這個架構來實現。