INtime 多核CPU同步处理大量数据的方法

INtime 多核CPU同步处理大量数据的方法

从21世纪中期工业控制系统的出现以来，工业生产自动化的程度不断提高，应用于工业控制现场的仪器仪表种类，系统中需要采集、处理和控制的信号越来越多、越来越复杂，这就使得工业控制系统的地位在整个工业发展中越发变得重要。为了适应整个工业生产的发展，现代工业控制系统随着社会生产的发展而不断的发展和进步，和模拟仪表、PLC、DCS、FCS等控制系统相比，基于PC（适用于工业现场的工业PC或普通PC）的工业控制系统能更加快速有效地进行数据处理和相互通讯，能灵活地在工业控制环境中控制各个终端并且相互之间能快速通信，也使得控制系统能和上层管理系统紧密结合在一起，便于生产的监控和管理。而且，更重要的是，它是一种完全开发的系统，非常利于产品的开发维护和升级，所以其在工控领域得到了普遍认同，相关的应用领域迅速扩大，成为工控领域的一种新趋势。

众所周知，基于PC的工业控制系统必定会和Windows、Intel联系在一起。作为Windows和Intel的合作伙伴，TenAsys公司也一直紧随Windows的发展，推出兼容最新版Windows的INtime实时操作系统。INtime实时操作系统是按照每个CPU作为一个独立的节点（node）进行设计的，节点作为INtime操作系统的一个实例，包括内核和运行在它上的应用程序。Windows节点则是windows操作系统的一个实例，包括在其上运行的windows应用程序。IPC工控机CPU核可以全部设置成INtime节点，即完全脱离Windows运行。

上图为INtime配置界面，可以本地或远程对IPC的CPU核进行配置。配置界面的左侧列表显示配置了2个CPU核作为INtime节点，分别是CPU的Core2和Core3，它是INtime系统自动按照从后向前进行分配的。配置区右边为INtime当前某个节点的详细配置信息，包含独占/共享模式、内存大小、网络配置、第三方程序自动加载等。

INtime支持多个CPU核同时运行实时程序，对某些应用中单个CPU核的处理能力不足以处理大量的数据时，可以考虑使用多个核同时处理。当多个核处理同一批输入数据时，它们之间的同步问题就显得非常重要了。TenAsys公司利用共享内存的机制，采用内部GOBSnet接口可以实现多个CPU核之间的数据共享，提高CPU同步处理大数据的能力。除单机IPC不同核之间通过GOBSnet进行数据同步外，INtime还支持多机IPC之间的分布式操作，通过IP网络承载GOBSnet接口完成数据之间的同步处理。开发者仅需要在GOBSnet之上定义自己的协议就可以完成不同计算机的不同CPU核之间的实时通讯。TenAsys INtime分布式特点非常适合运动控制、生产控制、远程操作之间的协同。

INtime全局对象（GOBSnet）使实时内核在不同节点上实例数据驻留的情况下，实时进程也能够交互。该功能与NTX协议提供给Windows应用程序的功能大体相似，增强功能可考虑线程优先级和多个客户端访问的问题。

全局对象技术允许实时进程访问存在于INtime内核的另一个实例上的对象。这些“全局”对象中的每一个都有一个名为“引用”的相应的本地对象，该引用指向该对象，并可由本地进程在标准API中使用。例如，进程可以在不同的INtime节点上获取对邮箱的引用，然后使用标准SendRtData和接收方数据API访问邮箱。API用于发现其他节点、创建新的全局对象以及创建和删除引用对象。

在 INtime分布式 RTOS 配置中，Windows 不与 INtime节点在同一平台和处理器上运行。 在时间可以运行在部分或所有的目标处理器节点上，这取决于用户如何配置它。

INtime系统被认为是一个或多个节点的集合。多个节点通过共享内存（同一主机上的多个处理器内核）或以太网进行连接。节点的地址根据其本地逻辑APIC ID及其网络地址（IP）来描述。节点的位置是由一个节点上的进程使用以标识另一个节点的参数。在多核主机仅从一个节点连接到INtime网络的情况下，请求将被连接的节点转发到目标节点。通过NTX API从Windows访问任何INtime节点。在网络上进行NTX请求时，底层网络协议与INtime to INtime协议共享。

可以将信号量、邮箱或内存对象的特殊实例创建为全局对象，它们是可以在本地节点或远程节点上创建的对象类，也可以选择创建该对象，使其不属于创建进程本身。可以使用API 函数如CreateGlobalRtSemaphore、CreateGlobalRtMailbox、CreateGlobalRtMemoryObject和CreateGlobalRtMemoryHandle来创建此类对象。在通常情况下，使用这些API创建的对象被认为属于创建过程，因此在进程被删除时被隐式删除，如果使用REFCOUNT标志创建此类对象，这意味着该被创建的对象不属于创建进程。被创建对象有一个关联的引用计数器，它是增量的，它的计数值在每次被引用或停止引用时进行增减，直到它的值为0时才会被删除。INtime就是按照这样的方法实现多个节点之间数据引用。

注：部分资料来源于网络。

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