» Ian Ferguson, Vice President Marketing and Strategic Alliances, Lynx Software Technologies
Ein zentraler Aspekt der Cobot-Entwicklung ist, wie man die Schnittstelle zwischen Informationstechnologie (IT) und operativer Technologie (OT) konsolidiert. Wie verbindet man die Konfigurationsanweisungen zu den Roboteraufgaben (IT) mit dem, was in Echtzeit in der Fabrik passiert (OT) – vor allem den schnellen und unberechenbaren Handlungen von Menschen? In Fabrikumgebungen ist ein vergleichsweise langsames Veränderungstempo verständlich, da dort der Fokus auf Zuverlässigkeit gerichtet ist, auf möglichst lange aktive Betriebszeiten, wenig Unfälle, wenig Ausschuss, etc. Bei OT-Technologie handelt es sich daher um separate Netzwerke, die auf der Ebene der Hauptkonsole mit den IT-Netzwerken verbunden werden. Die Absicht ist, diese Fusion der IT- und der OT-Welt in die Fabrikhalle zu verschieben, so dass die Maschinen fundiertere Entscheidungen schneller treffen können.
Systeme mit gemischter Kritikalität
Doch dieser Herausforderung gilt es innerhalb eines kommerziell attraktiven Kosten-, Leistungs- und Größenrahmens zu begegnen. Das bedeutet, mehrere Systeme auf einem einzigen konsolidierten Board zusammenzuschrumpfen (und in immer mehr Fällen einem einzigen heterogenen Multicore-Chip). Diese Systeme müssen funktionsreiche Betriebssysteme wie Linux und Windows ausführen, gleichzeitig aber das Echtzeitverhalten der ”muss-immer-auf-diese-Art-reagieren”-Elemente auf der Plattform garantieren. Man bezeichnet diese als Systeme mit gemischter Kritikalität. Anwendungen müssen unterteilt werden, um sicherzustellen, dass bestimmte Applikationen nicht zum Ausfall anderer Systemelemente führen.
Einkernprozessor-Systeme versus Mehrkernprozessor-Systeme
Echtzeitbetriebssysteme auf der Basis eines Einkernprozessors (SCP) sind in der Branche wohlbekannt, die einen Echtzeit-Systementwicklungsprozess eingeführt hat, der auf der Annahme einer konstanten Worst-Case Execution Time (WCET) beruht. Diese besagt, dass das gemessene schlimmst mögliche Laufzeitverhalten einer Software-Aufgabe, wenn allein auf einem einzelnen Kern durchgeführt, gleich bleibt, wenn diese Aufgabe zusammen mit anderen Aufgaben läuft. Diese Grundannahme bildet die Grundlage für die Schedulability Analysis (Analyse des Systemverhaltens), die feststellt, dass eine Ablaufterminierung gefunden werden kann, die alle Aufgaben innerhalb ihrer jeweiligen Fristen beendet.
In der Branche ist der Trend zu Mehrkernprozessor-Systemen (MCP-Systemen) bereits solide etabliert. Viele dieser Multicore-Systeme wurden mit Blick auf die Anforderungen von IT-Anwendungen an Geschwindigkeit und Effizienz entwickelt und erfüllen nicht immer die Vorhersehbarkeitskriterien für Steuerungssysteme in der Avionik, Automobilindustrie, Industrieautomation, etc. Während die Annahme einer konstanten WCET für Single-Core-Chips korrekt ist, trifft sie wegen Core-übergreifender Interferenzen beim Zugriff auf geteilte Ressourcen NICHT bei derzeitigen Multicore-Chips zu. Interferenzen zwischen Cores können Spitzenauslastungen (Spikes) im Worst-Case-Laufzeitverhalten um mehr als das Sechsfache gegenüber einem Einzelkern verursachen.
