Фрагменты реального времени

Емкость рынка операционных систем для встраиваемых систем составляет 1,3 млрд. долл. Фабрис Буассе, директор компании VenturCom Europe

Главным отличием операционных систем реального времени (ОСРВ) от ОС общего назначения является их способность обеспечить реакцию на внешние события в определенном, заранее известном временном интервале. Таким образом, ОСРВ должны реагировать вполне предсказуемо в условиях работы с потоком непредсказуемых событий. ОСРВ является частью комплекса реального времени, в состав которого входят аппаратные средства, предоставляющие возможность управления внешними объектами (компьютеры или вычислительные модули, датчики, исполнительные элементы, преобразователи информации), а также необходимые для этого прикладные программы. Среди основных параметров ОСРВ — задержка обработки прерывания, которая, определяется, как правило, временным интервалом между поступлением сигнала прерывания и началом исполнения первой команды программы его обработки, время переключения контекста, компактность кода. По функциональному назначению разделяют системы жесткого и мягкого реального времени. Первые используются в критически важных приложениях, где нельзя допустить, чтобы неадекватное поведение системы привело к катастрофе или огромным финансовым потерям. Область действия «мягких» систем — применения, в которых непредвиденные системные ситуации чреваты лишь снижением эффективности или увеличением стоимости производственных процессов.

Рынок

Сегодня мировой рынок операционных систем реального времени значительно фрагментирован. ОСРВ поставляются более чем сотней компаний, однако продукты пяти из них, суммарная доля рынка которых составляет приблизительно 80%, определяют наибольший объем продаж. По данным Real-Time Consult, к их числу относятся: VxWorks компании Wind River Systems, OS9, QNX, LynxOS и pSOS. Причем Wind River принадлежит почти половина рынка ОСРВ. Компания, оборот которой в настоящее время превышает 300 млн. долл., приобрела недавно своего конкурента — компанию Integrated Systems, производителя pSOS, а также еще одну фирму, которая выпускает компиляторы и средства отладки встроенных микропроцессорных систем. Таким образом, в этом сегменте ИТ-индустрии начался процесс консолидации, катализатором которого аналитики считают Microsoft.

Дело в том, что у многих потребителей возникало естественное желание использовать в АСУТП и встроенных системах наиболее распространенные операционные системы общего назначения. Преимущества такого подхода, позволяющего применять одну и ту же ОС на различных уровнях систем автоматизации и получить доступ ко всем созданным для нее приложениям, очевидны. По оценкам International Data Corp., суммарные продажи коммерчески доступных «универсальных» ОС во всех вертикальных сегментах рынка встроенных систем к 2000 году должны были достичь 500 млн. долл.

Очевидно также и то, что при успешном развитии событий в этом направлении подавляющее большинство пользователей будут ориентироваться на продукты Microsoft. Это подтверждается исследованиями Real-Time Consult, согласно которым сегодня на долю NT Embedded приходится 5% рынка операционных систем для встроенных систем, Windows СЕ — 6%, а лидером является VxWorks (12%). Однако, согласно прогнозам, в будущем эти показатели могут выглядеть соответственно как 12, 12 и 10%. В GartnerGroup полагают, что к концу 2002 году в 15% встроенных систем будет использоваться NT Embedded, а к 2005 году этот показатель может составить 30%. Следует учитывать, однако, что отнюдь не всем встроенным приложениям необходима работа в реальном масштабе времени.

Microsft и VenturCom

Многие специалисты утверждают, что Windows NT не отвечает требованиям реального времени. Так считают, в частности, эксперты Real-Time Consult и члены исследовательской группы журнала Real-Time Magazine. Правда, в разработке NT, которая создавалась как сетевая операционная система, участвовали бывшие сотрудники корпорации Digital Equipment с опытом работы над когда-то популярной ОСРВ RSX-11M. Возможно, поэтому в Windows NT представлены такие элементы ОСРВ, как двухуровневая система обработки прерываний и планировка процессов с определенными приоритетами по правилам реального времени. Однако ряд ее параметров, в частности задержка обработки прерываний, существенным образом зависит от загрузки системы. Отсутствует возможность наследования приоритетов. Не предусмотрен механизм защиты от «зависаний». Практика показывает, что Windows NT пригодна лишь для систем мягкого реального времени, да и то при соблюдении специальных правил и ограничений.

Поэтому года три назад несколько разработчиков программного обеспечения, среди которых VenturCom, Radisys, LP Elektroniks и Imagination Systems, объявили о выпуске расширений реального времени для Windows NT. Наибольшего коммерческого успеха достигла VenturCom, компания с оборотом около 10 млн. долл., подписавшая свое первое соглашение с Microsoft в 1996 году.

Ее продукт, получивший название RTX (Real Time Extention), является фактически подсистемой реального времени для Windows. Основа разработки VenturCom — в модификации уровня аппаратных абстракций (HAL — hardware abstraction layer), обеспечивающего взаимодействие драйверов с аппаратными средствами. В результате нововведений повысилась надежность системы, поскольку появилась возможность следить за блокировкой прерываний, «зависанием» приложений и некоторыми другими явлениями, совершенно неприемлемыми в режиме реального времени. Создание входящей в состав RTX подсистемы RTSS позволило ввести дополнительный набор объектов, среди которых управляемые специальным планировщиком процессы реального времени. В результате RTX, где используются все службы NT и API-интерфейс Win32, предоставляет Windows NT возможность работать и как операционной системе реального времени, и как ОС общего назначения.

Еще один продукт VenturCom, Component Integrator, был лицензирован Microsoft. Именно на основе примененных в нем технологий в Microsoft создали встраиваемую версию Windows NT Embedded 4.0 и инструментарий Target Designer. «Компонентизированная» (по терминологии Microsoft) версия NT позволяет создавать компактные конфигурации, исключая, в частности, поддержку дисков, монитора, клавиатуры.

DCX, одна из последних разработок VenturCom, ориентирована на все приложения Windows NT и Windows СЕ, предназначенные для управления техническими средствами, устройствами или интерфейсами. Основными областями применения DCX являются промышленная автоматизация, телекоммуникации и контрольно-измерительная аппаратура. Главное достоинство DCX — в создании виртуального слоя ввода/вывода, обеспечивающего полную независимость драйверов и приложений. Разработчик, использующий DCX, гораздо более свободен в своих действиях, так как избавлен от необходимости постоянно следить за изменениями в структуре устройств или версиях операционной системы.

Российский пейзаж

Сколько-нибудь глубоких аналитических исследований отечественного рынка ОСРВ не проводилось. Как считает Алексей Демьянов, директор по маркетингу компании «РТСофт», в нашей стране наиболее популярны VxWorks, OS9, QNX и RTX (две последние системы поддерживают аппаратуру только на базе процессоров Intel). Однако доли рынка перечисленных операционных систем точно не известны.

В отношении нашего рынка также можно говорить о консолидации поставщиков ОСРВ. В прошлом году в состав «РТСофт» вошла созданная несколько лет назад самим Демьяновым компания ADV Systems, являющаяся эксклюзивным дистрибьютором VxWorks. В то же время один из сотрудников «РТСофт» представляет интересы VenturCom в России.

По словам Алексея Жданова, директора отделения программных разработок «РТСофт», в их организации наиболее широко применяется OS9. Затем следуют VxWorks и RTX. Такое распределение обусловлено характером решаемых задач. Демьянов полагает, что положение может измениться, поскольку компания Microware, выпускающая OS9, активизируется в области цифрового телевидения и, возможно, будет меньше уделять внимания производителям одноплатных компьютеров. Что же касается систем на базе NT, то они найдут достаточно широкое применение в нашей стране, так как в России в системах промышленной автоматизации реализуются в основном мониторинг и сбор информации, а современные системы управления только начинают создаваться. RTX рассматривается ее создателями как система жесткого реального времени, но практики, похоже, не согласны с авторами ОС. Она уступает VxWorks по времени задержки обработки прерываний: 10-45 мкс и 2-7 мкс соответственно (данные «РТСофт»). Однако дело даже не в этом.

«Трудно избавиться от особенностей ядра. При использовании драйверов различных производителей в системе на базе NT возможно возникновение непредвиденных конфликтов. И расширения реального времени здесь не помогут. Я чувствую себя сейчас гораздо увереннее, когда в ответственных проектах мы применяем VxWorks или OS9», — говорит Жданов. По-видимому, можно надеяться, что Windows 2000 изменит ситуацию.

Что же дальше?

NT и Windows CE становятся весьма «модными» операционными системами. Как отметил Жданов, все экспоненты недавней выставки в Нюрнберге, демонстрировавшие средства промышленной автоматизации и встроенных систем на Intel-платформе, декларировали поддержку этих двух операционных систем.

«Когда же я интересовался, не думают ли заказчики Wind River перейти на продукты Microsoft, в частности на Windows CE, то мне с некоторым удивлением отвечали, что операционные системы этих компаний предназначены для совершенно разных применений», — поясняет он.

По мнению Жданова, версии 2.0 и 2.1 Windows CE никак не назовешь системами реального времени. Эти продукты свидетельствуют в значительной степени о поиске Microsoft генеральной линии развития систем такого рода, а выход версии 3.0 поможет прояснить ситуацию. Действительно, Microsoft обладает более чем достаточными ресурсами, чтобы в сжатые сроки создать «классическую» ОСРВ. Стоит отметить также, что группой, выпускающей Windows CE, руководит бывший ведущий разработчик VxWorks. Но нужно ли все это софтверному гиганту? Емкость рынка операционных систем для встроенных систем, на котором Microsoft несомненно стремится занять достойное место, оценивается экспертами в 1,3 млрд. долл. В то же время доходы производителей «классических» ОСРВ едва ли могут привлечь корпорацию, оборот которой на порядок выше. Характерно, что представитель московского офиса Юрий Томашко в докладе о продуктах Microsoft для рынка встраиваемых систем ни разу не упомянул о реальном времени. Но стратегия деятельности Microsoft в области промышленных предприятий Windows DNA 2000 for Manufacturing уже объявлена и ее компоненты достаточно привлекательны для конечных потребителей АСУТП. Учитывая требования рынка, компания «РТСофт» установила партнерские отношения с VenturCom.

«Принятое два года назад решение стать дистрибьютором VenturCom свидетельствует о намерении расширить диапазон продуктов, предлагаемых нашим заказчикам, — говорит Ольга Синенко, генеральный директор «РТСофт». — Однако мы не думаем сокращать поставки ОСРВ, которые традиционно используем в своей деятельности», — резюмирует она.