1 为什么要开发Hypervisor技术

　　传统上，市场咨询类公司都是按照产品来定义并分析市场的，PLC和工业PC被划分为两个不同市场，传统的PLC 并不运行操作系统，而是借助于硬件直接的执行，但是，功能就无法做到比较强。因此，后续发展基于实时操作系统(Real-Time Operating System)的控制器，这类操作系统非常擅长处理实时控制任务，像高速I/O采样、高速响应的控制任务如运动控制，而通用操作系统(General Purpose Operating System)如Windows、Linux，它们通常欠缺实时性，但是在图形图像、仿真软件方面很强，而且，可视化方面的设计也很强，如图1所示，Hypervisor集成了RTOS和GPOS的能力。

　　图 1 Hypervisor 无缝集成 RTOS 和 GPOS

　　图 2 贝加莱 Hypervisor 内部架构

　　在过去，很多用户经常配置多个设备，一个PLC用来做实时任务，一个PC用于处理非实时任务如HMI的画面显示(如三维动画、动态计算的趋势图)，甚至为了单独处理视觉任务再增加一个PC。随着芯片朝着多核架构进一步发展， 以及更为迫切的集成处理，Hypervisor作为一个更为便利的解决方案，被贝加莱这样的领先自动化厂商采用，应用于全新的控制与计算架构设计。

　　2 贝加莱Hypervisor的优势

　　贝加莱的Hypervisor通常运行于工业PC，如APC系列工控机，通常采用多核的如Intel Core-i系列、Atom Apollo Lake处理器，或者Panel PC系列产品上，Hypervisor同样是在Automation Studio中进行配置，并将实时任务分配给贝加莱的Automation Runtime，将存储、图形计算等任务分配给Windows/Linux系统，如图2所示，在贝加莱的Hypervisor中支持Automation Runtime Embedded系统和Windows/Linux开放的通用操作系统。

　　它有以下几个显著的优势：

　　• 无缝集成：在一个硬件与软件架构下实现实时任务与非实时任务的无缝集成;

　　• 实时能力：实时任务与Windows/Linux任务通过多核间的通信连接，极速响应;

　　• 稳定可靠：Hypervisor由于内嵌于CPU核中，其稳定性可靠性超越传统的软架构系统;

　　• 成本优势：将控制器与HMI、工业PC在一个设备中集成，降低了系统硬件成本。

　　3 典型应用场景——边缘计算

　　随着智能制造、工业物联网应用的兴起，实现其应用的边缘计算(Edge Computing)架构成为了当前工业的热点，边缘计算是在传统控制任务基础上，通过数据的连接，设备可以实现更为全局的优化、调度、策略性任务，这些任务不同于基于信号的控制，而是基于更多信息的集成， 其数据类型、所需的任务处理更适合于Windows/Linux这样的架构来实现，包括机器学习、本地智能推理这样的高动态任务，同时，它计算的结果又需要高动态的反馈给RTOS

　　图 3 一个典型的应用场景

　　去指挥机器人、电机、液压等执行机构的运行，因此，采用Hypervisor可以构建一个本地的边缘计算架构，如图3是一个典型的边缘计算架构。

　　在边缘计算场景中，它包含了众多的应用需求：

　　• 大容量的本地数据存储;

　　• 整线OEE统计、能源分析;

　　• 质量分析与优化应用;

　　• 预测性维护应用场景;

　　• 专业工艺数据分析工具与应用;

　　• 连接至云端应用系统的交互;

　　• 整线监控与商业智能。

　　4 Hypervisor的应用场景举例

　　(1) 分布式储能系统的架构

　　在分布式储能系统中，由一个支持Hypervisor的工业PC，即APC910，来实现整个系统的运行，包括通过CAN/ ModbusTCP、POWERLINK等电池架、逆变器、I/O控制等任务，以及运行于Linux系统的储能系统管理、计量、分析、趋势图、报警、日志，以及云平台连接、楼宇控制和远程维护等管理任务的应用，如图4所示的应用架构。

　　同时，在该系统中，每天会需要存储40MB+的数据，并应用于Linux平台的数据分析软件做学习与优化。

　　(2) 注塑机高端大气的HMI设计

　　Windows/Linux在处理显示任务方面超级强大，而且，有大量IT人员开发的各种控件，如果用在机器显示与操作上，那真的是可以让机器“高端大气上档次”，所以贝加莱推出mapp VIEW后，非常受到用户的欢迎，它支持动画、视频、PDF文件、以及各种IT控件显示技术，在

　　图 4 基于 Hypervisor 架构的分布式储能系统

　　图 5 注塑机的 mappView 应用场景

　　图5中，采用Hypervisor技术的Smartmold 9控制器中， mappView开发的画面运行于Windows上，精美、流畅。同时，mappPLASTIC、mappHydraulic、mappAxis等实时任务同样运行于Smartmold 9控制器上，实现了机器控制与Windows HMI的完美融合。

　　其实，除了在mappVIEW这样的HMI处理中，可以采用Hypervisor这样的技术外，其实，对于整个注塑机的最佳参数获取，完全可以基于这个架构来实现。