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Virtuelle SPS
Kundenspezifische virtuelle SPS-Lösungen
Wachstum der IT/OT-Konvergenz
![Evolution of IT/OT Convergence](https://promwad.de/sites/default/files/virtual-plc-de_1.jpg)
Die Vorteile der Virtuellen SPS
Anwendungsbereiche
Embedded Server
Automobilproduktion
Robotiklösungen
Fertigungsautomatisierung
Medizintechnik
Gebäudemanagementsysteme
Verkehrsleitsysteme
Prüf- und Messsysteme
Erneuerbare Energiesysteme
Rundfunk und Streaming
Wasserverteilungssysteme
Intelligente Stromnetze und
Versorgungsdienstleistungen
Gewährleistung der Sicherheit in kritischen Umgebungen
Als zuverlässige Wahl für Anwendungen mit strengen Sicherheitsanforderungen bietet ein Hardware-agnostischer Hypervisor:
- Effiziente Modularisierung für eine rationalisierte Entwicklung.
- Verbesserte Funktionsvalidierung und Qualitätssicherung.
- Isolierung von kritischen Sicherheitsbereichen für erhöhten Schutz.
- Vereinfachte Zertifizierungsprozesse für die Einhaltung von Vorschriften.
- Anpassungsfähige Moduländerungen ohne umfangreiche erneute Tests.
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Erkunden Sie unsere Fallstudien
Echtzeit-Basisaktivierungssoftware
Wir haben eine Basisaktivierungssoftware entwickelt, die eine isolierte Echtzeit-Domäne auf leistungsstarken 64-Bit ARM Cortex-A Kernen bereitstellt. Wir verwendeten den Jailhouse-Hypervisor zur Ressourcentrennung der Hardware, wodurch der gleichzeitige Betrieb eines Domänen-RTOS und einer funktionsreichen Linux-Distribution mit minimaler Leistungseinschränkung ermöglicht wurde.
Implementierte Funktionen:
- Der Jailhouse-Hypervisor teilt die physische Hardware und erstellt dedizierte Ressourcen für jeden Bereich.
- Unterstützung für FreeRTOS und Zephyr als Gast-Betriebssysteme, die die Entwicklung auf leistungsstarken Cortex-A Kernen (Armv8-A) ermöglichen.
- Basierend auf NXP Anwendungsprozessoren – i.MX 8M Mini, i.MX 8M Nano, i.MX 8M Plus und i.MX 93.
- Unterstützung von MCUXpresso für nahtlose Portierung von Kundeanwendungen.
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- Nutzung standardisierter IPC-Mechanismen (RPMsg, VirtIO) für effiziente Kommunikation zwischen Linux und Gast-Betriebssystem.
- Vorintegrierte Echtzeit-Referenzanwendungen zur schnellen Bewertung der Softwarearchitektur.
- AVB Talker und Listener Streaming durch NXP GenAVB/TSN Middleware-Stack.
- Yocto-Unterstützung für Linux-Entwicklung.
Optimierung von Embedded-Systemen mit Jailhouse-Hypervisor
Herausforderung: Die Anforderungen an die Virtualisierung in modernen Embedded-Systemen und industriellen Anwendungen mit Fokus auf Echtzeitfähigkeiten, Kosteneinsparung und Platzersparnis zu erfüllen.
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Lösung: Wir verwenden Jailhouse, das die ARM Virtualisierungserweiterungen nutzt, um CPUs, GPUs und Peripheriegeräte effizient zu trennen und zu steuern und einen unabhängigen Betrieb zu gewährleisten.
Auf der RZ/G1H-Plattform hat Jailhouse Kerne und GPU für eine Qt-Benutzeroberfläche, einen Kern für FreeRTOS mit der CAN-Schnittstelle und einen Kern für eine Bare-Metal-App mit der I2C-Schnittstelle zugewiesen. Diese Aufteilung garantiert einen Echtzeitbetrieb für spezifische Anwendungen.
Vorteile:
- Kombinierte Benutzeroberflächen und Echtzeitautomatisierung auf der gleichen Hardware.
- Effiziente Zuweisung von CPU-Kernen und Peripheriegeräten für spezifische Aufgaben.
- Unterstützung für Boards der RZ/G-Serie, Bereitstellung von Entwickler-Kits mit vorkonfigurierten “Insassen” wie Linux und FreeRTOS für eine nahtlose Integration.
Unsere Technologie-Stack
Intel VT und AMD-V
– I/O MMU-Virtualisierung (AMD-Vi und Intel VT-d)
– Intel Virtualisierungstechnologie für Konnektivität (VT-c)
– PCI-SIG Single Root I/O Virtualisierung (SR-IOV): Adressübersetzungsdienste (ATS) | Single-Root IOV (SR-IOV oder SRIOV) | Multi-Root IOV (MR-IOV)
Hypervisoren
ACRN | Jailhouse | Leichte Linux-Container-Systeme: LXC und OpenVX | Kernel-basierte Virtuelle Maschine/QEMU (KVM) | Xen | User-Mode Linux (UML) | VirtualBox | Echtzeit-VMware ESXi und GSX | Echtzeit-VMware Workstation und Player | Hyper-V | PowerVM | Bhyve | AVF, PKVM und pvmfw
Laufzeitmaschinen
PLCopen Editor, Beremiz, OpenPLC Editor (basierend auf wxpython) | Matiec (IEC 61131-3 Compiler) | Eclipse 4diac FORTE | Eclipse 4diac IDE (IEC 61499) | CODESYS Laufzeit | CODESYS Control Laufzeit Toolkit | ISaGRAF Laufzeit | ISaGRAF Laufzeit Toolkit | TwinCAT Laufzeit (XAR) | Individuelle IDE-Entwicklung für PLC-Programmierung (C, C++, Rust) | Node-RED
RTOS
FreeRTOS | CMSIS-RTOS | CMSIS-RTOS v2 | Keil RTX | Azure RTOS ThreadX | Mbed OS | ChibiOS/RT | RTEMS | NuttX | embOS | SafeRTOS | VxWorks | Zephyr | μC/OS-II | μC/OS-III | TI-RTOS (SYS/BIOS) | NXP MQX RTOS | eCos | RIOT | UNISON RTOS | Apache Mynewt
Symmetrische Verschlüsselungsalgorithmen
Twofish, Serpent, AES, Camellia, Salsa20, ChaCha20, Blowfish, CAST5, RC4, DES, 3DES, Skipjack, Safer, IDEA
Verwaltungssoftware
Virsh | Openstack | Ovirt | virt-manager
Programmiersprachen
С++, C, Rust
Emulatoren
QEMU
APIs für Echtzeit-Virtualisierung
Libvirt, libguestfs
Asymmetrische Verschlüsselung
Diffie-Hellman-Schlüsselaustauschprotokoll | DSS (Digital Signature Standard) | ElGamal | Elliptische Kurvenkryptografie | Elliptic Curve Digital Signature Algorithm (ECDSA) | Elliptic-curve Diffie-Hellman (ECDH) | Ed25519 | Ed448 (EdDSA) | X25519 | X448 (ECDH/EdDH) | Paillier-Kryptosystem | RSA-Verschlüsselungsalgorithmus (PKCS#1) | Cramer-Shoup-Kryptosystem | YAK-authentisches Schlüsselvereinbarungsprotokoll | NTRUEncrypt-Kryptosystem | Kyber | McEliece-Kryptosystem | Merkle-Hellman-Knapsack-Kryptosystem | S/MIME | GPG (eine Implementierung von OpenPGP) | EMV | EMV-Zertifizierungsstelle | IPsec | PGP | ZRTP | SILC | SSH | Bitcoin | Off-the-Record Messaging
Intel-System
– Unterstützung für 64-Bit-Architektur und VMX, einschließlich EPT (Extended Page Tables), uneingeschränktem Gastmodus und Vorablaufzeitgeber.
– Intel IOMMU (VT-d) mit Unterstützung für Interrupt-Umleitung (außer innerhalb von QEMU).
Oder AMD-System
– Unterstützung für 64-Bit-Architektur und SVM (AMD-V), einschließlich einer erforderlichen Funktion - NPT (Nested Page Tables) und einer empfohlenen Funktion - Decode Assists.
– AMD IOMMU (AMD-Vi)
2+ logische CPUs
x86-Architektur
ARM-Architektur
– ARMv7 mit Echtzeit-Virtualisierungserweiterungen oder ARMv8.
– Mindestens zwei logische CPUs
Unterstützte ARM-Boards
– Banana Pi
– Orange Pi Zero (256 MB version)
– NVIDIA Jetson TK1
– ARM Versatile Express mit Cortex-A15 oder A7-Kernen (einschließlich ARM Fast Model)
– emtrion emCON-RZ/G1x Serie basierend auf Renesas RZ/G
Unterstützte ARM64-Boards
– AMD Seattle/SoftIron Overdrive 3000
– LeMaker HiKey
– NVIDIA Jetson TX1 and TX2
– Xilinx ZCU102 (ZynqMP Evaluationsboard)
– NXP MCIMX8M-EVK
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