Операционная система QNX.

Это одна из наиболее широко распространенных операционных систем реального времени. Она насчитывает более полумиллиона применений, преимущественно в системах управления и сбора данных, работающих в реальном времени. На систему QNX ори­ентировано более 100 компаний, выпускающих аппаратные и программные средства для УВК. В отечественной промышленно­сти QNX используется чаще других ОС РВ. Благодаря архитектур­ным особенностям ОС QNX может применяться в составе как ав­тономных интеллектуальных промышленных контроллеров, так и мощных многопроцессорных (SMP — Symmetric Multiprocessor) вычислительных систем. Таким образом обеспечивается возмож­ность построения распределенных иерархических систем управ­ления на единой программной платформе. Система QNX служит базовой программной средой для УВК СМ1820М.

Основными свойствами QNX являются:

• гарантированное время реакции системы, что отвечает требова­ниям применения в системах жесткого реального времени;

• работа в 32-разрядном режиме;

• архитектура микроядра;

• модульный принцип построения, что обеспечивает оптималь­ное использование реально необходимых ресурсов;

• поддержка процессоров ix86, PowerPC, MIPS;

• компактность, возможность размещения системы в ПЗУ (Flash, ROM) для встраиваемых (embedded) применений;

• расширяемость (extensibility), достигаемая без снижения надеж­ности системы, поскольку включение новых модулей (драйве­ров и менеджеров ресурсов) не требует перестроения ядра;

• масштабируемость под различные технические тре­бования — от встроенных до многопроцессорных систем;

• большое количество графических подсистем: графические при­ложения можно создавать с помощью библиотечных функций,
поставляемых с компилятором Watcom С;

• поддержка ряда систем управления базами данных (Watcom
SQL, db_Vista, Faircom C-free и др.);

• соответствие файловой системы требованиям стандарта POSIX
(Portable Operating System Interface for Computing Environments);

• поддержка сетевого протокола TCP/IP;

• уникальная сетевая технология FLEET [Fault-tolerance (отказо­устойчивая), Load-balancing (регулирующая нагрузку), Efficient
(эффективная), Extensible (расширяемая), Transparent (прозрач­ная)].

• Операционная система QNX построена на основе принципа микроядра. Микроядро QNX очень компактно. В него включены только базовые функции операционной системы:

• управление планированием (диспетчеризацией) и взаимодейст­вием процессов;

• управление передачей сообщений между процессами.

• Система в целом построена в виде совокупности независи­мых взаимодействующих компонентов. Микроядро дополняется менеджером процессов, который создает процессы и управляет процессами и памятью процессов, файловой системой, менеджером устройств и менеджером сети. Эти системные компоненты размещаются вне пространства ядра.

• Операционная система QNX реализует простой и эффектив­ный механизм межзадачного обмена информацией между одновре­менно работающими процессами. Основной принцип коммуни­каций в ОС QNX - обмен сообщениями. Его использование обеспечивает эффективную совместную работу процессов в сис­теме.

Сообщение - это пакет байтов, передаваемых от одного про­цесса к другому. Сообщение имеет смысл только для двух процес­сов — источника и приемника. Сообщения являются как cпособом передачи информации, так и способом синхронизации рабо­ты нескольких процессов. По информации о состояниях и при­оритетах процессов микроядро управляет их работой в целях эф­фективного распределения ресурсов системы. Компоненты, находящиеся вне микроядра, используют средства микроядра для обмена сообщениями. Микроядро может обработать сообщение или переслать его другому процессу. При этом микроядру безраз­лично, от какого процесса получено сообщение, от находящего­ся на том же компьютере или на другом узле сети. Такое свойство микроядра используется для передачи сообщений в распределен­ных системах управления.

Система QNX работает в защищенном режиме. Микроядро защищено и доступно только по прямому вызову из системного процесса или аппаратного прерывания. Все программы защище­ны друг от друга, любая ошибка в одной из них не вызывает отка­за системы. Файловая система QNX сохраняет целостность дан­ных при отключении питания.

Операционная система QNX построена по сетевой техноло­гии FLEET. Рассмотрим особенности этой технологии.

Система QNX объединяет всю сеть в однородный набор ре­сурсов с прозрачным доступом к ним. Любые ресурсы, например дисковые накопители, принтеры и другие, могут быть добавлены к любой ЭВМ в сети; любой узел может быть исключен из сети или добавлен к ней без нарушения целостности системы. Поль­зователь, работающий на компьютере в одном из узлов сети, мо­жет иметь доступ к файлам, периферийному оборудованию и лю­бым другим ресурсам остальных узлов сети.

Для программ, исполняемых в ОС QNX, нет различий между локальными и удаленными ресурсами. Система QNX может уп­равлять одновременно задачами в реальном масштабе времени и задачами, не зависящими от времени, что позволяет эффективно использовать оборудование сети.

Любой узел может выполнять роль моста между двумя раз­личными локальными сетями, соответствующими стандарту IEEE 802. Таким образом, пользователь может работать одновре­менно в нескольких сетях: Ethernet, Token Ring и FDDI. В случае если какая-либо из них будет перегружена или выйдет из строя, ОС QNX способна автоматически перенаправить информацию через другую доступную сеть, что обеспечивает отказоустойчи­вость сети в целом. Менеджер сети выбирает путь для передачи информации к удаленному узлу, если он не единственный.

Для обеспечения надежности ЭВМ могут быть соединены как основным (высокоскоростным), так и резервным сетевыми каналами. Резервный канал позволит сохранить соединение в случае отказа основной сети.

Рассмотрим инструментальные средства разработки прило­жений. ОС QNX, как отмечалось, широко используется для встраиваемых систем. Пакет Embedded Kit позволяет разместить ОС QNX и приложения пользователя в ПЗУ (Flash или ROM), разрабатываемого промышленного контроллера. Пакет поддержи­вает различные аппаратные платформы (Intel, Octagon, Ziatech и др.), архивацию данных или файлов в памяти, а также встраиваемые файловые системы, которые обслуживают вызовы ввода-вы­вода стандарта POSIX.

Многие приложения используют для отображения контроли­руемого технологического процесса в реальном времени графи­ческий интерфейс. Средством разработки графического интер­фейса для ОС QNX является, например, пакет Photon Developers Toolkit, Пакет представляет собой встраиваемую графическую оболочку с поддержкой 2D- и ЗD-графики, а также с возможностью запуска графических приложений, написанных для X Window System. Пакет создает компактный код для встраиваемых приложений реального времени.

Пакет Photon Developers Toolkit содержит:

• библиотеку графических примитивов;

• набор графических стандартных компонентов;

• средства интерактивного проектирования графических приложений PhAB (Photon Application Builder), обеспечивающие создание и редактирование сложных графических объектов из набора стандартных, а также вновь созданных компонентов.

Для создания Интернет-приложений в среде ОС QNX имей­ся пакет Voyager SDK (Software Development Kit), который содер­жит все инструменты, необходимые для разработки специализи­рованного Wеb-браузера. Браузер Voyager обеспечивает пользова­телю удаленный доступ к промышленному контроллеру.