Echtzeit Erweiterung für Windows (32 und 64 Bit), Master-Stack für EtherCAT, ProfiNET, Sercos III und Schulungen

Aufgabe von SYBERA ist die Entwicklung von Echtzeit Erweiterungen für Windows (32- und 64-Bit), Netzwerk-Lösungen und Feldbus-Kommunikation. SYBERA entwickelt Echtzeit Produkte basierend auf der X-Realtime Technologie für die industrielle Steuerungstechnik (EtherCAT, ProfiNET, SERCOS III). Das eigenständige Trainingscenter  bietet Entwickler Seminare zu den Themen Systemsoftware (Kernel-Gerätetreiber, Device-Driver und Integration ), Echtzeit-Steuerung und Feldbus-Kommunikation für die Betriebssysteme Windows (Windows 8, 7, VISTA, XP, Embedded). Das Unternehmen verfügt über moderne Schulungsräume und bietet sowohl interne als auch externe Schulungen an.
 
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Trainingscenter

 

Echtzeit-Produkte

WDM Treiber Entwicklung
WDF Treiber Entwicklung
USB Treiber Entwicklung
NDIS Treiber Entwicklung
Windows Embedded
EtherCAT Entwicklung
ProfiNET Entwicklung
Sercos III Entwicklung
PCI und PCI Express
Systemnahe Programmierung
CANBus Entwicklung
Training, Schulung, WDF, WDM, USB, NDIS, Treiber, Driver
 
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Echtzeit Erweiterung
Realtime Ethernet Core
Realtime CANBus Core
Realtime Serial Core
Windows EtherCAT Master
Windows ProfiNET Master
Windows SERCOS III Master
Realtime GigE Vision
Realtime MODBus Master
X-GO Logic Control
 

Besuchen Sie uns auf der SPS IPC Drives 2014 - Halle 6, Stand 303

Windows Echtzeit (Realtime) Erweiterung SPS-Drives 2014

 

SYBERA GmbH, Hohenzollernstr.2, 71088 Holzgerlingen, Tel: 07031-744-608 (Fax: -609), EMail: info@sybera.de

 

Überblick

Mit Produkten für die Echtzeit-Programmierung bieten wir unseren Kunden eine effiziente Alternative, um Hardware-Steuerungen und Analysen ohne großen Aufwand realisieren zu können. Grundlage der  Produkte ist die Echtzeiterweiterung X-Realtime. Mit der Echtzeiterweiterung bietet SYBERA den Zugriff auf Hardware unter Windows direkt von der Applikationsebene aus. Die Realtime-Engine eröffnet dabei eine neue Dimension der Echtzeit-Verarbeitung unter Windows. Durch die Unterstützung von Multiprozessor-Plattformen wird das Echtzeit-Verhalten deutlich verbessert und die Overall-Performance gesteigert. Hierbei reserviert die Realtime-Engine exklusiv einen physikalischen oder logischen Prozessor für den Echtzeitbetrieb. Neben reinen Multiprocessor Plattformen wird auch die INTEL Hyperthreading Technologie voll unterstützt. Die Realtime-Engine arbeitet mit einer asynchronen Entkopplung zum bestehenden Betriebssystem, wodurch der Scheduler zwischen Echtzeiterweiterung und Betriebssystem entfällt. Obwohl heute verschiedene BIOS Konfigurationen auf Multiprozessor-Plattformen zum Einsatz kommen, passt sich die neue Realtime-Engine automatisch an diese an.

Gerade bei den kritischen Plattform-CPU Kombinationen von Notebooks spielt die Echtzeit-Erweiterung für Windows 7 64-Bit ihre Stärken aus. SYBERA setzt hierbei auf ein 3-Gliedriges Jitter-Reduktionsverfahren: Adaptive Jitter-Kompensation , Aktives CPU Power-Management, Plattform-Kontrolle. Durch die Kombination aller 3 Verfahren kann nachweislich, je nach Plattform, ein Jitter von unter 10 Mikro-Sekunden erreicht werden. Auf Desktop-Plattformen wird sogar ein Jitter von unter 3 Mikro-Sekunden stabil erreicht. Dabei kann jeder Prozessor-Kern als eigenständiges Task-Cluster betrieben werden. Dies ermöglicht z.B. den parallelen Betrieb mehrere Feldbussysteme, redundanter Ethernet-Topologien, oder den parallelen Betrieb von eigenständigen Drive-Reglern. Typische Einsatzgebiete der neuen Realtime-Engine sind: Maschinen-Steuerungen, Service-Management, Analyse-Systeme, Feldbus-Controller, Automotive-Anwendungen, Sensorik, Optische Systeme. Wie bei der 32-Bit Realtime Engine, erlaubt auch die 64-Bit Lösung die komplette Programmierung von Ressourcen, wie IO-Space, MappedMemory und DMA von allen PC-Komponenten – sowohl interne Hardware (z.B. Legacy), als auch periphere Adapter (z.B. PCI, PCIe, PCMCIA, usw). Für die Programmierung von Plug&Play - Komponenten wurde ein eigenständiger Ressourcen - Enumerator entwickelt. Die Programmierung von Echtzeit-Tasks, der Ansteuerung von Hardware-Komponenten, als auch die Programmierung von Windows-Routinen erfolgt zusammen innerhalb der selben Entwicklungsumgebung (z.B. VisualStudio), als eine Anwendung. Der Datenaustausch kann über gemeinsame, synchronisierte Speicherbereiche durchgeführt werden. Die Echtzeit Software wird in einem Arbeitsgang installiert - ohne aufwendige Windows Einstellungen. Für den schnellen Einstieg steht die Software SYDBG zu Verfügung - ein Kontrollsystem für alle verfügbaren Prozessor-Kerne, sowie der Anzeige von Zustandsinformationen. Darüber hinaus bietet die Software die Möglichkeit von Source-Code Debugging für Echtzeit-Tasks. Mit dem zusätzlichen Modul für die Jitter-Analyse ermöglicht SYDBG die umfassende Überwachung der Realtime-Engine

Echtzeit-Betriebssysteme werden immer dann benötigt, wenn zeitkritische dynamische Systeme zuverlässig verwaltet werden müssen. Die Verletzung des deterministischen Zeitverhaltens führt bei s.g. sensitiven Systemen i.d.R. zu einem kritischen bis katastrophalen Zustand (z.B. Linearsteuerung, Füllmengenüberwachung), während nicht-sensitive Systeme (z.B. Geschwindigkeitsregelung) bei sporadischer Verletzung temporär in einen kritischen Zustand wechseln oder stabil bleiben. Waren die Anforderungen früherer Echtzeit-Betriebssysteme auf deterministisches Zeitverhalten und Sicherheit begrenzt, so werden heute zusätzlich Visualisierungs- und kommunikative Fähigkeiten mit von solchen Systemen als Standard gefordert. Die Kommunikationsanforderungen an heutige Echtzeit-Systeme umfassen nahezu den gesamten Schnittstellenbereich.

Im Bereich der Netzwerktechnik bietet SYBERA angepasste Echtzeit-Lösungen für die gekoppelte oder entkoppelte Kommunikation unter Windows. Echtzeit-fähige Kommunikation wird heute vor allem bei CAN-, Ethernet- und serieller Verbindung gefordert wenn der Datenfluß entweder nicht unterbrochen werden darf, oder Datenpakete in einem festgelegten Zeitraster bearbeitet werden müssen. Vor allem in der industriellen Steuerungstechnik ist die grafische Anzeige der Daten zur Interaktion zwischen Mensch – Maschine eine wichtige Voraussetzung. Moderne Echtzeit-Betriebssysteme bieten daher i.d.R eine eigene grafische Schnittstelle zur Daten-Visualisierung. Um den Echtzeitablauf nicht zu beeinflussen, ist die Visualisierung jedoch von der Datenaufnahme zeitlich entkoppelt. Hierbei ist die Programmierbarkeit des Echtzeit-Betriebssystems ein wichtiger Faktor für die Erstellung von Applikationen und deren Wartung und dem damit verbundenen Kostenfaktor.

Mit der neuen Generation des EtherCAT Masters hat Sybera einen deutliche Verbesserung des Bibliothek Handlings umgesetzt. Der Entwickler kann sich ganz auf die Programmierung der Prozessdaten konzentrieren. Viele Mechanismen des Stations- und Fehler-Managements wurden implizit umgesetzt, ohne die Flexibilität der offenen Bibliothek zu beeinflussen. Die Evaluierungsversion des neuen Realtime EtherCAT Masters steht zum Download bereit. Mit dem EtherCAT Echtzeit-Bibliothekssystem lässt sich nun eine handelsübliche Ethernet-Karte zum Ethercat Master aufrüsten. Die Basis bilden dabei der Echtzeit-EtherCAT Master und die X-Realtime - Technologie. Die Software ist lauffähig unter Windows 8, 7, Vista, XP und 2000, und ermöglicht die Ansteuerung von EtherCat Slave - Teilnehmern (z.B. den EtherCAT Klemmen der Firma Beckhoff GmbH) in Echtzeit.  Je nach PC-Hardware und Applikation sind Telegramm-Updatezeiten bis zu 50 usec realisierbar. Die physikalische Anbindung erfolgt über einen handelsüblichen INTEL Pro oder eines REALTEK PCI oder eines entsprechenden PCMCIA Adapters. Neben zahlreichen erweiterten EtherCAT Funktionen für Distributed Clock, COE und State Management, ermöglicht das Bibliotheksystems auch ohne XML - Datei die EtherCAT - Geräte zu betreiben. Mit dem integrierten Stationsmanagement können die Geräte fast vollständig implizit verwaltet und betrieben, oder aber jeder einzelne Funktionsschritt (FMMU, SYNCMAN, PDO, STATE ...) gezielt gesteuert werden. Zusätzlich hat das Unternehmen die umfassende Test-Software ECATVERIFY entwickelt, welche es dem Entwickler ermöglich, EtherCAT - Geräte ohne Programmierung zu testen und die Parametrierung zu definieren. Der Entwickler wird hierbei interaktiv durch die einzelnen Funktionsgruppen und Zustände geführt. Alle Information werden dabei ausführlich visualisiert. Hierbei wird nicht nur das Senden und Empfangen von industrietauglichen Ethernet-Protokollen nach der EtherCAT - Spezifikation der EtherCAT - Technology - Group (ETG) in Echtzeit realisiert. Die Schnittstelle ermöglicht zudem die funktionale Bearbeitung der EtherCAT Telegramme in einer separaten Echtzeit - Task. Das System basiert auf 4 Echtzeit - Tasks, zum Senden und Empfangen von Ethernet - Frames, und funktionale Bearbeitung. Über eine STATE - Machine werden die Tasks funktional synchronisiert. Eine Echtzeit - Fehlertask erkennt Frame-Fehler und Hardware-Latenzen. Es wird überprüft ob zu einem gesendeten Telegramm eine Antwort empfangen wurde (Timeout), ob der Working Counter des Antworttelegramms 0 ist und ob die Index-Felder der Sende- und Empfangs-Telegramme übereinstimmen. Darüber hinaus kann ein Notfall-Telegramm hinterlegt werden, welches im Fehlerfall von der Error - Task gesendet wird. Mit einem Frame-Filter werden die EtherCAT - Telegramme vom Ethernet-Frame in Echtzeit separiert und an einen Telegramm - Stack übertragen. Der Entwickler hat hierbei die Möglichkeit, die funktionale Bearbeitung (Realtime Level2) in einer Echtzeit - Task auf System- oder auf Applikationsebene umzusetzen. SYBERA bietet die einzigartige Gelegenheit, die Feldbussysteme EtherCAT und ProfiNET direkt im Echtzeit-Simulator in Holzgerlingen zu erleben. Der Simulator vereint digitale und analoge Sensorik und Aktorik in einer komplexen Pneumatiksteuerung. Eine Fahrgastzelle kann mit Hub-, Roll-, Nick- und Drehbewegungen gesteuert werden. Die an die EtherCAT - Klemmen angeschlossenen Geräte umfassen Laserdistanzsensoren, induktive Sensoren, Drucksensoren, Inkrementalgeber, Regelventile und Wegeventile spiegeln somit das bekannte Umfeld der Steuerungstechnik wider. Der Fahrgast hat die Möglichkeit, die Parameter selbst zu verändern und somit Wiederholgenauigkeit und Jitter der Steuerung zu beeinflussen. Der Echtzeit-Simulator hilft allen Interessenten, die Feldbussysteme EtherCAT und ProfiNET für die Praxis besser einschätzen zu können. SYBERA setzt bei der EtherCAT Master Bibliothek das Verfahren „Dynamic Jitter Compensation“ mit aktiver und passiver Rückkopplung ein. Obwohl die X-Realtime Engine mit einen geringen maximalen Jitter von ca. 15 µsec auskommt (je nach Hardware Plattform), ergibt sich systembedingt im Sampling Betrieb ein additiver Jitter. Für die unsynchronisierte Kommunikation mit Industrial Ethernet Komponenten ist dieser in aller Regel zu vernachlässigen.

Aufgrund der zunehmenden Vernetzung des industriellen Umfelds, spielt die Ethernet Kommunikation eine immer wichtigere Rolle bei der Anbindung und Steuerung von Geräten. Heute stehen für die Feldbus-Kommunikation verschiedene Ethernet Standards zur Verfügung, u. a. SERCOS, Powerlink, EtherCAT und ProfiNET . Das Kommunikationsprinzip beruht typischerweise auf einem deterministischen Prozessdatenaustausch und erfordert daher für Steuerung und Gerät deterministische Soft- und Hardware. Die direkte Ansteuerung der Feldbusgeräte mit einem PC und dem Betriebssystem Windows wurde erst mit der Einführung von sog. Echtzeit-Erweiterungssystemen möglich. Ein Beispiel hierfür ist die Echtzeit-Erweiterung der Fa. SYBERA, die Ethernet-Update-Zyklen bis 50 µsec ermöglicht. Die Ethernet Feldbus-Kommunikation unterscheidet sich nicht nur durch eine unterschiedliche Protokoll-Spezifikation, sondern auch durch die Bus-Topologie. So realisiert EtherCAT z.B. eine Ring-Topologie, während ProfiNET eine Stern-Topologie umsetzt. Während bei EtherCAT das typische Master/Slave Prinzip zwischen Steuerung und Geräten umgesetzt wird, besteht ProfiNET aus einem Provider / Consumer - Modell, bei dem die Rollen vertauscht werden können. Die ProfiNET Realtime Kommunikation setzt jedoch wiederum eine definierte Master / Slave - Beziehung voraus. Ähnlich wie schon bei EtherCAT, spricht SYBERA beim neuen ProfiNET - Stack ebenfalls von einem PROFINET Master. Mit dem neuen Echtzeit-ProfiNET Master entfällt die Notwendigkeit einer separaten Controller-Hardware, da die ProfiNET Steuerung vom PC mit Standard-Ethernet-Adaptern umgesetzt werden kann. Der ProfiNET Master wird als offenes Echtzeit-Bibliothekssystem angeboten und ermöglicht dem Entwickler die Programmierung einer deterministischen Steuerung für ProfiNET -Geräte. Mit Hilfe des ProfiNET Bibliothekssystems können eigenen Applikationen entwickelt (programmiert) werden. Der Entwickler soll die Möglichkeit haben, durch einfache Interface-Funktionen Steuerungsprojekte programmieren und eigene Anwendungen graphisch gestalten zu können. Wie bei den standardisierten Programmen muss der Entwickler durch Bibliotheksfunktionen die Möglichkeit haben, die Parametrierung und die logische Verknüpfung zu realisieren. Darüber hinaus muss auch gewährleistet werden, dass mit den zur Verfügung stehenden Bibliotheksfunktionen auch auf komplexe Vorgänge, wie z.B. Zustandswechsel der Geräte oder Fehlersituationen, Einfluss genommen werden kann. Das ProfiNET Protokoll-Management, die Fehlerbehandlung und Gerätelogistik sind in den s.g. Protokollstacks implementiert. Die Protokollstacks bilden somit die Verbindung zwischen der physikalischen Transportschicht (z.B. Ethernet-Treiber) und der Anwendungssoftware. Die Zielsetzung von Protokoll-Stacks ist bei allen Systemen gleich: Der Entwickler von ProfiNET Projekten soll sich nicht um das Protokoll-Management kümmern müssen, vielmehr um die Verarbeitung der entsprechenden Nutzdaten der angebundenen Stationen. Die Gerätelogistik und Parametrierung wird weitgehend durch implizite Vorgaben vereinfacht. SYBERA bietet die einzigartige Gelegenheit, ProfiNET direkt im Echtzeit-Simulator in Holzgerlingen zu erleben. Der Simulator vereint digitale und analoge Sensorik und Aktorik in einer komplexen Pneumatiksteuerung. Eine Fahrgastzelle kann mit Hub-, Roll-, Nick- und Drehbewegungen gesteuert werden. Die an die ProfiNET - Klemmen angeschlossenen Geräte umfassen Laserdistanzsensoren, induktive Sensoren, Drucksensoren, Inkrementalgeber, Regelventile und Wegeventile spiegeln somit das bekannte Umfeld der Steuerungstechnik wider. Die Simulatorsteuerung erfolgt mit der Logik-Software X-GO Logic Control und den eingebundenen Echtzeit Master Bibliotheken für EtherCAT und ProfiNET. Der Fahrgast hat die Möglichkeit, die Parameter selbst zu verändern und somit Wiederholgenauigkeit und Jitter der Steuerung zu beeinflussen. Der Echtzeit-Simulator hilft allen Interessenten, ProfiNET für die Praxis besser einschätzen zu können.

Mit dem PC basierenden SERCOS III Echtzeit-Master und der X-Realtime Engine entfällt die Notwendigkeit einer separaten Sercos Controller-Hardware, da die Master Steuerung direkt vom PC aus mit Standard-Ethernet-Adaptern umgesetzt wird, und das mit Sampling Raten unter 100 usec. Durch die Erweiterung der Ethernet-Transportschicht (Ethernet Realtime Core) werden nun weit mehr als 70 standard Ethernet-Adapter unterstützt. Damit sich nun eine handelsübliche Ethernet-Karte zum SERCOS III Master aufrüsten. Die Basis bilden dabei die Echtzeit-Erweiterung SERCOS III und die X-Realtime Technologie. Die Software ist lauffähig unter Windows 7, 2000, XP und VISTA, und ermöglicht die Ansteuerung von SERCOS III Slave -Teilnehmern in Echtzeit.  Je nach PC-Hardware und Applikation sind Telegramm-Updatezeiten bis zu 50 usec realisierbar. Der SERCOS III Master wird als offene Echtzeit-Bibliothek angeboten und ermöglicht dem Entwickler die Programmierung einer deterministischen Steuerung für SERCOS III Geräte. Der Entwickler soll die Möglichkeit haben, durch einfache Interface-Funktionen Steuerungsprojekte programmieren und eigene Anwendungen graphisch gestalten zu können. Wie bei den standardisierten Programm-Oberflächen hat der Entwickler durch Bibliotheksfunktionen die Möglichkeit, die Parametrierung und logische Verknüpfung zu realisieren. Dies wird mit einem flexiblen IDN-Paramterierungssystem ermöglicht. Der Entwickler von SERCOS III Projekten soll sich nicht um das Protokoll-Management kümmern müssen, vielmehr um die Verarbeitung der entsprechenden Nutzdaten der angebundenen Stationen. Darüber hinaus muss auch gewährleistet werden, dass mit den zur Verfügung stehenden Bibliotheksfunktionen auch auf komplexe Vorgänge, wie z.B. Zustandswechsel der Geräte oder Fehlersituationen, Einfluss genommen werden kann. Das Sercos Protokoll-Management, die Fehlerbehandlung und Gerätelogistik sind in den s.g. Master-Protokollstacks implementiert. Die Protokollstacks bilden somit die Verbindung zwischen der physikalischen Transportschicht (z.B. Ethernet-Treiber) und der Anwendungssoftware. Der SERCOS III Master erfüllt die Anforderungen der Spezifikation 1.1.2 und ist wie die anderen Sybera Master Bibliotheken als offenes Programmiersystem gestaltet. Insbesondere wurde auf die kritischen Zyklus-Timings von SERCOS III hohen Wert gelegt. Das System basiert auf 4 Echtzeit - Tasks, zum Senden und Empfangen von Ethernet Frames, und funktionale Bearbeitung. Über eine STATE - Machine werden die Tasks funktional synchronisiert. Eine Echtzeit - Fehlertask erkennt Frame Fehler und Hardware-Latenzen. Es wird überprüft ob zu einem gesendeten Telegramm eine Antwort empfangen wurde (Timeout), ob der Working Counter des Antworttelegramms 0 ist und ob die Index-Felder der Sende- und Empfangs-Telegramme übereinstimmen. Darüber hinaus kann ein Notfall-Telegramm hinterlegt werden, welches im Fehlerfall von der Error - Task gesendet wird. Mit einem Frame-Filter werden die SERCOS III - Telegramme vom Ethernet-Frame in Echtzeit separiert und an einen Telegramm - Stack übertragen. Der Entwickler hat hierbei die Möglichkeit, die funktionale Bearbeitung (Realtime Level2) in einer Echtzeit - Task auf System- oder auf Applikationsebene umzusetzen.

Das Trainingscenter bietet Entwicklerseminare zu den Themen Kernel- Software, Echtzeitsteuerung und Wireless Kommunikation an. Das Schulungsangebot umfasst alle Bereiche der Systemsoftware-Entwicklung, vom Windows Legacy / WDM Treiber-Modell, der Echtzeit -Steuerung, Bluetooth Kommunikation und -Design bis hin zur Integration von Windows Embedded. Als offizieller Microsoft Systemintegrator und Embedded Partner mit langjähriger Schulungserfahrung sind wir in der Lage, die Schulungsinhalte fundiert und effizient zu vermitteln. Dabei gehen wir selbstverständlich auch auf Ihre besonderen Wünsche und Fragen ein. Unsere Schulungsräume verfügen über Beamer und portable Entwicklungssysteme. Außerdem erhalten alle Kursteilnehmer aktualisiertes schriftliches Begleitmaterial - Dokumentation und CD. Das Unternehmen bietet seine Seminare in den eigenen Räumen, sowie extern als Inhouse Schulung in Ihren Räumen an. Zum Einsatz kommen die Werkzeuge WDK, SDK und VisualC++, Platform Builder und Target Designer sowie das CSR Casira Bluetooth DevKit. Der Erfolg jeder Entwicklung setzt den sicheren Umgang mit diesen Werkzeugen voraus. Hier sind unsere Mitarbeiter stets auf dem neuesten Stand.

SYBERA bietet zusätzlich Consulting Services für Embedded Integration und Sondertreiber-Lösungen. Nutzen Sie die Consulting Services von SYBERA, von der einfachen Port-Steuerung unter Windows bis hin zum komplexen NDIS Intermediate Treiber mit den unterschiedlichsten Funktionsgruppen. Unsere Spezialisten erarbeiten zusammen mit dem Kunden Pflichtenhefte und Checkpoints zur optimalen Umsetzung der Projekte und einem optimalen Preis/Leistungsverhältnis.