Even today, safety-critical systems in many fields of application use separate processors to isolate software of different criticality from another. The resulting system architecture is non-optimal in regard to flexibility, device size and power consumption. These drawbacks can be prevented by the use of partitioning operating systems that enable the integration of applications with different criticality on a single processor. However, their application for deeply-embedded devices, that are characterized by strict resource constraints and the lack of advanced processor features such as memorymanagement units (MMU), is challenging. In this work, we show that the impact of virtualization on performance and predictability is smaller in the field of deeply-embedded devices than in more complex systems, making it a compelling choice as a partitioning technology. We present a hypervisor that provides time and space partitioning for an MMU-less system, as well as mechanisms for communication and resource sharing. To satisfy the strict power and resource constraints found in deeply-embedded devices, we focus on solutions with a minimal runtime overhead. Furthermore, the hypervisor is integrated with the processor power management, often enabling significant power savings in the resulting system architecture.
Industrie 4.0 ist einer der Bausteine der Hightechstrategie der Bundesregierung [1]. Das Förderprojekt Dezentral kooperierende sensorbasierende Subsysteme für Industrie 4.0-Produktionsanlagen (DnSPro) adressiert eine Reihe von Aspekten, die für die Etablierung derartiger Systeme erforderlich sind. Um beispielsweise die häufig geforderte dynamische Produktionsanpassung zu ermöglichen, ist eine Abkehr vom aktuell vorherrschenden zentralisierten Automatisierungskonzept erforderlich. Denn dieser durch die Automatisierungspyramide charakterisierte Ansatz verhindert die notwendige Kooperation zwischen Anlagenkomponenten des Produktionsprozesses und Teilsystemen anderer Bereiche der Wertschöpfungskette. Neben der konzeptionellen Hierarchisierung stellt hierbei das Fehlen einer einheitlichen Infrastruktur zur Kooperation ein Kernproblem dar. Der Beitrag zeigt am Beispiel einer Getränkeabfüllanlage, wie mit Hilfe des DnSPro-Ansatzes der Informationsdurchgriff von der Planungs- bis zur Feldgeräteebene realisiert werden kann. Dafür werden Subsysteme definiert und konzipiert, die Teilabläufe autark integrieren. Die Integration dieser Module erfolgt über standardisierte, selbstbeschreibende Protokolle wie OPC UA.
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