发表于：2004/9/1 20:57:00
#0楼
作者:Frank J. Bartos, CONTROL ENGINEERING责任编辑
Linux操作系统的价值已经通过办公自动化、电信以及服务器领域的应用得到了证实，但是就像在针对Linux的争论中所提到的那样，它在工厂底层应用中的角色仍然不能准确定位。
开放式解决方案为工业控制描述了一个逐渐清晰的发展方向。如果了解操作系统在计算机中作为软件“总协调者”所具有的至关重要地位，那么就容易理解为什么像Linux这样开放源代码的操作系统会拥有热情的支持者。
自从1990年Linus Torvalds率先开发出Linux并申请了专利，它确实已经在整个世界范围内对办公自动化、电信以及服务器等应用领域造成了很大的冲击，而且Linux也得到了各级政府机关的青睐，尤其是在欧洲。同时它还得到了像IBM和HP这样主要科技公司的支持，并且没有损害它的开放形象。获得广泛支持的原因很简单：Linux操作系统拥有众多优势。开放的源代码，可伸缩的结构，巨大的支持群体，许多具有奉献精神的开发者以及可以“免费”得到源代码。
Linux并不是“天生”的实时操作系统。“实时”的定义是同应用领域密切相关的，像对于工业领域的使用者来说操作系统的实时能力就是至关重要的。鉴于此，像其他操作系统的不同版本一样，Linux的“实时”版（扩展版）已经逐渐形成。这些扩展版对应用的实时、非实时任务以及其他的功能进行必要的分离。实时操作改变了最初Linux操作系统的朴素观念。例如，需要第三方供应商，服务费用，私有工具以及维护。所以使用Linux不见得一定是完全免费的。
Linux同Unix操作系统有些相似，还只是刚开始进入工业领域。当前Linux在这一领域的应用集中在与操作员的人机交互界面(HMI)和获取数据方面。但是伴随着更多的开发工具和网络工具的产生，Linux在工业控制领域的应用将更为广泛。
具有破坏性的技术
William Weinberg，MontaVista 软件公司战略市场总监，认为Linux的开放性具有“破坏性”，它威胁已存在的具有自主版权的嵌入式操作系统。但他也相信在工业领域采用Linux会得到很多益处：
■ 鲁棒，可靠的内存保护结构
■ 优秀的性能并且可以对实时响应进行灵活选择
■ 错误隔离管理，避免执行过程中出现致命错误
■ 支持多种通讯协议，工具以及设备驱动
■ 对关键CPU结构的支持
■ 世界范围内庞大的开发群体保证了高质量的软件
除了技术特点，Weiberg还提到了Linux为使用者所带来的商业利益，例如：免费的专利使用和低的软件总拥有成本；提供了多样的商用和自定义选项；开放的源代码；标准应用程序接口（APIs）可提高软件的可重用性；软件供应商有更多的选择以最大限度的防止产品老化。
另一方面，微软的嵌入式操作系统为开发者提供了一个熟悉和丰富的软件支持环境，但他也强调在提供这些服务的同时也带来了例行的关于质量、安全、版权以及费用方面的警告。
嵌入式软件供应商TimeSys公司的发言人Greg Holt，认为在工业领域使用Linux有一些直接的益处，包括众多的网络协议以及服务的支持。Holt引述了以太网，TCP/IP，HTTP，DHCP以及网络文件服务器的例子。他说如果工业被带入互联的世界，将通过企业级的系统实现众多企业的无缝数据整合。
在有些控制应用领域对性能要求十分严格，鉴于此，该公司的TimeSys Linux为开发者和OEM厂商提供了对操作系统实时能力的升级功能。Holt强调开发实时操作系统的益处包含了对高分辨率时钟和定时器的支持，以及支持周期线程API和对POSIX（可移植操作系统接口）的多级兼容。
Wind River系统公司的市场总监Marc Serughetti认为模块化、可伸缩以及对不同平台的可配置性是Linux操作系统的特征。它对制造业的另一个吸引力在于Linux源代码的长期可用性以及对于现货设备的支持。但有意使用Linux的消费者需要考虑Linux使用的环境以及应用于哪类工业设备。毕竟工厂设备种类众多，从常用的紧密耦合的传动设备，到实时操作设备包括具有安全性提示以及与控制弱关联的操作员界面、开关、网络产品，也存在更高级的设备，例如SCADA系统（监视控制与数据采集系统）。
Serughetti认为Linux操作系统是最适合应用在工厂环境下，在这样环境下软件和硬件具有较弱的耦合，它正在被应用于对响应要求不严格的场合，例如COTS（商用现货）和HMIs（人机界面）。在这些领域微软的Windows系统也有大量应用，反映了这种操作系统的影响力。
在实时应用领域，需要一个更高水平的Linux 实时版本。据Serughetti所说,Wind River公司正在作这一方面的调研。这包括最近与Red Hat公司合作开发嵌入式实时Linux产品和工具。Wind River的核心产品是VxWorks，一种拥有自主版权的实时操作系统，当前最新版本为6.0，主要面向高性能的嵌入式应用。企业版的Linux是 Red Hat 公司的核心产品。
成本考虑
不是所有人都认为使用Linux会降低总拥有成本，Serughetti认为对操作系统的服务支持费用可能会超过软件本身的成本。他说：“当使用者选择一个操作系统时，会同时考虑软件供应商的服务支持能力；对于一个可量身定制的操作系统，这在工业控制领域会具有同使用者绑定的优点。而在这一领域内部这方面的技术正逐渐衰退，这样服务支持费用会快速增长。”
Paul Shelton在西门子能源和自动化公司负责HMI产品的市场，他认为操作系统的稳定性，安全性，可靠性，连通性等是消费者所主要关心的方面，而不是在操作系统内什么技术被使用。在对比了Linux具有的“前期投资省”特点和微软Windows的“一次付款”特点后，他相信Linux的工业级人机界面（HMI）解决方案相比Windows具有更高的总开销，在上世纪90年代后期, 西门子在HMI panel产品中转而采用Windows CE操作系统。Shelton说：“使用一个稳定的、特性丰富的操作系统让我们把精力集中在产品设计和开发应用软件这些核心工作上。”当前西门子的ProTool和WinCC的灵活应用软件已经产生了人机界面的许多新特点。浏览器、终端服务器以及第三方应用的支持已经成为操作系统所必然拥有的特性。Shelton补充说：“稳定、灵活和低开销的解决方案会得到消费者的热情支持”。
许可证，法律责任
无论是Linux的支持者还是批评者都对公开开发开放源代码软件的要求十分关注。Monta Vista公司的Weinberg认为这种担心有些夸张，这种想法的产生是由于拥有自主版权的实时操作系统供应商感到了这种开放源代码方法的威胁。
Weinberg解释说: 对于Linux源代码的更改和重用几乎没有限制，无论在应用级还是驱动级的使用者都不用持有许可证。但关于Linux核需要两种级别的许可，一是所谓的GNU/一般公共许可证(GPL)和一个更少限制的许可证(LGPL)。GPL要求使用者在拷贝，修改或是派生GPL代码时需要向消费者提供代码。但是对于链接到GPL库的大“团体”可以不执行这项要求。不过据MontaVista所说实际上所有的Linux实时库都使用LGPL，也就是不要求公布代码。
Weiberg说：“在实际中GPL的许可要求相比较许多私有软件许可协议（SLAS）的条款和条件要简单的多也易于遵守。SLAS包含有权利得到专有开发项目的细节，以及对源码的重用和更改加以限制等等许多的条款。”他对不同许可协议文档的长度进行了对比：GPL7页，微软EULA工具12页，专有实时操作系统的SLAS一般15～25页。
然而，Weiberg也提醒开发者在构建和配置得到GNU 许可的 Linux 软件时，对于已得到GPL和LGPL许可并且也得到其他版权协议许可的软件，当对其进行混合和匹配时要明白都涉及到了哪些问题。
Wind River公司的Serughetti对一些有意使用Linux但却对Linux的公开源代码要求存有顾虑的使用者表示理解。按照这个规定根据使用者的应用要求而更改过的代码将不得不公开，他也认为“这不符合一个公司在知识产权方面的利益”。
Linux已经进入了正规的发行，这对于一个对已建立技术的挑战者来说是正常的。它的发展空间和方向不允许针对IBM SCO 团队当前工作的完全覆盖，如果这样做可能会扰乱了Linux当前及潜在的使用者。而SCO则宣称Linux是一个未授权的Unix的衍生版。
对 Linux可能更加严重的事件发生在欧洲，在欧洲专利协会内部对一个条款的解释当前正在引发争议。条款52，对可取得专利的发明规定：对于易于在工业上应用的发明必须取得专利，而如果这样做将同 Linux的理念相谬。对这种例外的情况的额外标注可能会解决这个问题。
总的说来 Linux操作系统的前景是被看好的。几个市场调研公司认为在不远的将来 Linux 在嵌入式系统的应用会产生较大的增长。它注定要进入到工业领域，在这一领域 Linux 的各种实时版本将与微软的操作系统和其他的拥有自主版权的操作系统进行竞争。
相关更多信息，请访问下列网站
CAMotion
www.camotion.com
Microsoft
www.microsoft.com
MontaVista
www.montavista.com
Red Hat
www.redhat.com
Siemens E&A
www.siemens.com
TimeSys
www.timesys.com
Wind River
www.windriver.com
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应用中的Linux操作系统
CAMotion公司(www.camotion.com) - 应用在生产线和物流领域的高速机器人供应商- 最近向Cargill公司的一个子公司提供了高速盘子打包机。这种桶架结构的机器人将已称完重和贴完价格标签的盛肉的盘子放到载台准备直接发运到超级市场。打包速度高达每分钟60个盘子，同时需要为它提供总重达6磅的包装袋。
一个运行于Red Hat Linux 的嵌入式PC控制这个机器人的运动。CAMotion公司主席 Steve Dickerson介绍说：“在每个毫秒将位置命令和前馈量下发给 4个运动控制卡，在运动过程中采用了先进的运动轨迹和控制算法，例如抖动抑制，学习前馈以及状态估计方法。如果机构的重量比较轻，就可以产生高速、准确的运动输出”。
Dickerson认为在PC上使用Linux的原因在于降低成本的同时可以很灵活的开发出开放源码的软件。他说：“以前在应用中使用微软Windows的扩展商用实时操作系统，但是CAMotion发现开发应用程序比较困难同时还得为授权付费，这样最终选用了Linux。”零售产品包装项目经理 Jason Prince补充道：“这个系统性能优良，超过了我们的预期指标。”
能“向后弯曲”的敏捷机器人
ABB的IRB 6600 机器人在同类机器人中号称最紧凑的机器人，它装有一个新颖的能‘向后弯曲’的灵活机器手，可以使机器人实时完成多个任务，例如能以很高的精度实现上臂的伸长和各种各样手腕的运动。制造商介绍说，这种机器人可以应用在室内准确点焊,物料输送和机器管理等领域。
Wind River公司为ABB(www.abb.com/robotics)提供了实时操作系统VxWorks和网络软件。这些软件有助于加快IRB6600工业机器人的开发和构建。通过使用Wind River的网络技术，ABB在机器人内部搭建了服务信息系统(SIS)。这就使得使用者可以监控机器人的运动，并通过以太网连接到一个手持设备或者一个PC以接收远程命令。服务信息系统可以预先知道需要提供的服务，也简化了服务的计划编制，而且可以对多机器人进行支持。从ABB公司的使用经验可以看出VxWorks实时操作系统非常适合机器人应用的开发。
