Systemplattformen

Safety, Security und Skalierbarkeit für das Internet der Dinge

| Autor / Redakteur: Prashant Dubal * / Franz Graser

Abbildung 1: Time-, Space- und Ressourcen-Partitionierung in VxWorks 7.
Abbildung 1: Time-, Space- und Ressourcen-Partitionierung in VxWorks 7. (Bild: Wind River)

Moderne Echtzeitbetriebssysteme müssen modular, konfigurierbar und erweiterbar sowie nicht zuletzt sicher sein, um die Aufgaben, die das Internet der Dinge mit sich bringt, erfüllen zu können.

Geräte, die bisher im Standalone-Betrieb arbeiteten und auf denen ein Echtzeitbetriebssystem (Real Time Operating System, RTOS) wie zum Beispiel VxWorks lief, werden heute im IoT (Internet of Things) vernetzt und von klugen Systemen in intelligente und Entscheidungen treffende Systeme transformiert. In diesem neuen Szenario müssen vernetzte Geräte schneller auf den Markt gebracht und mit besonderen Leistungsmerkmalen und Fähigkeiten ausgestattet werden, die sich vom Wettbewerb absetzen.

Auch Sicherheitsrisiken, die die Connectivity des IoT mit sich bringt, müssen bedacht werden. Die Senkung der Entwicklungskosten ist ein weiteres Kriterium. Um diese Herausforderungen zu erfüllen, suchen Kunden Skalierbarkeit, Schutz vor unbefugtem Zugriff (Security) und funktionale Sicherheit (Safety) in einem RTOS, plus Middleware, welche Connectivity, Manageability und Virtualisierungsfähigkeiten liefert und es ihnen ermöglicht, sich ganz auf die Entwicklung ihrer Applikation zu konzentrieren.

Herkömmlicher RTOS-Support reicht nicht mehr aus

Traditionell ist ein RTOS ein monolithisches Tool. Es wurde stets in einem Bundle bestehend aus Software einschließlich Betriebssystem (OS), Middleware, Board Support Packages (BSPs) und Tools geliefert. Alle Updates dieses Pakets betrafen wegen des hohen Programmier- und Testaufwands bei der Implementierung meist Bug- oder Security-Fixes statt die Erweiterung um neue Leistungsmerkmale. Allerdings entwickelt sich die IoT-Landschaft wesentlich schneller als die Release-Zyklen für das traditionelle RTOS. Folglich hat Wind River VxWorks völlig überarbeitet und in VxWorks 7 ein modulares sowie zukunftssicheres Konzept implementiert.

Grundlegend bei VxWorks 7 ist die Trennung des Kernels von Paketen wie Middleware, Netzwerk-Protokollen und Applikationen. Die Applikationslebenszyklen sind völlig von der Kernfunktionalität des Betriebssystems getrennt. Dies erlaubt es, dass einzelne Applikationen zu beliebigen Zeitpunkten aktualisiert werden können, wenn dies erforderlich ist.

Mehrere Versionen von Paketen können gleichzeitig im Entwicklungsbaum installiert sein. Patches oder neue Versionen können so getestet und, falls angebracht, wieder rückgängig gemacht werden. Außerdem verfügt VxWorks 7 über die Fähigkeit, mehrere Compiler zu nutzen. Dies sorgt für hohe Flexibilität bei der Optimierung der System-Performance. Wichtig ist auch, dass sich Middleware oder zusätzliche Kommunikationsprotokolle und andere Pakete über das Application Store Modell aufnehmen oder aktualisieren lassen, ohne den Kernel zu verändern. Diese Pakete können auch Plug-ins für Mikroprozessor- Architekturen wie zum Beispiel von ARM, Freescale (PPC und QorIQ) oder Intel enthalten.

Aufgrund der modularen Architektur von VxWorks 7 können die Hersteller von Embedded Geräten ihre Produkte von Mitbewerbern differenzieren sowie an die jeweiligen Marktanforderungen und Standards anpassen und über längere Zeit wettbewerbsfähig halten, indem sie sie mit zusätzlichen Leistungsmerkmalen und Fähigkeiten verbessern. Dies alles ohne Änderung des Systemkerns. Zusätzlich ermöglicht VxWorks 7 den Herstellern, die Lebensdauer des Systemkerns über mehrere Produktgenerationen auszudehnen. Dies erhöht das Return-on-Investment (ROI) für das OS.

Einheitliche Systemplattformen für mehrere Produktlinien

Die Modularität von VxWorks 7 ermöglicht ein sehr hohes Maß an Skalierbarkeit. Dies erlaubt den Kunden, ihre benötigten Applikationspakete, wie etwa Connectivity- oder Security-basierte Middleware, so zu wählen, dass sie die Anforderungen der Zielapplikationen in unterschiedlichen Märkten hinsichtlich Funktionalität, benötigtem Speicherplatz sowie Performance oder Power erfüllen. Kunden können einheitliche Plattformen für mehrere Produktlinien entwickeln, indem sie VxWorks in unterschiedlichen Geräteklassen, von Edge-Geräten mit kleinem Formfaktor über Gateways bis hin zu großen und komplexen intelligenten Systemen installieren.

Abbildung 2: Der VxWorks-Microkernel auf dem kleinen Core eines Multicore-Prozessorsystems.
Abbildung 2: Der VxWorks-Microkernel auf dem kleinen Core eines Multicore-Prozessorsystems. (Bild: Wind River)

Ein nur etwa 20 KB großer Mikrokernel ist ebenfalls als VxWorks-7-Profil verfügbar. Dieser Mikrokernel zielt auf den Einsatz in kleinen oder tragbaren Geräten. In Multicore-Prozessorkonfigurationen mit großem und kleinem Prozessorkern können wichtige oder sich wiederholende Aufgaben auf den kleinen Core ausgelagert werden (Bild 2).

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