Подпроекты/Встраивание и ПЛК

---

Наименование	Основание	Состояние	Участники	Иконка
Общее встраивание OpenSCADA и программированные логические контроллеры (ПЛК). Адаптация OpenSCADA к аппаратной платформе ARM.	Октябрь 2008	Внедрён во многих встраиваемых решениях и продолжает внедряться в новых, дополняется на предмет: новых решений; измерений производительности для процессорных систем использованных OpenSCADA; свойств хранилищ, которые имеют отношение к OpenSCADA.	Роман Савоченко
Описание
Проект посвящён общей концепции встраивания OpenSCADA в различное оборудование и созданию: окружения исполнения ПЛК, прошивок ПЛК и аппаратных конфигураций специализированных ПЛК. Рассматривается встраивание в системы, основанные на архитектурах x86 и ARM. Ссылки: Материалы для создания прошивки архитектуры x86 и других ПЛК: ftp://ftp.oscada.org/OpenSCADA/PLC/ Уведомление про ошибки загрузчика (propagator): https://bugzilla.altlinux.org/show_bug.cgi?id=17416 Материалы для создания программного окружения и прошивки для различного ARM оборудования: TionPro270, SMH2Gi Изначально создан: в старой Wiki

Современные системы автоматического управления технологическими процессами (АСУ ТП) являются достаточно сложными. Условно иерархию АСУ ТП можно разделить на два уровня: нижний и верхний уровень. Нижний уровень АСУ ТП содержит полевое оборудование (датчики и исполнительные механизмы), а также программируемые логические контроллеры (ПЛК). Верхний уровень представляет из себя систему оперативной визуализации и контроля за технологическим процессом — SCADA-система. ПЛК являются ответственной частью АСУ ТП, которая выполняет функцию сбора данных полевого оборудования, вычисление и выдачу регулирующих, блокировочных и других воздействий на регулирующие органы полевого оборудования.

OpenSCADA является открытой реализацией SCADA-системы, которая основана на модульной архитектуре, что позволяет строить конечные решения под различные требования. Основным назначением OpenSCADA являются системы верхнего уровня, однако высокая степень модульности, и как следствие масштабируемости, позволяет решать широкий круг задач смежных отраслей.

1 Programmable Logical Controllers

PLC market is saturated with wide range of products with different architecture and design. Architecturally PLC can be divided in three groups:

• hard-programmable PLC and modular matching to object devices (MOD);
• highly intellectual commercial PLC;
• PC-compatible PLC with the free access.

Жёстко-программируемые ПЛК обычно строятся на основе одно-кристальных микроЭВМ или микросхемах программируемой логики. Программа таких контроллеров или прошивается единоразово, иногда предоставляя возможность программной параметризации, или же формируется специализированными средами, наделёнными функциями компиляции бинарной прошивки среды исполнения с пользовательской программой, например ISaGRAF, и LabView. В качестве представителя такого ПЛК можно в пример привести модули распределённого УСО фирмы Advantech.

Высокоинтеллектуальные коммерческие ПЛК обычно строятся на базе более мощного оборудования с архитектурой, близкой к полноценному ПК. Основным отличием от стандартного ПК-совместимого ПЛК является закрытая программная, а часто и аппаратная архитектуры. Программное окружение таких контроллеров обычно основывается на операционной системе реального времени, планирующей несколько пользовательских потоков с разделением их по приоритетам. Пользовательское программирование таких ПЛК осуществляется работой в фирменном программном окружении, формирующем, в качестве результата, бинарный код потока ПЛК. В качестве представителя такого оборудования можно привести ПЛК серии S7 фирмы Siemens.

ПК-совместимые ПЛК с открытым доступом — это группа скорее не ПЛК, прямо совместимых с ПК, а ПЛК, которые не имеют интегрированной среды исполнения и часто поставляемых без операционной системы. Архитектура таких ПЛК может быть различной, начиная от экономичных решений архитектуры x86 и заканчивая архитектурными решениями ARM и MIPS. Среду исполнения таких ПЛК обычно формируют из ПО того же класса, что и в случае с жёстко программируемыми ПЛК, в виде исполняемого бинарного файла под одну из распространённых, масштабируемых или специализированных ОС (DOS, QNX, Linux, WinCE, VxWorks). Часто встречаются и специализированные под задачу решения. В качестве представителей этого класса можно рассматривать ПЛК формфактора PC/104.

Варианты конструктивного исполнения ПЛК можно условно разделить на моноблочные и модульные. Моноблочные ПЛК предоставляют фиксированную конфигурацию УСО, специализированную под ограниченный круг задач. Модульные конструкции предоставляют возможность лёгкого расширения конфигурации УСО под нужную задачу. Существуют также и гибридные конструкции, представляющие из себя моноблок, способный расширять своё УСО за счёт внешних блоков УСО, подключаемых по одному из стандартных интерфейсов, например, по RS-485.

2 OpenSCADA как среда исполнения ПЛК

Архитектура OpenSCADA позволяет создавать конечные решения под различные требования и ресурсы путём модульного расширения. Эта возможность оказывается полезной в свете ограниченности ресурсов ПЛК. Кроме того, учитывая постоянное развитие аппаратного обеспечения, а также непрерывное повышение интеграции и экономичности современных микропроцессорных решений, OpenSCADA позволяет последовательно расширять функциональность ПЛК, сохраняя преемственность со старыми решениям. Например, на основе OpenSCADA можно строить решения с минимальными требованиям на уровне: CPU 100 МГц, память и флешь-диск по 30 МБ.

Как было отмечено выше ресурсы современных ПЛК могут колебаться в достаточно больших пределах, причём ПЛК фиксированного типа, построенные на однокристальных микроЭВМ, всё дальше вытесняются в узко-специализированные области развитыми ПК-архитектурами. Такая тенденция делает всё более интересной возможность создания унифицированной открытой платформы для реализации среды исполнения ПЛК на основе унифицированных ПК-платформ.

OpenSCADA позволяет реализовать идею создания открытой платформы для реализации среды исполнения ПЛК. Уже сейчас можно реализовывать окружения ПЛК, ничем не уступающее коммерческим интеллектуальным контроллерам, а во многом и превосходящие их за счёт возможности интеграции функций, характерных для SCADA систем, в окружение ПЛК, расширяя функциональные и пользовательские характеристики ПЛК и приводя его на единую со SCADA кодовую базу, а также оптимизируя стоимость конечного решения.

Перечислим функции, решаемые OpenSCADA в рамках окружения ПЛК:

• сбор данных различного спектра оборудования в синхронном, асинхронном или блочных режимах;
• пользовательские процедуры обработки данных и выдачи управляющих воздействий на Java-подобном языке высокого уровня и на формальном языке блочных схем (Soft-logic);
• архивирование данных, начиная от временных буферов в памяти и заканчивая полноценными архивами на файловой системе или в БД различной дискретизации и глубины;
• интеграция в инфраструктуру АСУ ТП путём реализации стандартных протоколов взаимодействия (ModBus, SNMP, OPC UA ...);
• интеграция с СУБД для экспорта данных, хранения конфигурации или архивов;
• свободная конфигурация и администрирование сети ПЛК как посредством оперативного интерфейса станции администрирования, так и посредством Web-интерфейса;
• возможность реализации панелей оператора с интерфейсом контроля и управления на встроенной Touch-панели;
• предоставление Web-интерфейсов оперативного и диспетчерского контроля.

3 Архитектура x86, прошивка и создание программного окружения ПЛК

Архитектура x86 сравнительно недавно стала позиционироваться как встраиваемая и реальные решения на её основе, в этой области, редко обладают ресурсами "< i386", недостаточными для исполнения полноценной ОС и развитого окружения. По этой причине, а также по причине большей унификации архитектуры, индивидуальная сборка ядра Linux и базовых программ окружения ОС осуществляется достаточно редко, что обычно характерно для архитектуры ARM. Более интересным и практичным для x86, для широкого спектра оборудования, является сборка прошивок со сжатой корневой файловой системой (КФС). Однако по прежнему возможна индивидуальная сборка прошивок с помощью систем сборок вроде "BuildRoot" или "PTXDist", ниже. Также возможна и прямая установка дистрибутива Linux.

3.1 Дистрибутив ALTLinux, инструменты для сборки рабочих окружений прошивок со сжатой КФС

Перед реализацией прошивки ПЛК, данного раздела, ставились следующие требования:

• Компактность. В связи с прямой зависимостью цены на промышленные флеш-диски от их объёма, а также реальным отсутствием необходимости частого обновления, образ прошивки нужно упаковывать, достигнув уровня компактности 8-50МБ на среду исполнения ПЛК в окружении полноценной ОС.
• Унифицированный исходный репозиторий. Поскольку прошивка не является чем-то немодифицируемым, нерасширяемым и окончательно фиксированным, то в её основе должен лежать реальный, развивающийся-сопровождающийся, репозиторий пакетов ОС. Это позволит продолжительное время формировать обновления и расширения, не поддерживая при этом опосредованный репозиторий.
• Отлаженная и простая процедура сборки. Учитывая тот факт, что конфигурация прошивки может некоторое время стабилизироваться, кроме того в компонентах ОС и OpenSCADA будут обнаруживаться и устраняться ошибки, то процедура сборки прошивки не должна быть обременительна, а напротив — легко адаптируемой.
• Прозрачная реализация режима записи в дереве ОС. Хотя прошивка и подразумевает создание упакованного немодифицируемого образа прошивки, специфика работы среды исполнения ПЛК подразумевает модификацию БД и ведение архивов. Кроме того, наличие возможности коррекции исходной конфигурации является важным требованием.
• Надёжность и устойчивость к внезапным выключениям. Спецификой эксплуатации ПЛК является, как правило, отсутствие возможности корректного выключения, а также практическая реальность ситуаций мгновенного и непредсказуемого пропадания питания. ПЛК в таких ситуациях должен сохранять работоспособность, в смысле содержать журналируемую ФС и обеспечивать её проверку и автоматическое устранение ошибок.
• Условное разделение конфигурации ПЛК на два типа:
  • ПЛК без локального дисплея, возможно с простым текстовым табло.
  • Touch-панели c функцией ПЛК.

Учитывая вышеприведенные требования для создания прошивки был выбран инструмент создания дистрибутивов mkimage ALTLinux. mkimage — инструмент для сборки, по шаблону, образов системы, основанной на Sisyphus. В качестве исходного набора шаблонов был взят набор шаблонов формирования дистрибутивов ALTLinux по адресу git://git.altlinux.org/people/boyarsh/packages/mkimage-profiles-desktop командой:

git clone git://git.altlinux.org/people/boyarsh/packages/mkimage-profiles-desktop

За основу формирования ПЛК-шаблона был взят стандартный "rescue", как наиболее компактный и близкий к целевой задаче ПЛК.

Первичная сборка осуществлялась на основе пакетной базы дистрибутива ALTLinux 5.1, где присутствует ядро реального времени от XENOMAI. Для получения ряда специфических пакетов нужно подключить репозиторий "ALTLinux 5.1" от проекта OpenSCADA:

rpm ftp://ftp.oscada.org/ALTLinux/5.1 openscada main

3.1.1 Сборка

В первую очередь создавалась конфигурация ПЛК без локального дисплея, в виду наличия оборудования такого типа и отсутствия оборудования для Touch-панелей.

Новый шаблон ПЛК был назван "plc" и тестировался на платах формфактора PC/104 MOPSlcdLX фирмы Kontron, ATH400-128 фирмы Diamond Systems и модульного ПЛК LP-8781 фирмы ICP DAS. Архив результирующего дерева mkimage с шаблоном "plc" можно загрузить здесь ftp://ftp.oscada.org/OpenSCADA/PLC (шаблоны и материалы отдельных контроллеров размещены в собственных директориях).

Ключевым моментом конфигурации нового шаблона стало написание скрипта инициализации (rc.sysinit), скрипта после-инсталляционной конфигурации образа прошивки и перечня пакетов в образе прошивки. Первый скрипт оформлен в виде пакета "startup-plc". Второй скрипт вложен в шаблоне "plc" по пути: "profiles/plс/image-scripts.d/01system". Перечень пакетов вложен в шаблоне "plc" по пути: "profiles/pkg/lists/plс.in".

Процедура создания прошивки из шаблона следующая:

# Создание скрипта конфигурации "configure"
./autoconf
# Конфигурация сборщика для генерации образов дисков
./configure --with-imagetype=flash
# Сборка образа
make plc.cd

В результате получаем выходную директорию в "profiles/out/" вида:

syslinux/       # директория загрузчика syslinux
  alt0/         # файлы загрузчика
    full.cz     # образ системы первичной инициализации
    vmlinuz     # ядро ОС Linux
  syslinux.cfg  # конфигурационный файл загрузчика
plс             # образ упакованной корневой файловой системы с ОС, OpenSCADA и другими утилитами

3.1.2 Инсталляция

Загружать прошивку можно на: USB-flash, HDD и SSD. Однако в случае с USB-flash может быть проблема с ожиданием инициализации USB-подсистемы и нужно будет немного "побегать" по диалогам загрузчика.

Файловая система может быть FAT или EXT2/3. В случае с EXT3 монтирование корня производится как EXT2, из-за проблем в инициализаторе. В случае с EXT2/3 нужно будет использовать не загрузчик syslinux, а extlinux, конфигурация которого впрочем почти ничем не отличается.

Далее монтируем носитель и размещаем на нём файлы из выходной директории, следующим образом.

В случае с FAT и syslinux:

syslinux/       # директория загрузчика "syslinux"
  alt0/         # файлы загрузчика
    full.cz     # образ системы первичной инициализации
    vmlinuz     # ядро ОС Linux
  syslinux.cfg  # конфигурационный файл загрузчика
plс             # образ упакованной корневой файловой системы с ОС, OpenSCADA и другими утилитами
work            # файловая система ext3 с рабочими данными

В случае с EXT2/3 и extlinux:

extlinux/       # директория загрузчика "extlinux" (переименовать "syslinux")
  alt0/         # файлы загрузчика
    full.cz     # образ системы первичной инициализации
    vmlinuz     # ядро ОС Linux
  extlinux.conf # конфигурационный файл загрузчика (переименовать syslinux.cfg)
plс             # образ упакованной корневой файловой системы с ОС, OpenSCADA и другими утилитами
work            # файловая система EXT3 с рабочими данными

Для обеспечения надёжного функционирования рабочие данные размещаются в файле "work" с файловой системой EXT3. Файловая система этого файла проверяется на целостность при инициализации. Создаётся этот файл следующим образом:

# Создание файла рабочих данных на 200МБ
dd if=/dev/zero of=./work bs=1024 count=204800
# Создание файловой системы EXT3 в файле
mkfs.ext3 -m 0 work

В случае с файловой системой EXT2/3 на целевом диске можно файл "work" не создавать. Тогда рабочие данные будут размещаться в директории root целевого диска. Это ненадёжное решение, поскольку корневая файловая система целевого диска становится нестатичной, а проверять её нет возможности, ввиду раннего монтирования в "ro" и потенциальной ненадёжности проверки ФС, смонтированной в "ro", а так же невозможности перемонтировать как EXT3.

Следующим этапом является конфигурация и инициализация загрузчика. Для конфигурации загрузчика нужно отредактировать файл "syslinux/syslinux.cfg" или "extlinux/extlinux.conf" следующим образом:

default plc
prompt 1
timeout 200
implicit 1

label plc
  kernel alt0/vmlinuz
# Использовать в случае идентификации загружаемого раздела по метке
  append initrd=alt0/full.cz live lowmem fastboot stagename=plc showopts automatic=method:disk,label:PLC
# Использовать в случае идентификации загружаемого раздела по идентификатору
#  append initrd=alt0/full.cz live lowmem fastboot stagename=plc showopts automatic=method:disk,uuid:4824-271E

В случае выбора идентификации загружаемого раздела по индивидуальному идентификатору, узнать его для нашего раздела можно командой: blkid.

В случае с меткой эта задача несколько сложнее поскольку делается она для разных файловых систем по разному.

Для файловых систем EXT2/3 это делается утилитой e2label. Например, так: $ e2label /dev/sdb1 PLС.

Для файловой системы FAT это делается набором утилит из комплекта mtools или с помощью parted, что проще. С помощью mtools это делается следующим образом:

# Редактируем /etc/mtools.conf на предмет добавления строки: drive c: file="/dev/sdb1"
# Где /dev/sdb1 загрузочный раздел целевого диска
# Устанавливаем метку раздела
mlabel c:PLС

Теперь можем инициализировать загрузчик:

# Для "syslinux"
syslinux /dev/sdb1  #предварительно раздел нужно размонтировать
# Для "extlinux" (путь указывает на точку монтирования раздела целевого диска /media/PLС)
extlinux --install /media/PLС/extlinux

На этом с загрузкой и инициализацией прошивки всё. Если полученный диск не грузится то:

• Отсутствует флаг "Загрузочный" на рабочем разделе.
• Некорректен или повреждён "MBR". Проверить и восстановить его можно с помощью утилиты "ms-sys": $ ms-sys -s /dev/sdb.
• Разделы носителя созданы помощью parted. Данная утилита странным образом выравнивает разделы, что не позволяет загружаться из них, на USB-flash. Нужно носитель переразметить с помощью fdisk.
• Загрузка также может не работать на старых системах, которые не умеют грузится с USB-HDD. Для них нужно будет адаптировать геометрию диска, подстраивая под USB-ZIP или что нибудь подобное.

3.1.3 Результат

В результате получена прошивка размером от 30 до 100МБ, удовлетворяющую фактически всем заявленным требованиям и обеспечивающую:

• Загрузку в течении 27 секунд от включения контроллера и включая инициализацию BIOS.
• Проверку и восстановление рабочей файловой системы в файле "work".
• Хранение пользовательских данных и изменений прошивки в файле "work".
• Автоматическую настройку сети по DHCP (или 192.168.0.1).
• Доступ к контроллеру по SSH и удобный интерфейс работы, включая mc. Пароли по умолчанию (root:123456; admin:123456).
• Синхронизацию времени посредством NTP.
• Исполнение OpenSCADA с доступными сетевыми интерфейсами:
  • конфигурация и среда исполнения через WEB (порт 10002);
  • интерфейс управления OpenSCADA (порт 10005).

3.1.4 OpenSCADA

В качестве среды исполнения ПЛК используем OpenSCADA. Для данного случая возьмём сборку с отдельными пакетами на каждый модуль и укажем для установки виртуальный пакет "openscada-plc", который содержит зависимости на все пакеты OpenSCADA, обычно используемые для данной конфигурации. Пакет графической библиотеки GD2 был пересобран без поддержки формата графического файла "xpm" и получил название "libgd2-noxpm". Пересборка делалось для того чтобы исключить тяжелые зависимости на библиотеки графического интерфейса XOrg.

В результате получена среда исполнения ПЛК с поддержкой:

• БД:
  • SQLite.
• Транспорты:
  • Последовательные интерфейсы;
  • TCP, UDP и UNIX сокеты;
  • Слой безопасных сокетов (SSL).
• Транспортные протоколы:
  • HTTP;
  • Собственный протокол контроля OpenSCADA;
  • Пользовательский протокол.
• Источники данных:
  • Вычислитель на Java-подобном языке высокого уровня;
  • Вычислитель функциональных блоков;
  • Контроллеры логического уровня;
  • Различные ПЛК по протоколу ModBus (RTU,ASCII,TCP);
  • Данные ОС;
  • Оборудование "ICP DAS", для контроллеров LP-8x81.
• Архивирование:
  • на файловую систему.
• Пользовательские интерфейсы:
  • Движок среды визуализации и управления (СВУ);
  • Визуализатор СВУ на основе Web-технологий;
  • Конфигуратор OpenSCADA на основе Web-технологий.

Конфигурация OpenSCADA запускается в режиме демона, в локали "en_US.UTF-8" (ещё доступны локали "uk_UA.UTF-8" и "ru_RU.UTF-8"), с использованием локальной БД SQLite, предоставляя по умолчанию сетевые сервисы:

• конфигурация и среда исполнения через Web (порт 10002);
• интерфейс управления OpenSCADA (порт 10005).

3.1.5 Детали реализации

В этом разделе рассмотрим детали дерева ОС прошивки, скрипт инициализации "rc.sysinit.plc" и скрипт подготовки дерева ОС прошивки.

Для построения прошивки ПЛК использовался следующий перечень пакетов:

interactivesystem

### Startup
kernel-image-@KERNEL@
rootfiles
startup
startup-plc
SysVinit

hwclock

### Common
coreutils
glibc-locales
glibc-nss
glibc-utils
glibc-timezones
sysfsutils
sysklogd
util-linux
schedutils

### Disk utils
hdparm

### Applications
binutils
pciutils
procps
shadow-suite

### Applications/Archiving
gzip

### Applications/File
less

### Filesystem utils
e2fsprogs

### Applications/Networking
etcnet
iputils
mailx
openssh-server
dhcpcd
ntpd

### Applications/Shells
bash
mc

udev
dbus
hal
libgd2-noxpm
fonts-ttf-liberation
lm_sensors
nut
nut-driver
nut-server
watchdog

### OpenSCADA Console
#openscada-plc
                                                                                                                             
## OpenSCADA GUI
openscada-visStation
autologin
icewm
wm-select
xorg-x11-server
#xorg-drv-geode
xorg-x11-utils
fonts-ttf-dejavu
fonts-bitmap-terminus

Перечень модулей ядра Linux, стадии предварительной инициализации, с целью уменьшения размера образа инициализации был уменьшен до списка:

loop.ko
mtouch.ko
pcmcia_core.ko
rsrc_nonstatic.ko
yenta_socket.ko
scsi_mod.ko
libusual.ko
ide-disk.ko
ide-core.ko
sd_mod.ko
usbcore.ko
ehci-hcd.ko
ohci-hcd.ko
uhci-hcd.ko
appletouch.ko
usbhid.ko
usbtest.ko
usb-storage.ko
mbcache.ko
jbd.ko
ext2.ko
ext3.ko
fat.ko
nls_base.ko
nls_cp866.ko
nls_koi8-r.ko
nls_utf8.ko
zlib_inflate.ko
squashfs.ko
unionfs.ko
vfat.ko
pata_cs5536.ko
amd74xx.ko

В скрипте подготовки дерева были добавлены функции:

• смена наименования дистрибутива;
• подмена скрипта инициализации на "inittab.plc";
• создание пользователя-администратора "admin" и установка паролей по умолчанию в "123456" для пользователей "root" и "admin";
• инициализация "/etc/fstab";
• установка локали в "en_US.UTF-8";
• конфигурация сети;
• установка часов и зоны в "/usr/share/zoneinfo/Europe/Kiev", для смены нужно заменить файл "/etc/localtime" в нужную зону;
• включение нужных сервисов;
• удаление: документации, страниц помощи и информации, иконок, RPM-БД и кеша APT;
• удаление ненужных локалей и переводов, оставлены: en_US, uk_UA и ru_RU;
• отбор только используемых модулей ядра и удаление всех остальных; по умолчанию отключен и может включаться для подготовки финальной прошивки под конкретное оборудование;
• удаление директории с ядром (/boot), в связи с выносом его в корень загрузочного раздела.

Скрипт инициализации (rc.sysinit.plc) был наделён функциями:

• перемонтирование корневого раздела в режим RW;
• проверка и подключение файловой системы (/image/root) рабочих данных пользователя (файл "work");
• отражение модифицируемых директорий дерева ПЛК (/etc, /var, /root, /home, /mnt и /lib) на файловую систему с рабочими данными пользователя (/image/root) посредством файловой системы "aufs" или "unionfs".

В результате этих мероприятий таблица монтирования конечного дерева ПЛК приняла вид:

cat /etc/mtab
#rootfs / rootfs rw 0 0
#udev /dev tmpfs rw,size=10240k,mode=755 0 0
#/dev/hda1 /image vfat rw,fmask=0022,dmask=0022,codepage=cp866,iocharset=utf8,check=r 0 0
#/dev/loop0 / squashfs ro 0 0
#/proc /proc proc rw 0 0
#sysfs /sys sysfs rw 0 0
#tmpfs /tmp tmpfs rw 0 0
#/dev/loop1 /image/root ext3 rw,noatime,nodiratime,errors=continue,data=ordered 0 0
#/image/root/etc /etc unionfs rw,dirs=/image/root/etc=rw:/etc=ro 0 0
#/image/root/var /var unionfs rw,dirs=/image/root/var=rw:/var=ro 0 0
#/image/root/root /root unionfs rw,dirs=/image/root/root=rw:/root=ro 0 0
#/image/root/home /home unionfs rw,dirs=/image/root/home=rw:/home=ro 0 0
#/image/root/mnt /mnt unionfs rw,dirs=/image/root/mnt=rw:/mnt=ro 0 0
#/image/root/lib /lib unionfs rw,dirs=/image/root/lib=rw:/lib=ro 0 0
#devpts /dev/pts devpts rw,nosuid,noexec,gid=5,mode=620 0 0
#shmfs /dev/shm tmpfs rw,nosuid 0 0

3.1.6 Настройка графического интерфейса

Один из вариантов прошивки собирается с графическим интерфейсом, который, однако нужно настроить для получения автоматического запуска со средой визуализации OpenSCADA. Кроме того нужно отметить, что прошивка с графическим интерфейсом не содержит всех драйверов и может потребоваться её пересборка под нужное оборудование.

После загрузки и входа в консоль нужно сконфигурировать XServer, автоматический графический вход, запуск графического окружения и автоматический запуск OpenSCADA из окружения IceWM:

# Загрузка шаблона конфигурационного файла XOrg ftp://ftp.oscada.org/OpenSCADA/PLC/xorg.conf,
# помещение его в директорию /etc/X11
# !! Редактирование файла /etc/X11/xorg.conf под собственные нужды.

# Добавление переключения раскладок клавиатуры: Английская, Украинская, mRussian
echo "-option grp:lctrl_lshift_toggle -variant ,winkeys,winkeys -layout us,ua,ru -model pc104" > /etc/X11/xinit/Xkbmap

# Пробный запуск
startx

# Конфигурация автоматического графического входа путём создания файла /etc/sysconfig/autologin с содержимым:
echo "AUTOLOGIN=yes" > /etc/sysconfig/autologin
echo "USER=admin" >> /etc/sysconfig/autologin
echo "EXEC=/usr/bin/startx" >> /etc/sysconfig/autologin

# Включение запуска графической подсистемы при загрузке
chkconfig dm on

# Запуск графической подсистемы
service dm start

# !! Дальнейшие действия осуществляем в терминале из графического окружения

# Создание конфигурационного файла автоматического запуска OpenSCADA из окружения IceWM
mkdir ~/.icewm
echo "#!/bin/sh" > ~/.icewm/startup
echo "xset -dpms; xset s off" >> ~/.icewm/startup
echo "/usr/bin/openscada_start" >> ~/.icewm/startup

3.1.7 Пакетная база ALTLinux T6

Следующим этапом в создании прошивок стал переход на пакетную базу дистрибутива ALTLinux T6. В целом процедура создания прошивки была сохранена, с рядом изменений, но при этом были добавлены некоторые улучшения и расширения:

• Использована новая функция "propagator" (система предварительной инициализации оборудования, поиска и загрузки образов ФС) поиска/создания раздела EXT2/3/4 с меткой "alt-live-storage" для формирования модифицирующегося корневого раздела "root". Эта функция предоставляет полноценную возможность установки дополнительных пакетов прямо из репозитория дистрибутива, а также обновления упакованных в прошивку пакетов, исключая ядро и ряд системных сервисов.
• Добавлена возможность создания прошивки в виде комбинированного ISO-образа, который можно (кроме записи на CD/DVD) прямо, с помощью утилиты dd, записать на USB-flash, HDD, SSD и получить рабочее окружение с разделом "alt-live-storage", отражения "root", на свободное место носителя.
• Для возможности сборки новых прошивок под "LP-8x81" от ICP DAS был осуществлён перенос ядра реального времени "rt-up" из репозитория "ALTLinux 5.1" в "ALTLinux T6". Ядро "rt-up" успешно адаптировано и получена рабочая прошивка на пакетной базе "T6" для "LP-8x81".

Поскольку появилась возможность легко доустанавливать нужные пакеты прямо из репозитория то отпала необходимость в отдельной сборке прошивок с GUI. Т.е. можно легко доустановить нужный оконный менеджер (WM) или окружение рабочего стола с необходимыми драйверами, чем создавать отдельную прошивку с ограниченным перечнем драйверов.

Скрипт "startup-plc" оказался ненужен в новых прошивках поскольку перемонтирование на запись корневой ФС "root" осуществляется ранее, на стадии первичной инициализации. Скрипт "profiles/plс/image-scripts.d/01system" переименован в "profiles/plс/image-scripts.d/init1-PLC", несколько изменён и расширен. Перечень пакетов прошивки остался в "profiles/pkg/lists/plс.in" и несколько изменён.

Для получения ряда специфических пакетов нужно подключить репозиторий "ALTLinux T6" от проекта OpenSCADA:

rpm ftp://ftp.oscada.org/ALTLinux/t6 openscada main

Процедура создания прошивки из шаблона фактически не изменилась:

# Создание скрипта конфигурации "configure"
./autoconf
# Конфигурация сборщика для генерации образов дисков. Ключ "--with-imagetype" можно установить в "iso", или опустить,
# для создания комбинированного ISO-образа
./configure --with-distro=kdesktop --with-branding=altlinux-kdesktop --with-version=6.0 --with-language=en_US --with-imagetype=flash
# Сборка образа
make plc.cd

Содержимое выходной директории с образом и установка прошивки на файловую систему FAT и EXT2/3/4 отличается только переименованием файла архива ФС с "plc" в "live". Установка ISO-образа на USB-flash, HDD, SSD выполняется командой dd:

dd if=LP8x81-ALTLinuxT6-OpenSCADA_0.8.0.6-i586-plc.iso of=/dev/sd{x} bs=4096

Вместо файла "work" нужно создать раздел EXT3 с меткой "alt-live-storage", если это не ISO-образ. Создавать новый раздел можно с помощью fdisk, если FAT раздел был создан не на всём доступном пространстве диска, или с помощью parted, где раздел FAT можно уменьшить. За деталями создания раздела отошлём к документации на fdisk или parted.

Конфигурация файлов "syslinux/syslinux.cfg" и "extlinux/extlinux.conf" не изменилась, кроме смены имени архива ФС с "plc" на "live".

В результате получаем прошивку размером от 60МБ, обеспечивающую:

• Загрузку в течении 25 секунд от включения контроллера, включая инициализацию BIOS.
• Проверку и восстановление журнала рабочей файловой системы "root" в "alt-live-storage".
• Хранение пользовательских данных и изменений прошивки, а также новых и обновленных пакетов программ, в разделе "alt-live-storage".
• Автоматическую настройку сети по DHCP (или 192.168.0.1), для первого интерфейса.
• Доступ к контроллеру по SSH и удобный интерфейс работы, включая mc. Пароли отсутствуют, а пользователь "root" имеет доступ для подключения по SSH.
• Синхронизацию времени посредством NTP.
• Исполнение OpenSCADA с доступом посредством сетевых интерфейсов:
  • конфигурация и среда исполнения через Web (порт 10002);
  • интерфейс управления OpenSCADA (порт 10005).

Для построения прошивки ПЛК использовался следующий перечень пакетов:

# INIT 3
#
acl
usbutils
screen
acpid
acpi
anacron
vim-minimal
mc
sound-scripts
alsa-utils
apt
udev
udev-initramfs
dbus
schedutils
pciutils
setserial
lm_sensors3
rsync
interactivesystem
su
system-report
mtools
netcat
strace
binutils
syslogd
glibc-utils
glibc-gconv-modules
glibc-nss
glibc-timezones
glibc-locales
shadow-utils
keyutils
lsof
sudo

# INIT3: BLOCK DEVICES
#
hdparm
fdisk
ms-sys
syslinux
dosfstools
e2fsprogs

#network
etcnet
dhcpcd
xinetd
iftop
lftp
wget
iptables
ntp
ntpd
ntpdate
tcpdump
multipath-tools
openssh-clients
openssh-server
ppp-pppoe

#### LP
kernel-modules-icp-@KERNEL_MOD@

#### Console OpenSCADA
libgd2-noxpm
openscada-plc
openscada-DAQ.DiamondBoards
openscada-DAQ.ICP_DAS
openscada-DAQ.Comedi

Перечень модулей ядра Linux, стадии предварительной инициализации, был несколько изменён и составил:

loop.ko
mtouch.ko
pcmcia_core.ko
rsrc_nonstatic.ko
yenta_socket.ko
scsi_mod.ko
libusual.ko
ide-disk.ko
ide-core.ko
ide-gd_mod.ko
sd_mod.ko
usbcore.ko
ehci-hcd.ko
ohci-hcd.ko
uhci-hcd.ko
appletouch.ko
usbhid.ko
usbtest.ko
usb-storage.ko
mbcache.ko
jbd.ko
ext2.ko
ext3.ko
fat.ko
nls_base.ko
nls_cp866.ko
nls_koi8-r.ko
nls_utf8.ko
zlib_inflate.ko
squashfs.ko
unionfs.ko
aufs.ko
vfat.ko
pata_via.ko
pata_cs5536.ko
amd74xx.ko

Скрипт подготовки дерева "profiles/plс/image-scripts.d/init1-PLC" выполняет функции:

• смена наименования дистрибутива;
• открытие входа от "root" через SSH, без пароля;
• установка локали в "en_US.UTF-8";
• конфигурация сети для использования DHCP или установки "192.168.0.1" для первого интерфейса;
• установка часов и зоны в "/usr/share/zoneinfo/Europe/Kiev", для смены нужно заменить файл "/etc/localtime" в нужную зону;
• включение нужных сервисов;
• удаление: документации, страниц помощи и информации, иконок;
• удаление ненужных локалей и переводов, оставлены en_US, uk_UA и ru_RU;
• отбор только используемых модулей ядра и удаление всех остальных; по умолчанию отключен и может включаться для подготовки финальной прошивки под конкретное оборудование; унифицирован для указания модулей по группам подсистем ядра и специфичным для оборудования;
• удаление директории с ядром (/boot), в связи с выносом его в корень загрузочного раздела.

3.1.8 Ядро реального времени

Для ряда задач ПЛК важным, часто и критическим, критерием окружения является его уровень обеспечения реального времени (RealTime), т.е. возможность работы задач согласно приоритетам реального времени и обеспечение реакции на события согласно этим приоритетам.

Ядро Linux само по себе предоставляет POSIX политики планирования в реальном времени "SCHED_FIFO" и "SCHED_RR" с диапазоном приоритетов (0...100). Однако важный критерий "Частота таймера и время реакции на него" до версий ядер Linux 2.6.24 были очень низки, по меркам систем реального времени. В современных ядрах Linux (> 2.6.24) обеспечена поддержка таймеров высокого разрешения (HPET), что уменьшило время реакции на таймер до уровня 100 микросекунд, однако стабильность этого времени реакции не обеспечена. Для обеспечения стабильности реакции на таймер на уровне 60 микросекунд, а также ряда других критериев реального времени, на данный момент, нужно ядро собирать с одним из расширений реального времени.

В дистрибутивах ALTLinux замечено ядро 2.6.29-rt-up, которое собрано с расширением реального времени XENOMAI. В других дистрибутивах, например OpenSuSE, замечены даже продукты с такими расширениями.

На данный момент более высокие показатели реального времени обеспечивает расширение The Real Time Preempt Patch, при включении полной поддержки (CONFIG_PREEMPT_RT), процесс сборки и результаты работы Linux ядер с которым будут отслеживаться в этом разделе.

Для тестирования уровня реального времени тех или иных ядер будем пользоваться утилитой "Cyclictest", типовая строка вызова и аргументы будут такими: "$ cyclictest -t1 -c1 -p 80 -n -i 200 -l 100000". Где:

• -t1 — один поток тестирования;
• -с1 — использовать часы реального времени CLOCK_REALTIME;
• -p 80 — приоритет потока тестирования;
• -n — использовать функцию "clock_nanosleep";
• -i 200 — интервал вызова потока тестирования: 200 мкс, как близкий к среденему значению 50 мкс;
• -l 100000 — количество итераций тестирования.

Пара измерений для ядер Linux общего назначения:

• Стандартное ядро дистрибутива ALTLinux T6 (3.0.79-std-def, LP-8781):
  • нагрузка 0%: Avg: 37 us; Max: 152 us
  • нагрузка 100%: Avg: 37 us; Max: 191 us
• Ядро дистрибутива ALTLinux T6 (3.4.45-un-def, LP-8781):
  • нагрузка 0%: Avg: 53 us; Max: 217 us
  • нагрузка 100%: Avg: 40 us; Max: 183 us

3.1.8.1 kernel-image-rt-up-2.6.29

Данное ядро содержится в дистрибутиве ALTLinux 5.1, а также перенесено в локальный репозиторий проекта OpenSCADA, для ALTLinux T6. Это ядро собрано с расширением XENOMAI и AUFS, что позволяет использовать его в прошивках с упакованной КФС, что и сделано для ПЛК LP-8x81.

Результаты тестирования этого ядра с различными патчами реального времени и без:

• LP-8781 (XENOMAI)
  • нагрузка 0%: Avg: 26 us; Max: 136 us (замечены сбросы до 1 мс, похоже из-за нестабильности источника часов "tsc", причем "acpi_pm" тут ещё хуже)
  • нагрузка 100%: Avg: 24 us; Max: 3655 us
• LP-8781 (CONFIG_PREEMPT_NONE)
  • нагрузка 0%: Avg: 29 us; Max: 71 us
  • нагрузка 100%: Avg: 28 us; Max: 117 us (замечено соскальзывание на непрерывное нарастание)
• LP-8781 (CONFIG_PREEMPT_RT)
  • нагрузка 0%: Avg: 29 us; Max: 64 us
  • нагрузка 100%: Avg: 29 us; Max: 82 us
• AMD Turion Neo X2 L625 (CONFIG_PREEMPT_RT)
  • нагрузка 0%: Avg: 57 us; Max: 74 us
  • нагрузка 100%: Avg: 57 us; Max: 78 us

Как видно из результатов теста, патч XENOMAI не обеспечивает достойного уровня реального времени при использовании стандартных механизмов планирования реального времени POSIX, в то время как ядра версии 3 даже без наличия особый расширений реального времени обеспечивают заметно лучший результат.

Необходимость сборки именно этого ядра с патчем/параметром CONFIG_PREEMPT_RT стоит по причине наличия ряда бинарных модулей от ICP_DAS, для "LP-8x81". Также стоит вопрос сборки ядра 2.6.33 по той-же причине, но для "LP-8x81 Atom". Предварительные сборки ядер 2.6.29 и 2.6.33 выявили ряд проблем, которые будут тут описаны. Рассматривается также вариант сборки современного ядра с CONFIG_PREEMPT_RT, а затем запрос на сборку бинарных модулей у "ICP DAS".

Процесс сборки и тестирования:

1. Патчи CONFIG_PREEMPT_RT и AUFS времён 2.6.29 конфликтуют на функции "debug_mutex_set_owner()", в CONFIG_PREEMPT_RT удалена — заменена на "mutex_set_owner()".
2. При сборке выявлен ряд проблем с "# typedef void irqreturn_t;" — заменено на "#include <linux/irqreturn.h>".
3. Первый запуск с CONFIG_PREEMPT_RT, но без AUFS, прошёл успешно — результат выше.
4. Запуск с AUFS выявил проблему выделения памяти AUFS в "aufs_mmap()" — рабочий код AUFS взят целиком из предыдущей сборки "rt-up-2.6.29.alt2".
5. Запуск с AUFS выявил проблему зависание на корне ФС в AUFS, похоже из-за возможности зацикливания/блокирования RT-задачи — установлено CONFIG_PREEMPT_NONE, на LP-8781 и "AMD Turion" проблем не выявлено (возможно эта проблема из-за отсутствия HPET на PLX8).
6. На первый взгляд ядро работает нормально, но замечено соскальзывание на непрерывное нарастание времени запаздывания.
7. Выполнена адаптация ядра для бинарной совместимости с модулями "slot" и "icp" от ICP_DAS. Модуль "8250_linpac" падает при загрузке, а "icpdas_8250" имеет множество неразрешённых символов — нужно эти модули пересобирать или пробовать интерфейсы > COM2 инициализировать через setserial — модули пересобраны, спасибо Golden Wang (тех. поддержка ICPDAS).
8. Новое ядро установлено под высокую нагрузку, конфигурацией проекта САУ шаровых барабанных мельниц:

• Сбой сети с драйвером "via_rhine", после 4 суток работы — сбой ожидаем, собран драйвер "rhinefet", испытание продолжено.
• На драйвере "rhinefet" система под нагрузкой проработала три недели. Однако замечено, что прерывание 11, на котором висит почти всё стандартное оборудование (USB, Ethernet и может ещё чего), отключается и сеть работает в режиме "Опрос", что медленнее. Возможно отключение этого прерывания происходит и с "via_rhine", а он не может работать в режиме "Опрос", почему и пакеты в/из сети не ходят. Проблема связана со сбоем и генераций необработанных прерываний одним из оборудования на прерывании 11.
• Исправлено исключением отключения прерываний с помощью параметра ядра Linux "noirqdebug".
• Адаптация успешно завершена и прошивки на основе этого ядра готовы к промышленной эксплуатации!
• 01.03.2015: Вместо функции EnableWDT() использовано EnableSysWDT(), в виду ограничения до 30 секунд и циклических перегрузок если не загружается за 30 секунд (до трёх перегрузок).
• 17.03.2015: При участии службы поддержки ICP_DAS исправлена проблема драйвера последовательных интерфейсов более COM2, приводящая к "замораживанию" ядра Linux (похоже в виду блокирования прерываний) после закрытия одного порта и активности на хотя-бы одном другом.
• 29.07.2015: Обнаружена ещё одна проблема с сетью с похожими симптомами отключения прерывания 11, но: прерывание 11 не отключается и все остальные устройства на нём работают, воспроизводится только на конфигурациях с использованием обоих интерфейсов сети, причём возможно "затормаживание" только одного из них. Проблема решается только перегрузкой "заторможенного" сетевого интерфейса, командой: ifdown eth0; ifup eth0. Для обнаружения и перезапуска рекомендуется на уровне OpenSCADA добавлять контроль трафика и непосредственную перегрузку интерфейса по его отсутствию.
• 21.11.2016: Драйвер "rhinefet" адаптирован на предмет предотвращения блокирования прерываний и выключения вектора прерываний поскольку режим SHARE используется. На данный момент драйвер работает однако 19.12.2016 также было замечено замедление сети с двумя этими адаптерами после более двух недель работы.

Т.е. это оборудование сломано для работы двух адаптеров и в этом ПЛК вы можете использовать только один, для стабильной работы!

• 06.09.2017: Неполное исправление в последовательном драйвере ICP-DAS, приводит к неработоспособности использования более двух последовательных портов, похоже уже полностью исправлено в последних версиях, что наблюдалось на LX-8x31.

Полученное ядро, переименованное в "kernel-image-rt1-up-2.6.29.alt1", можно использовать для PLC с HPET или таймером высокого разрешения, а также в "LP-8x81" и "LP-8x81 Atom" (только одно ядро)!

3.1.8.2 kernel-image-rt-up-2.6.33

Сборка ядра версии 2.6.33 нужна для контроллеров фирмы "ICP DAS" LP-8x81 и LP-8x81 Atom по причине наличия именно для него, с патчем CONFIG_PREEMPT_RT, бинарных драйверов "ICP DAS", для LP-8x81 Atom.

Результаты тестов этого ядра:

• AMD Turion Neo X2 L625
  • нагрузка 0%: Avg: 65 us; Max: 86 us
  • нагрузка 100%: Avg: 57 us; Max: 72 us
• LP-8781
  • нагрузка 0%: Avg: 37 us; Max: 88 us
  • нагрузка 100%: Avg: 34 us; Max: 108 us
• LP-8781-Atom (оригинальная сборка ядра 2.6.33.7-rt29-ICPDAS)
  • нагрузка 0%: Avg: 17 us; Max: 50 us
  • нагрузка 100%: Avg: 12 us; Max: 32 us

Процесс сборки и тестирования:

1. Сборка ядра из исходников "ICP DAS" (2.6.33.7) и конфигурацией, наследованной от ядра 2.6.29 (исходные тексты содержат подозрительно много *.rej файлов, а также "staging/comedi" несобираемый) — грузится и в целом работает; модули "ipic" и "slot" грузятся; модуль "8250_linpac" падает в функции "platform_device_add"; ряд программ зависает на операциях с ФС, с сообщением: "task openscada:2153 blocked for more than 120 seconds".
2. Замена AUFS на версию из 2.6.29-rt1 — падает в rtmutex прямо на загрузке; замена на официальную из git показала тот-же результат, исходно использован патч "aufs+sqfs4lzma-2.6.33.patch" от DLink.
3. Сборка оригинального ядра с патчами CONFIG_PREEMPT и AUFS — проблема снова с AUFS, но теперь он "/sbin/mingetty" в конце найти не может.
4. Сборка оригинального 2.6.33.9 ядра с патчами CONFIG_PREEMPT и AUFS — проблемы те-же.
5. Сборка из исходников "ICP DAS" (2.6.33.7) для SMP — модуль OpenSCADA DAQ.JavaLikeCalc падает по непонятной причине.
6. Сборка оригинального ядра с патчами CONFIG_PREEMPT и AUFS для SMP — та-же проблема, что и без SMP, разве только не сразу, а на примерно пятом потоке.

На данный момент ядро 2.6.33 в связке с CONFIG_PREEMPT_RT и AUFS нерабочее. Следовательно если нужна будет работа на "LP-8x81 Atom" то рекомендуется использовать исходное Linux окружение, собрав и установив OpenSCADA туда.

3.2 Дистрибутив Debian, инструменты для сборки робочих окружений прошивок со сжатой КФС

Ожидание формирования

4 Архитектура x86, прошивка и создание программного окружения ПЛК

Широкое распространение во встраиваемых решениях получила архитектура ARM благодаря её сравнительно высокой производительности в сочетании с низким энергопотреблением и ценой. С целью выполнения плановой задачи обеспечения аппаратной многоплатформенности OpenSCADA была адаптирована к сборке и работе на оборудовании ARM-архитектуры. Так, были выполнены проекты Сборка проекта OpenSCADA для мобильных устройств фирмы Nokia (N800, N900, N950) и Сборка OpenSCADA и прошивки для ARM-контроллеров фирмы ICP DAS (LP-5141). Целью данного раздела является систематизация методик и отслеживание проблем создания сборок OpenSCADA и прошивок программного окружения в целом для различного встраиваемого оборудования архитектуры ARM.

Особенностью ARM архитектуры является отсутствие обязательной аппаратно-зависимой программной системы первичной инициализации и конфигурации оборудования, характерной для x86 архитектур — BIOS, а структура аппаратной конфигурации обычно содержит: центральный процессор (CPU), встроенную оперативную и флешь-память, а также ряд встроенного оборудования на стандартных шинах системного уровня. При этом флешь и оперативная память находятся в общем адресном сегменте. Инициализация такой системы программным окружением осуществляется загрузкой исполняемого кода непосредственно на встроенную флешь-память.

Для работы вычислительных функций OpenSCADA да и многих сопутствующих библиотек и программ важна производительность вычислений с плавающей точкой. Особенностью процессоров архитектуры ARM является простота ядра процессора и необязательное наличие расширений вроде математического сопроцессора. Как следствие производительность на операциях с плавающей точкой сильно зависит от конкретно взятого процессора, а также способа эмуляции вычислений с плавающей точкой, в случае отсутствия сопроцессора вообще. На процессорах ARM-архитектуры встречаются два формата работы с плавающей точкой: FPA и VFP. Формат FPA является устаревшим и встречался в виде аппаратной реализации с ядрами ARM до семейства StrongARM(ARMv4). Ядра ARM семейства XScale(ARMv5TE) вообще не комплектовались математическим сопроцессором. А ядра ARM, начиная с семейства ARM11(ARMv6) комплектуются математическим сопроцессором формата VFP. В тоже время ARM процессора с архитектурой версии ARMv5 до сих пор широко распространены, а значит вопрос производительности математических вычислений для них сводится к производительности эмуляции формата FPA или VFP. В случае с окружением ОС Linux эмуляция FPA обычно осуществляется ядром Linux путём обработки исключений процессора при вызове FPA команд. Программная эмуляция в математической библиотеке обычно встречается с форматом VFP для чего требуется пересборка всех программ. При этом эмуляция FPA посредством исключений хуже по производительности программной эмуляции VFP почти на порядок. Сравнить производительность вычислений с плавающей точкой на разных архитектурах, процессорах и способах эмуляции можно разделе "Продуктивность вычислительных систем".

Типовое программное окружение на основе ОС Linux, для оборудования на основе ARM, представляет из себя: Загрузчик UBoot, Ядро Linux и Корневую Файловую Систему (КФС). Загрузчик UBoot грузится в нулевой сектор флешь-памяти, а его настройки хранятся в первом. Со второго сектора загружается код ядра, а сразу после него КФС. КФС обычно оформляется в виде файловой системы JFFS2 или UbiFS, которые оптимизированы для работы на блочных устройствах — флешь памяти с ограниченным ресурсом записи. Примеры разбивки блочного устройства (флешь-памяти) для LP-5141 и TionPro270 представлены ниже:

# LP-5141
cat /proc/mtd 
#dev:    size   erasesize  name
#mtd0: 00040000 00020000 "Bootloader"
#mtd1: 00040000 00020000 "Bootloader Param"
#mtd2: 00280000 00080000 "Kernel"
#mtd3: 03c80000 00080000 "JFFS2 Filesystem"

# TionPro270
cat /proc/mtd
#dev:    size   erasesize  name
#mtd0: 00080000 00040000 "Bootloader"
#mtd1: 00400000 00040000 "Kernel"
#mtd2: 01b80000 00040000 "Filesystem"

Корневая файловая система содержит типовое UNIX-дерево с рабочими программами, библиотеками и другими файлами. Основой любой программы или библиотеки являются системные библиотеки GLibC или UClibC. OpenSCADA адаптирована для сборки и работы с "GLibC" версии >= 2.3. "UClibC", созданная как облегчённая версия "GLibC" для встраиваемых систем, содержит ряд ограничений и до сих пор не реализует или содержит ошибки в реализации для ряда функций.

КФС и программное окружение на основе Linux может поставляться вместе с ARM-оборудованием и содержать закрытые бинарные библиотеки, модули ядра Linux и т.д. В таком случае независимая сборка и замена исходного программного окружения становится непрактичной, поскольку приводит к потере исходной функциональности. Однако часто встречается ситуация поставки оборудования ARM без исходного программного окружения или с окружением, которое не содержит закрытого кода и которое может быть заменено. Примером первого случая является контроллер LP-5141 и подобные фирмы "ICP DAS", которые содержат бинарную сборку библиотеки API специализированного оборудования (libi8k) и модули ядра Linux для его инициализации. Примером второго случая является одноплатный компьютер Тион-Про270, создание программного окружения и сборки OpenSCADA для архитектуры ARM которого будем рассматривать ниже.

5 Architecture MIPS

The MIPS architecture obtained due to it mets in embedded solutions like to WLan Routers and for OpenSCADA tightly embeding there. Currently the architecture is not interested highly due to in March 2021, MIPS (the developer company) announced that the development of the MIPS architecture had ended as the company is making the transition to RISC-V.

When CPU in LE byte order then there is no difference in OpenSCADA working comparing with ARM besides of missing of acceleration the float point operations.

6 Дистрибутив OpenWrt

OpenWrt это высоко-расширяемый GNU/​Linux дистрибутив для встраиваемых устройств (обычно это роутеры беспроводных сетей). В отличии от других дистрибутивов для роутеров, OpenWrt собирается с самого основания чтобы быть полнофункциональной и легко модифицируемой операционной системой для Вашего роутера. На практике это означает, что в отличии от большинства других дистрибутивов Вы можете иметь все функции, которые Вам необходимы, без распухания и с самым новым ядром Linux.

OpenWrt в основном распространяется в готовых прошивках или предустановленным на соответствующее оборудование. Для сборки и пересборки, из выходных текстов, прошивки в целом или отдельных пакетов этот проект предоставляет SDK, основанное на несколько изменённой сборочной системе "BuildRoot". Для использования этого SDK Вы можете предварительно построить его с нуля и с нужной цепью инструментов (toolchain) или получить готовый для соответствующей версии OpenWrt и платформы на счёт чего Вы можете прочитать в деталях тут.

OpenWrt использует пакеты IPKG и утилиту пакетного менеджера "opkg", соответственно Вы можете установить готовые пакеты, предварительно их загрузив на это оборудование, следующим образом:

opkg install openscada_0.9+r2517-1_mxs.ipk

Поскольку сборочная система BuildRoot была несколько изменена для OpenWrt и в основном в в описании пакетов и добавлением репозитория "feeds", правила сборки OpenSCADA требовали и были полностью переписаны. Вы сейчас можете загрузить их пакет по этой ссылке и распаковать в каталоге "package". Для сборки OpenSCADA и её пакета IPKG из приготовленной и готовой для этого директории BuildRoot этого SDK, с правилами OpenSCADA в каталоге "package", Вам следует придерживаться следующей инструкции:

# Очистка сборки пакета, может быть опущена при первой сборке
make package/openscada/clean
# Загрузка и подготовка архива исходных текстов OpenSCADA, эти команды вызываются автоматически по следующей команде "compile" и соответственно могут быть также опущены
make package/openscada/download
make package/openscada/prepare
# Компиляция OpenSCADA, все зависимые пакеты сборки OpenSCADA перед этим этапом должны быть автоматически загружены и скомпилированы
make package/openscada/compile
# Установка и сборка IPKG пакета, который Вы можете получить отсюда "bin/{paltform}/packages/base"
make package/openscada/install

В соответствии с использованием BuildRoot библиотеки "uCLibC" языка "C" OpenSCADA нуждалась в некоторой адаптации к uCLibC версии 0.9.33.2 после последней сборки с uCLibC версии 0.9.32.1 в 2011 году:

• корректная проверка "resourcesAllow" для сборки без ресурсов (каталоги "data" и "doc"), в основном из-за проблемы исполнения тут automake;
• изменена проверка librt с функции clock_gettime() на clock_nanosleep();
• для проверки libcrypt использована функция "crypt";
• включение <stdarg.h> в "src/tmess.h";
• проверка на __UCLIBC__ в TUser::auth();
• буфер iconv установлен в "const char *".

Впервые OpenSCADA для OpenWrt была собрана, удачно запущена и использована на 3G роутере "TELEOFIS RTU968" от АО "ТЕЛЕОФИС" для платформы "Freeescale i.MX23/28".

Все материалы около OpenWrt для OpenSCADA Вы можете найти по этой ссылке.

7 Инструменты сборки ядра Linux и рабочих окружений под разные целевые архитектуры

Сформировать Linux КФС можно на основе готовых пакетов существующего бинарного дистрибутива, пакетов исходных текстов существующего дистрибутива, а также собрать из оригинальных исходных текстов посредством ToolChain в одной из сборочных систем.

Сборка программ или целой КФС для архитектур, отличных от x86 и x86_64, обычно осуществляется посредством кросскомпиляции с использованием утилит (ToolChain) для сборки, линковки и отладки под целевую архитектуру ARM. Для автоматизации этого процесса создан ряд инструментов сборки готовых КФС.

7.1 BuildRoot

Данная система сборки является частью проекта создания альтернативной библиотеки функций языка "C" UClibC, поэтому в основном нацелена на сборку окружений с "UClibC", с соответствующими ограничениями. BuildRoot хорошо показал себя в работе на хостовых системах разных версий и позволяет без особых проблем собирать программные окружения на основе Linux.

Получить архив BuildRoot нужной версии можно по ссылке http://buildroot.uclibc.org/downloads. Далее его нужно распаковать в домашней директории обычного пользователя и произвести конфигурацию, настройку и сборку:

# Начальная конфигурация относительно предыдущей, например, после смены версии BuildRoot
make oldconfig
# Конфигурация из псевдографического меню
make menuconfig
# Запуск сборки
make
# Очистка сборочницы целиком
make distclean

В процессе сборки могут возникнуть проблемы следующего рода:

• Невозможность загрузить архивы программ.

(+) Необходимо указанный пакет загрузить отдельно и поместить его в директорию "./dl" или "./output/dl".

• Ошибки сборки программ.

(+) Однозначного решения данной проблемы нет и нужно разбираться с ошибками сборки индивидуально для программы. Ошибка сборки может быть связана, например, с отсутствием выбора отдельного параметра при конфигурации или проблемой сборки программы в данном окружении. Патчи исправления сборки можно помещать непосредственно в директорию описания программы "./package/{имя пакета}/"

7.2 PTXDist

Универсальный инструмент сборки ядер, ToolChain и программных окружений на основе Linux фирмы "Pengutronix". PTXDist является мощным и гибким инструментом, однако старые его версии имеют проблемы на современных хостовых системах, что усложняет задачу сборки программных окружений для сравнительно старых, но всё ещё распространённых, аппаратных платформ. Например, сейчас (2012 год) можно встретить новое оборудование с процессорами ARM XScale, ARM9 (ARMv5) времён 2003 года. Однако новыми версиями PTXDist неплохо поддерживаются старые платформы, о чём можно узнать из таблицы поддержки по ссылке: http://www.pengutronix.de/oselas/toolchain/index_en.html.

Для сборки программного окружения (КФС) с помощью PTXDist нужно:

• получить архив инструментария сборщика (вместе с проектами ближайших версий, http://www.pengutronix.de/software/ptxdist/download), собрать и установить его;
• получить архив исходных файлов (той же или близкой версии, как PTXDist, http://www.oselas.com/oselas/toolchain/download) и собрать ToolChain;
• склонировать-создать и собрать проект КФС.

Теперь детальнее в командах:

# Установку и сборку сборщика нужно производить от обычного пользователя в его домашней директории.
# Исходные архивы загружены в ~/Downloads
mkdir ~/proj/ptxdist; cd ~/proj/ptxdist
tar xvjf ~/Downloads/ptxdist-2011.11.0.tar.bz2
tar xvzf ~/Downloads/ptxdist-2011.01.0-projects.tgz
# Переносим содержимое архива проектов в директорию рабочей версии, если версии различны.
cp -r ptxdist-2011.01.0/* ptxdist-2011.11.0/; rm -rf ptxdist-2011.01.0
# Сборка и установка инструментария
cd ptxdist-2011.11.0; ./configure --prefix=/home/roman/proj/ptxdist; make install
# Установка переменной окружения "PATH" для вызова файла инструментария "ptxdist"
export PATH=$PATH:/home/roman/proj/ptxdist/bin

# Распаковка, выбор конфигурации и сборка Toolchain
cd ~/proj; tar xvjf OSELAS.Toolchain-2011.11.0.tar.bz2
# Выбор нужной конфигурации toolchain
cd OSELAS.Toolchain-2011.11.0
ptxdist select ptxconfigs/arm-xscale-linux-gnueabi_gcc-4.6.2_glibc-2.14.1_binutils-2.21.1a_kernel-2.6.39-sanitized.ptxconfig
# Запуск сборки ToolChain.
# Результат сборки будет помещён в директорию /opt/OSELAS.Toolchain-2011.11.0 для чего нужно предоставить полный доступ от имени суперпользователя к директории /opt.
sudo chmod a+rwX /opt
ptxdist go

# Клонирование-создание проекта КФС
# Предварительная настройка общей конфигурации ptxdist, например, пути к директории проектов  (по умолчанию не требуется)
ptxdist setup
# Проверка наличия и видимости проектов для клонирования
ptxdist projects
# Клонирование одного из доступных проектов
cd ~/proj; ptxdist clone OSELAS.BSP-Pengutronix-Generic New_RootFS
# Выбор конфигурации платформы и ранее собранного ToolChain для нашего проекта
cd ~/proj/New_RootFS
ptxdist platform configs/arm-qemu-2011.01.0/platformconfig
ptxdist toolchain /opt/OSELAS.Toolchain-2011.11.0/arm-xscale-linux-gnueabi/gcc-4.5.2-glibc-2.14.1-binutils-2.21.1a-kernel-2.6.30.5-sanitized/bin
# Остальные настройки архитектуры, выбор программ и формирование результата конфигурируется в псевдографическом конфигураторе
ptxdist menuconfig
# Сборка КФС и формирование образов
ptxdist go
ptxdist images
# Конфигурацию сборки дополнительных программ необходимо помещать в директорию "rules" в виде двух файлов pkg.in и pkg.make.
# Для того чтобы новая программа появилась в меню псевдографического конфигуратора её нужно добавить
# в файле ~/proj/ptxdist/lib/ptxdist-2011.11.0/rules/Kconfig

8 Измерения

8.1 Процессорных систем

Оборудование	ЦП	Вход в JavaLikeCalc, мкс	Операция sin(Pi) [в JavaLikeCalc], мкс	Операция pow(Pi,2) [в JavaLikeCalc], мкс	Модель АГЛКС [Vision, главная мнемосхема], %(ядро)	Дополнительные тесты и замечания
Segnetics SMH2Gi	ARMv5, ARM926EJ-S, 400 MHz, 65nm, SoftVFP, 199 BogoMIPS	3.4	11.1 [14.9]	4.4 [7.9]	-
Router 3G TELEOFIS RTU968	ARMv5, ARM926EJ-S, 454 MHz, 65nm, OpenWrt, uCLibC, SoftVFP, 226 BogoMIPS	2.45	7.2 [9.75]	2.02 [5.45]	-
NetGear R6220	MIPS1004Kc, MediaTek MT7621ST, 55nm, 880 MHz, 2 Threads	0.84	13 [14.5]	0.99 [4.09]	-	Productivity of the mathematical operations is VERY low.
ICP DAS LP-5141	ARMv5, PXA270, 520 MHz, FPA		100 [200]*	51 [152]*
ZAO ZEO TionPro270	ARMv5, PXA270, 520 MHz, SoftVFP, uCLibC-0.9.32.1, -Os, 519.37 BogoMIPS		22 [51]*	14 [41]*	-	Minimum power consumption: 1.27 W
ZAO ZEO TionPro270	ARMv5, PXA270, 520 MHz, SoftVFP, GLibC-2.14.1, -O2, 519.37 BogoMIPS		5.92 [8.26]	1.74 [4.08]	-	Updated: 30.10.2013
Cyrix Geode(TM)	x86, 232 MHz		7 [44]*	11 [52]*	-
VIA Nehemiah	x86, 400 MHz, 130nm		2.9 [5.8]	2.4 [5.8]	-
Nokia N800	ARMv6, TI OMAP2420, 90nm, 400 MHz, 397 BogoMIPS	2.32	2.93 [6.29]	2.11 [6.98]	-
Raspberry Pi	ARMv6, BCM2708, 700 MHz		1.15 [4.57]	1.28 [4.60]	-
Raspberry Pi Zero	ARM v6Z ARM1176JZF, BCM2835, 65nm, 1 GHz	1.66	0.862 [1.4]	0.979 [2.29]	>100	Minimum power consumption (on 700MHz): 0.4W, 0.6W(+WIFI) RT-tests:[!] precision_test[!] OpenSCADA[!] Linux 4.19.66+ 0.353+3.04 [0.052] 0.494+1.362, 0.53+1.375
AMD K6-2	x86, 450 MHz, 250nm, 900 BogoMIPS, SDRAM-85MB/s	1.76	0.964 [2.14]	1.84 [2.84]	-
VIA Nehemiah	x86, 667 MHz, 130nm		2.7 [5.6]*	2.4 [6.1]*	-
AMD Geode LX800, ICP-DAS LP-8x81	x86, 500 MHz, 130nm, 1000 BogoMIPS, DRAM-450MB/s	1.09	1.15 [1.57]	1.87 [2.33]	97	RT-tests:[!] precision_test[!] OpenSCADA[!] Linux-3.2.78 0.07+0.73 [0.038] 0.337+4.12, 0.303+3.21 Linux-2.6.29-rt1-up 0.046+0.164 [0.037] 0.089+0.095, 0.090+0.093
AMD K6-2+	x86, 600 MHz, 180nm, 1202 BogoMIPS, SDRAM-99MB/s	1.73	0.69 [0.97]	1.2 [1.72]	-
RDC R3600, ICP-DAS LX-8x31	x86, 1.0 GHz, 2 Cores		0.72 (1.52)	1.14 (2.06)	-
Nokia N900	ARM Cortex-A8, TI OMAP3430, 65nm, 600 MHz, 598.9 BogoMIPS	1.07 0.64	1.59 [1.79] 0.96 [1.06]	0.89 [1.32] 0.53 [0.76]	>100	600 MHz 1000 MHz Updated: 15.07.2023 BL-5J Grand: 4.1mA (1.24Ah/300h), 7.2mA (+SIM, 1.238Ah/171h), 11mA (+WLAN, 1.226Ah/116h)
Nokia N950, N9	ARM Cortex-A8, TI OMAP3630, 45nm, 1 GHz	0.52	0.91 [1.68]	0.6 [0.91]	>100
Segnetics SMH4	ARMv7 Processor rev 2, 1 GHz, 996 BogoMIPS	0.477	1.1 [1.323]	0.51 [0.723]	-
Raspberry Pi 2	ARM Cortex-A7, BCM2836, 40nm, 900 MHz, 4 Cores	0.77	0.688 [0.95]	0.447 [0.83]	100 [165]	Minimum power consumption (on 600MHz): 1.02W, 1.14W (+Eth), 1.33W(+WIFI) RT-tests:[!] precision_test[!] OpenSCADA[!] Linux 4.9.35-v7+ 0.23+4.18 [0.016] 0.385+0.918, 0.484+4.772
Orange Pi Zero	ARM Cortex-A7, Allwinner H2(+), 40nm, 1.2 GHz, 4 Cores	0.616	0.489 [0.554]	0.625 [0.734] **	-	Updated: 04.03.2023 Minimum power consumption (on 240MHz): 0.89W, 1.02W(+Eth), 1.15W(+WIFI) Performance for 1.29W, 240MHz: GPIO 1.2us RT: The realtime policies SCHED_RR and SCHED_OTHER are completely missing
Siemens IOT2050	ARM Cortex-A53, TI Sitara AM6548 HS, 28nm, 4 Cores	0.511	0.459 [0.589]	0.45 [0.609]	67 [110]	ARM64
Pentium 3	x86, 700 MHz, 180nm, SDRAM-223MB/s	0.546	0.383 [0.875]	0.51 [1.1]	90	RT-tests:[!] precision_test[!] OpenSCADA[!] Linux-3.2.78-686-pae 1.73+7.22 [0.037] 0.429+32, 0.825+60.7 Linux-3.2.78-rt-686-pae 0.11+0.15 [0.041] 0.125+0.184, 0.079+0.17
Intel(R) Atom(TM) CPU Z520, ICP-DAS LP-8x81 Atom	x86, 1.33 GHz, 1[2] Cores, 45nm		0.39 (1.14)	0.53 (1.12)	-
Intel Atom N270	x86, 1.6 GHz, 1[2] Cores, 45nm, DDR2-533-1.2GB/s	0.441	0.392 [0.616]	0.403 [0.712]	73 [135]	Starting time (PATA SSD), seconds: 6+28+6(AGLKS), 65(Boiler) RT-tests:[!] precision_test[!] OpenSCADA[!] Linux-4.9.210-686-pae 112.0+112.1 [0.037] 112.0+112.0, 113.3+113.3 Linux-4.9.210-rt-686-pae 0.126+0.199 [0.032] 0.102+0.164, 0.097+0.162
Raspberry Pi 3	ARM v8 Cortex-A53, BCM2837, 40nm, 1.2 GHz, 4 Cores	0.44 0.33	0.372 [0.436] 0.303 [0.4]	0.335 [0.443] 0.304 [0.41]	54 [94]	ARMHF ARM64 Updated: 03.03.2023 Minimum power consumption (on 600MHz and indifferent to enabled WIFI or Bluetooth): 1.14W, 1.39W(+Eth), 1.5W(+WIFI) Performance for 1.8W, 600MHz: GPIO 0.3us Starting time (JGM-T001), seconds: 14+42+5(AGLKS), 98(Boiler) RT-tests:[!] precision_test[!] OpenSCADA[!] Linux 4.9.35-v7+ 0.045+0.102 [0.088] 0.492+0.514, 0.456+0.657
PinePhone	ARM v8 Cortex-A53, Allwinner A64, 40nm, 1.15 GHz, 4 Cores	0.369	0.316 [0.393]	0.311 [0.390]	50 [80]	Mobian 12 ARM64
Intel(R) Celeron(R) CPU 847	x86, 1.1 GHz, 2 Cores, 32nm		0.23 [0.675]	0.25 [0.76]	50 [64]
AMD GX-209JA	x86, 1.0 GHz, 2 Cores, 28nm, DDR3-533-2GB/s	0.203 0.411	0.204 [0.427] 0.283 [0.659]	0.175 [0.397] 0.34 [0.84]	48 [87] 65 [110]	x86_64 686
HTC Desire 820G	ARM Cortex-A7, MediaTek MT6592, 28nm, 1.7 GHz, 8 Cores	0.420	0.233 [0.298]	0.204 [0.337]	-
KIVI 32F710	ARMv7, MediaTeK m5621, 1.3 GHz, 4 Cores	0.243	0.262 [0.272]	0.229 [0.257]	-
AMD Phenom(tm) 9600 Quad-Core	x86, 2.3 GHz, 4 Cores, 65nm		0.17 [0.45]	0.14 [0.35]	-
AMD Athlon 64 3000+	x86, 2 GHz, 130nm		0.15 [0.43]	0.16 [0.49]	23 [31]
Intel(R) Celeron(R) CPU N2840	x86, 2.16GHz, 2 Cores, 22nm		0.175 [0.389]	0.165 [0.385]	33 [60]
Intel(R) Pentium(R) 4 CPU	x86, 3 GHz, 1[2] Cores, DDR-400	0.198	0.152 [0.206]	0.157 [0.253]	45 [77]
Google Asus Nexus7 II	ARM Cortex-A15, Qualcomm Snapdragon APQ8064-1AA, 28nm, 1.5 GHz, 4 Cores	0.321	0.134 [0.239]	0.122 [0.264]	54 [82]	armv7-a, Soft, VFP, Extra tests. Updated: 15.05.2023 Starting time, seconds: 10+21+6(AGLKS), 49(Boiler)
Intel(R) Core(TM)2 Duo CPU T5470	x86, 1.6 GHz, 2 Cores, 65nm	0.179	0.143 [0.18]	0.129 [0.197]	27.6 [54]
AMD Turion L625	x86, 1.6GHz, 2 Cores, 65nm, DDR2-555	0.096	0.125 [0.251]	0.096 [0.219]	28 [50]
Intel(R) Core(TM) i3-3217U CPU	x86, 1.8 GHz, 2[4] Cores, 22nm		0.105 [0.277]	0.148 [0.305]	21 [26]
Intel(R) Pentium(R) CPU U5400	x86, 1.2 GHz, 2 Cores, 32nm, DDR3-1333-2.3GB/s	0.141	0.119 [0.177]	0.088 [0.125]	29 [55]
Intel(R) Core(TM) i3 CPU U 380	x86, 1.33 GHz, 2[4] Cores, 32nm, DDR3-1333	0.11	0.11 [0.138]	0.087 [0.101]	33 [58]
Intel(R) Celeron(R) CPU E1200	x86, 1.6 GHz, 2 Cores, 65nm	0.159	0.126 [0.131]	0.078 [0.087]
AMD Athlon X2 3600+	x86, 2 GHz, 2 Cores, 65nm	0.0898	0.095 [0.148]	0.0743 [0.150]	20 [41]
Google Pixel XL	ARMv8, Qualcomm Snapdragon 821, 14nm, 2.15 GHz, 4 Cores	0.125	0.054 [0.083]	0.087 [0.117]	-	Updated: 07.03.2023 Starting time, seconds: 5+10+2(AGLKS), 26(Boiler)
Intel(R) Xeon(R) CPU E5-2603	x86, 1.8 GHz, 4 Cores, 32nm		0.074 [0.178]	0.068 [0.173]	-
Intel(R) Xeon(R) CPU X5560	x86, 2.8 GHz, 4[8] Cores, 45nm	0.056	0.054 [0.117]	0.043 [0.118]	27 [41]
AMD Phenom(tm) II X4 900e	x86, 2.4 GHz, 4 Cores, 45nm, DDR2-800-3GB/s	0.069 0.06	0.075 [0.082] 0.076 [0.096]	0.056 [0.076] 0.0567 [0.088]	12 [21] 17 [32]	x86_64 686
Intel(R) Celeron(R) CPU J3355	x86, 2.0-2.5 GHz, 2 Cores, 14nm, DDR3-1600	0.069	0.066 [0.089]	0.051 [0.077]	19 [34]
Intel(R) Core(TM) i5-3610ME CPU	x86, 2.7 GHz, 2[4] Cores, 22nm		0.05 [0.132]	0.0376 [0.122]	-
Intel(R) Xeon(R) CPU E5-2420	x86, 1.9 GHz, 32nm, DDR3-10GB/s	0.058	0.056 [0.075]	0.053 [0.075]	-
Xiaomy 11 Lite 5G NE	ARM Cortex-A55, Qualcomm Snapdragon 778g SM7325, 6nm, 4x2.4 GHz + 4x1.8 GHz	0.0491	0.0325 [0.0415]	0.0511 [0.0689]	-
Intel(R) Xeon(R) CPU E5-2680 v3	x86, 2.5 GHz, 32nm, DDR3-9.3GB/s	0.061	0.042 [0.053]	0.031 [0.038]	-
AMD A8-6500 APU	x86, 3.5 GHz, 4 Cores, 32nm, DDR3-1866-12.8GB/s	0.048 0.058	0.0394 [0.057] 0.055 [0.1]	0.029 [0.0394] 0.037 [0.089]	13 [22] 13 [24]	x86_64 VBox Starting time (DT01ACA050), seconds: 3+2+1(AGLKS), 8(Boiler)
Intel(R) Pentium(R) CPU G3260	x86, 3.30GHz, 2 Cores, 22nm, DDR3-1400	0.0485	0.0373 [0.0363]	0.0244 [0.0279]	6.3 [13.3]
Intel(R) Core(TM) i3-4330 CPU	x86, 3.5 GHz, 2[4] Cores, 22nm		0.03 [0.08]	0.023 [0.073]	-
Intel(R) Core(TM) i7-5600U	x86, 2.6->3.2 GHz, 2[4] Cores, 14nm, DDR3-1600-15GB/s	0.04 0.051	0.027 [0.0304] 0.0488 [0.065]	0.027 [0.03] 0.0447 [0.068]	9 [16] 12 [22]	x86_64 686 Starting time (ST320LT007), seconds: 3+2+1(AGLKS), 6(Boiler)
Intel(R) Core(TM) i7-7700HQ CPU	x86, 2.8 GHz, 14nm, DDR-20GB/s	0.036	0.024 [0.029]	0.040 [0.046] **

• ^* — includes of double call the gettimeofday() function.
• ^** — pow(Pi,2) measured in an environment with GLibC > 2.31 (like to Debian 11) where performance of the function calculation was degraded on [46...60]%.
• "Entry into JavaLikeCalc" — entry to a procedure on the language JavaLikeCalc means also entry to the critical section and requesting for reading of the RW lock, then the time mostly show performance of the locking operation. The time was excluded from related values in columns with JavaLikeCalc.
• "DDR3-1600-{N}GB/s" — where N is gotten by the program sysbench (not memtest what is wrong often), by the typical call command sysbench --test=memory --memory-total-size=3G --memory-block-size=1M run for systems with memory size [4...15] GB.
• "precision_test" — a simple program of the OpenSCADA project to test lag of the threads invoking in the RT policy Round-robin and priority 80. 100% loading is performed by the program highload and the VFS activity is performed by the command dd if=/dev/zero of=/var/tmp/test.zero bs=1048576 count=1000; dd if=/var/tmp/test.zero of=/dev/null bs=1048576;.

Разница во времени вычисления при прямом вызове математической операции и из виртуальной машины JavaLikeCalc связана с влиянием частоты ядра процессора (частоты, на которой оно работает) и которым выполняется часть команды до передачи её математическому сопроцессору и со скоростью памяти. Производительность математического сопроцессора обычно не связана непосредственно с производительностью и частотой ядра основного процессора или скоростью памяти.

Методика измерений в таблице выше следующая:

1. Оценка времени вычисления операций общего блокирования критической секции, "sin(Pi)" и "pow(Pi,2)", во второй, третьей и четвёртой колонках. Данные операции выбраны как показательные, для оценки производительности сопроцессора и общих манипуляций с вещественными числами. Значения в квадратных скобках характеризуют степень накладных расходов при вычислении внутри виртуальной машины OpenSCADA и производительность целочисленных вычислений вокруг образцовых операций. Т.е. основное значение характеризует производительность процессора в операциях с плавающей точкой (математический сопроцессор или эмуляция), а в квадратных скобках — в целочисленных операциях (центральный процессор), как разница времени операций с плавающей точкой. Методика измерения:

a) обеспечиваем стабильность частоты центрального процессора, путём установки политики её управления в ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТЬ;

b) запускаем OpenSCADA без нагрузки, проект по умолчанию или с пустой конфигурацией, c конфигуратором UI.QTCfg, UI.WebCfg или UI.WebCfgD;

c) открываем объект функции "sin()", а затем "pow()", модуля библиотеки математических функций;

d) переходим во вкладку "Исполнить", устанавливаем "Включено", вводим значения аргументам "X" в 3.14159 и "Степень" в 2 (для "pow()"), устанавливаем количество запусков в 1000 (для большей репрезентативности можно увеличить, порядками, до общего времени операции не более 10 секунд);

e) нажимаем "Исполнить" и получаем время исполнения;

f) производим вычисления несколько раз, нажимая "Исполнить", добиваясь минимального значения;

g) фиксируем минимальное значение, которое делим на 1000 (количество запусков) и получаем основное значение времени одного вычисления в микросекундах;

h) переходим к объекту модуля внутренних вычислений OpenSCADA (DAQ.JavaLikeCalc);

i) создаём там объект библиотеки функций "test", а в ней функцию "test", которую включаем;

j) во вкладке "Программа" вводим текст команды ПУСТО, "y=sin(3.14159)", и затем "y=pow(3.14159, 2)";

k) переходим во вкладку "Исполнить" и выполняем тоже самое, что в пунктах "d."-"g.";

l) полученный результат записываем во второй колонке и считаем вспомогательным, в квадратных скобках, для третьей и четвёртой после вычитания значения во второй.

2. Комплексная оценка производительности, пятая колонка, осуществляется путём исполнения модели технологического процесса (ТП) АГЛКС на целевой архитектуре. Данный тест может исполняться только на вычислительных системах со сравнительно высокой производительностью (или с количеством ядер более одного), которые способны исполнять модель, и с устройством вывода графической информации (дисплей), случай исполнения сервера визуализации не рассматривается. Основное значение нагрузки процессора характеризует исполнение динамической модели ТП, а дополнительное добавляет формирование и исполнение графического интерфейса. Методика измерения:

a) обеспечиваем стабильность частоты центрального процессора, путём установки политики её управления в ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТЬ;

b) из меню окружения рабочего стола запускаем модель АГЛКС;

c) запускаем эмулятор терминала (например, "konsole"), где набираем "top", нажимаем Shift+H (смотрим процесс в целом) и Shift+P (сортируем по нагрузке на процессор);

d) снимаем показания в колонке "%CPU" напротив процесса "openscada", отбираем типовое значение для нескольких обновлений и фиксируем его как основное значение;

e) возвращаемся к окну OpenSCADA и запускаем среду визуализации, а затем проект интерфейса "АГЛКС".

f) возвращаемся в эмулятор терминала и снимаем дополнительное значение, как в пункте "d.".

Полученные результаты можете выслать на электронной почты для помещения в эту таблицу!

8.2 Хранилища (встроенные, HDD, SSD, CF, SD, ...)

В этом разделе содержится информация про производительность хранилищ, с которыми и на которых работали и работают решения OpenSCADA.

Оборудование	Реальный размер, ГБ/ГіБ	Чтение/Запись, МБ/с	Замечания
SSD
PATA SSD, Ver2.M0J (Acer Aspire One 110)		41.2/15.8
SSD: GoodRAM Play 32GB 2.5" SATA2, MLC (SSD32G25S2MGYSM2244)		238/45
SSD: GoodRAM C40 60GB 2.5" SATA3, MLC (SSDPR-C40-060)		498/467
SSD: GoodRAM C40 120GB 2.5" SATA3, MLC (SSDPR-C40-120)		480/330	for EXT4
SSD: GoodRAM CX200 120GB 2.5" SATA3, TLC (SSDPR-CX200-120)	120/111	497/118	fast overheating on write 30+10 °С
SSD: GoodRAM IRIDIUM 120GB 2.5" SATA3, MLC (SSDPR-IRID-120)	120/111	499/201	heating 33+3/11 °С
SSD: TOSHIBA THNSNJ512GCSU 512GB 2.5" SATA3, MLC (JULA0101)	512/477	525/517	heating 32+4/10 °С
SSD: GoodRAM IRDM PRO 1TB 2.5" SATA3, 3D TLC (IRP-SSDPR-S25C-01T)	1024/954	533/509	heating 25+5/10 °С
SSD: KODAK SSD X120 PRO 1TB 2.5" SATA3, 3D TLC (EKSSD1TX120K)	1024/954	505/427	heating 31+2/6 °С power 0.7+0.2/0.4 W
HDD. Typical environment: Read/Write: raw 50GB by blocks 1MiB, into the hard disk end
HDD 3.5": SAMSUNG SP2004C	200/186	39/38.5	heating 27+11/13.5/15°С
HDD 3.5": TOSHIBA DT01ACA050	500/466	110/109	heating 25+12/16/17°С
HDD 3.5": WDC WD10EZRX-00D8PB0	1000/931	77.7/77.5	+9°С, noisely seek
HDD 3.5": Seagate ST1000VM002-1ET1	1000/931	87.1/86.9	heating 27+7/9/10 °С; power ~5.6 W
HDD 2.5": Seagate ST320LT007-9ZV142	320/298	70.5/70.1	heating 25+10/17/18 °С; power 1.4+1.6/1.6 W
HDD 2.5": WDC WD5000BEVT-22A0RT0	500/466	44.7/43.5	heating 33+3/9/13 °С; power 1.0+1.9/2.3 W
HDD 2.5": WDC WD20SPZX-22UA7T0	2000/1863	63.2/62.3	heating 33+9/13/15 °С; power 1.26+1.74/1.74 W
Internal flashes of the devices
Flash: ICP_DAS LP-8x81 Internal 4GB		8/4
Card flashes (CF)
CF: ICP_DAS LP-8x81 8GB, MLC		27/(19...15)
CF: ICP_DAS LP-8x81 8GB, MLC-N-233x		44/12.5
CF: ICP_DAS LP-8x81 8GB, pSLC		47/44
Flash Disk IDE44: Kontron chipDISK/1000-IDE		3/5.7
SD, MiniSD, MicroSD, MMC. Typical environment. 30°C, Read/Write: raw 1GB by blocks 1MiB. Card Readers: [ Grand X CRX45 USB2; Realtec USB 2.0 multicard reader; Transcend M3; GoodRam USDRSGRBL10; Raspberry Pi3,2 EXT4; RTS5227 PCI-E ]
MicroSD: Transcend 8GB Class 2, 378010	7.94/7.40	[14.6/3.4; 9/3.5; 14.3/3.7; 14.3/3.7]
MicroSD: EMTEC 8GB Class 4	7.96/7.41	[18.0/0.8; 12.3/1.8; 17.2/1.8; 17.0/1.9]	early and apparently overheat and hang in long time on write
MicroSD: Kingston 8GB Class 4, SDC4/8GB	7.74/7.21	[16.7/0.756; 15.1/1.8; 16.4/1.8; 16.5/1.9]	early and apparently overheat and hang in long time on write
MicroSD: Transcend 8GB Class 4, A31213	7.94/7.40	[17.8/4; 18.0/4.1; 18.8/4.2; 17.9/3.0]
MicroSD: Transcend 32GB Class 4, 9161BA		19.7/6.7
MicroSD: Transcend 4GB Class 6, 9153BA	4.03/3.75	[15.7/6.7; 15.9/7.6; 18.5/9.3; 17.9/9.5]
SD: Team 8GB Class 10, CT8G02XTVCC1118N	8.03/7.47	[16.7/10.3; 14.1/12.2; 18.5/14.0]
MicroSDHC: Toshiba 16GB UHS-1 Class 10, SD-C016UHS1(BL5A)	15.7/14.6	[16.2/5.9; 16.7/7.4; 18.4/9.1; 17.6/8.8; 16.9/11.3]
MicroSDHC: Toshiba 16GB UHS-1 Class 10, SD-C016UHS1(6A)	15.5/14.5	[14.4/6.7; 17.3/8.1; 18.6/9.9; 17.9/10.0; 19.5/13.0]
MicroSDHC/MicroSDXC: Kingston 16GB UHS-1 Class 10, SDC10G2/16GB	15.5/14.4	[18.6/6.0; 16.3/6.7; 18.5/10.5; 18.1/10.1; 17.1/8.6]
MicroSDHC: Transcend 16GB UHS-1 Class 10, C93858	15.9/14.8	[17.2/10.6; 18.6/9.6; 18.5/11.1; 17.7/10.8; 22.5/11.1]
MicroSDHC: SP 32GB, SP032GBSTH010V10	31.1/28.9	[18.1/8.0; 14.8/7.3; 18.7/10.8; 17.9/9.8; 19.4/11.1]
MicroSDHC: SanDisk Ultra 32GB, SDSQUNB-032G-GN3MN	31.1/28.9	[17.1/7.0; 14.8/7.5; 18.4/11.0; 18.1/10.4; -]
MicroSDHC: Transcend 32GB UHS-1 Class 10, Premium 400x D24035	31.7/29.5	[17.6/14.7; 17.8/9.6; 18.8/9.9; 17.8/14.1; 22.4/10.5; 21.5/15.3]
MicroSDHC: JGM-T001 16GB UHS-1 Class 10	15.6/14.6	[18.6/19.3; 16.1/12.7; 19.6/17.4; 15.7/18.4; 13/11.8; 58.4/41.7]
MicroSDHC: Samsung EVO Plus 64GB UHS-1 Class 10 (MB-MC64H)	64.1/59.7	[19.0/19.8; 18.8/11.6; ; ; 21.7/16.3; 93.7/28.6]
MicroSDHC: Samsung EVO Plus 128GB UHS-3 Class 10 (MB-MC128H)	128/119	[19.1/18.9; ; ; ; 22.1/17.8; 90.5/44.8]
MicroSDHC: Samsung PRO Plus 128GB UHS-3 Class 10, A2, V30 (MB-MD128KA)	128/119	[ ; ; ; ; 22/18.1; 92.6/49.0]

9 Промышленные решения — ПЛК+ВВ, Панельные ПК

В этом разделе содержится информация про модели ПЛК и Панельных ПК, реально построенные или проектированные на основе разработанной среды исполнения и прошивки ПЛК.

Компоненты ПЛК	Цена (DDP), $	Замечания
PC/104
CPU: Kontron MOPSlcdLX	430	AMDGeodeLX800(i686)-500MHz, 0°-60°C, 5W, Video
CPU: Diamond ATHM800-256A	1229	VIA Mark(i686)-800MHz, 256Mb, -40°-85°C, 10W, Video, 16AI, 4AO, 24DIO
CPU: Diamond ATHM800-256N	842	VIA Mark(i686)-800MHz, 256Mb, -40°-85°C, 10W, Video
CPU: Rhodeus RDS800-LC	414	AMDGeodeLX800(i686)-500MHz, -20°-70°C, 5W, Video
CPU: Helios HLV800-256AV	772	Vortex86DX(i486)-800MHz, 256Mb, -40°-85°C, 5.4W, Video, 16AI, 4AO, 40DIO
CPU: Helios HLV800-256DV	387	Vortex86DX(i486)-800MHz, 256Mb, -40°-85°C, 4.5W, Video
CPU: Tri-M VSX104	380	Vortex86SX(i486sx)-300MHz, 128Mb, -40°-85°C, 2W
MEM: DDR-SODIM-256M	15	for Kontron MOPSlcdLX
Flash Disk: Kontron chipDISK/1000-IDE	100	1Gb, 0°-70°C, read=3MB/s, write=5.7MB/s
Flash Disk: M-Systems MD1171-D1024	42	1Gb, 0°-70°C
Flash Disk: M-Systems MD1171-D256	22	256Mb, 0°-70°C
Flash Disk: M-Systems MD1171-D128	18	128Mb, 0°-70°C
Flash Disk: Diamond systems FD-128R-XT	82	128Mb, -40°-85°C
Flash Disk: Diamond systems FD-1GR-XT	168	128Mb, -40°-85°C
Box: PB-300-K	108
Box: PB-EAP-300-K	250
Box: CT-4	156
Power unit: MMEANWELL DR-4505	30
IO: DMM-16-AT (16AI, 4AO, 16DIO)	581	-40°-85°C
IO: DMM-32X-AT (32AI, 4AO, 24DIO)	689	-40°-85°C
RS485: EMM-OPT4-XT	396	-40°-85°C
RS232->RS485	10
ICP DAS LP-8x81
CPU: LX-9781	~1500	E3845 4Core-1.91GHz, -25°-60°C, 20.4W, 32GB SSD, 16GB CF, 4GB DDR3, Video, 2xEthernet1G, 4xUSB2, 7-slots, 1xRS-232, 1xRS-485, 2xRS-232/485
CPU: LP-9821	~1000	CortexA8-1.0GHz, -25°-75°C, 9.6W, 512MB flash, microSD slot (up to 32GB), 512MB DDR3, Video, 2xEthernet1G, 2xUSB2, 8-slots, 2xRS-232, 1xRS-485, 1xRS-232/485
CPU: LX-8731	~1100	x86 2Core-1.0GHz, -25°-75°C, 16.8W, 32GB SSD, 16GB CF, 2GB DDR3, Video, 2xEthernet1G, 2xUSB2, 7-slots, 2xRS-232, 1xRS-485, 1xRS-232/485
CPU: LP-8821	~650	CortexA8-1.0GHz, -25°-75°C, 9.6W, 512MB flash, microSD slot (up to 32GB), 512MB DDR3, Video, 2xEthernet1G, 2xUSB2, 8-slots, 2xRS-232, 1xRS-485, 1xRS-232/485
CPU: LP-8381 (deprecated)	974	AMDGeodeLX800(i686)-500MHz, -25°-75°C, 14W, 4GB flash (R/W: 8/4 MB/s), 8GB CF (R/W: 29/19 MB/s), 1GB SRAM, Video, 2xEthernet, 2xUSB, 3-slots, 2xRS-232, 1xRS-485, 1xRS-232/485
CPU: LP-8781 (deprecated)	1025	AMDGeodeLX800(i686)-500MHz, -25°-75°C, 16W, 4GB flash (R/W: 8/4 MB/s), 8GB CF (R/W: 29/19 MB/s), 1GB SRAM, Video, 2xEthernet, 2xUSB, 7-slots, 2xRS-232, 1xRS-485, 1xRS-232/485
CPU: LP-8781-Atom (deprecated)	1438	IntelAtomZ520-1.3GHz, -25°-75°C, 18W, 8GB flash, 1GB DDR2, Video, 2xEthernet, 4xUSB, 7-slots, 2xRS-232, 1xRS-485, 1xRS-232/485
IO_BOX: I-87K9	~124	IO box for 9 modules series I-87k accessible by DCON
IO: I-8017HW (8AI DE, 16AI SI)	230	Parallel bus, acquisition up to the 30 kHz
IO: I-8042W (16DI + 16DO)	121	Parallel bus.
IO: I-87017ZW (20/10AI)	209	Serial bus. Overvoltage support up to 240V.
IO: I-87019RW (8AI)	213	Serial bus. Additional surge protection, support for thermocouples and resistance thermometers.
IO: I-87024W (4AO)	204	Serial bus. Output of current and voltage.
IO: I-87026PW (6AI, 2AO, 2DI, 2DO)	215	Serial bus. Combined module.
IO: I-87040W (32DI)	121	Serial bus. Isolated.
IO: I-87041W (32DO)	109	Serial bus. Isolated. Watchdog function for communication.
IO: I-87057W (16DO)	82	Serial bus. Watchdog function for communication.
Panel PC and Displays
cMT-iPC15	~1200	WEINTEK Panel PC 15" (1024x768), -0°-50°C, 32 GB (SSD), 4GB, Intel Atom E3827, Ethernet1G, 3xUSB
cMT-iPC10	~790	WEINTEK Panel PC 9.7" (1024x768), -0°-50°C, 32 GB (SSD), 4GB, Intel Atom E3827, Ethernet1G, 3xUSB
PPC-L106T	~880	Advantech Panel PC 10.4" (800x600@262K), AMDGeodeLX800(i686)-500MHz, 65W, Ethernet, 3xRS-232, 1xRS-232/485, 4xUSB
PPC-L61T	~600	Advantech Panel PC 6.4" (640x480@262K), AMDGeodeLX800(i686)-500MHz, 65W, Ethernet, 3xRS-232, 1xRS-232/485, 4xUSB
FPM-7151T-R3AE	~960	Industrial display 15".