什么是Hypervisor？

其實這是一項IT的虛擬機（Virtual Machine）,其目的是在一個硬件處理器上運行多個操作系統，以發揮其各自的優勢和功能，Hypervisor技術是建立在當前的CPU多核處理器基礎上，對于不同的核，運行不同的操作系統，因為，不同的操作系統有其各自的優勢。

為什么要開發Hypervisor技術？

傳統上，市場咨詢類公司，都是按照產品來定義并分析市場的,PLC和工業PC被劃分為兩個不同市場，傳統的PLC并不運行操作系統，而是借助于硬件直接的執行，但是，功能就無法做到比較強。因此，后續發展基于實時操作系統（Real-Time Operating System）的控制器，這類操作系統非常擅長處理實時控制任務，像高速I/O采樣、高速響應的控制任務如運動控制，而通用操作系統（General Purpose Operating System）如Windows、Linux，他們通常欠缺實時性，但是，他們在圖形圖像、仿真軟件方面很強，而且，可視化方面的設計也很強，如圖1所示，Hypervisor集成了RTOS和GPOS的能力。

圖1-Hypervisor無縫集成RTOS和GPOS

在過去，很多用戶經常配置多個設備，一個PLC用來做實時任務，一個PC用于處理非實時任務如HMI的畫面顯示（如三維動畫、動態計算的趨勢圖），甚至為了單獨處理視覺任務再增加一個PC。隨著芯片朝著多核架構進一步發展，以及更為迫切的集成處理，Hypervisor作為一個更為便利的解決方案，被貝加萊這樣的領先自動化廠商采用，應用于全新的控制與計算架構設計。

貝加萊Hypervisor的優勢

貝加萊的Hypervisor通常運行于工業PC如APC 系列工控機，通常采用多核的如Intel Core-i系列、Atom Apollo Lake處理器，或者Panel PC系列產品上，Hypervisor同樣是在Automation Studio中進行配置，并將實時任務分配給貝加萊的Automation Runtime，將存儲、圖形計算等任務分配給Windows/Linux系統，如圖2所示，在貝加萊的Hypervisor中支持Automation Runtime Embedded系統和Windows/Linux開放的通用操作系統。

圖2-貝加萊Hypervisor內部架構

它有以下幾個顯著的優勢：

※無縫集成：在一個硬件與軟件架構下實現實時任務與非實時任務的無縫集成；

※實時能力：實時任務與Windows/Linux任務通過多核間的通信連接，極速響應；

※穩定可靠：Hypervisor由于內嵌于CPU核中，其穩定性可靠性超越傳統的軟架構系統；

※成本優勢：將控制器與HMI、工業PC在一個設備中集成，降低了系統硬件成本。

典型應用場景-邊緣計算

隨著智能制造、工業物聯網應用的興起，實現其應用的邊緣計算（Edge Computing）架構成為了當前工業的熱點，邊緣計算是在傳統控制任務基礎上，通過數據的連接，設備可以實現更為全局的優化、調度、策略性任務，這些任務不同于基于信號的控制，而是基于更多信息的集成，其數據類型、所需的任務處理更適合于Windows/Linux這樣的架構來實現，包括機器學習、本地智能推理這樣的高動態任務，同時，它計算的結果又需要高動態的反饋給RTOS去指揮機器人、電機、液壓等執行機構的運行，因此，采用Hypervisor可以構建一個本地的邊緣計算架構，如圖3是一個典型的邊緣計算架構。

圖3一個典型的應用場景

在邊緣計算場景中，它包含了眾多的應用需求：

※大容量的本地數據存儲；

※整線OEE統計、能源分析；

※質量分析與優化應用；

※預測性維護應用場景；

※專業工藝數據分析工具與應用；

※連接至云端應用系統的交互；

※整線監控與商業智能；

Hypervisor的應用場景舉例

1分布式儲能系統的架構

在分布式儲能系統中，由一個支持Hypervisor的工業PC，即APC910，來實現整個系統的運行，包括通過CAN/ModbusTCP、POWERlink等電池架、逆變器、I/O控制等任務，以及運行于Linux系統的儲能系統管理、計量、分析、趨勢圖、報警、日志，以及云平臺連接、樓宇控制和遠程維護等管理任務的應用，如圖4所示的應用架構。

圖4-基于Hypervisor架構的分布式儲能系統

同時，在該系統中，每天會需要存儲40MB+的數據，并應用于Linux平臺的數據分析軟件做學習與優化。

2注塑機高端大氣的HMI設計

Windows/Linux在處理顯示任務方面超級強大，而且，有大量IT人員開發的各種控件，如果用在機器顯示與操作上，那真的是可以讓機器“高端大氣上檔次”，所以貝加萊推出mappVIEW后，非常受到用戶的歡迎，它支持動畫、視頻、PDF文件、以及各種IT控件顯示技術，在圖5中，采用Hypervisor技術的Smartmold 9控制器中，mappView開發的畫面運行于Windows上，精美、流暢。同時，mappPLASTIC、mappHydraulic、mappAxis等實時任務同樣運行于Smartmold 9控制器上，實現了機器控制與Windows HMI的完美融合。

圖5-注塑機的mappView應用場景

其實，除了在mappVIEW這樣的HMI處理中，可以采用Hypervisor這樣的技術外，其實，對于整個注塑機的最佳參數獲取，完全可以基于這個架構來實現。

關于貝加萊

貝加萊是一家總部位于奧地利并在全球擁有分公司的創新型自動化企業。2017年7月，貝加萊成為ABB集團的機械自動化事業部。作為工業自動化領域的全球領導者，貝加萊將前沿技術與領先工程相結合，為幾乎每個行業的客戶提供面向機器與工廠自動化、運動控制、HMI和集成安全技術的完整解決方案。借助于OPC UA、POWERlink、openSAFETY等工業物聯網通信標準，以及強大的Automation Studio軟件開發平臺，貝加萊不斷重新定義自動化工程的未來。受簡化流程和超出客戶預期的承諾驅動，貝加萊始終保持創新精神并處于工業自動化領域的前沿。