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基于RTEMS操作系统的EPICS应用研究

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  EPICS(Experimental Physics and Indus-trial Control System)是免费的大型实验物理和工业控制系统软件包。该软件包最初是由美国洛斯阿拉莫斯国家实验室(LANL)和阿贡国家实验室(ANL)联合开发的一种控制系统组态软件包,近年来世界上许多实验室加入了这一软件包的开发。已被全世界100多个大型科学研究工程项目所采用,涉及粒子加速器、大型射电天文望远镜及飞机工业等领域。EPICS软件包采用主机到目标机的开发结构框架,系统的开发通常采用PC/Linux,通过以太网将开发好的数据库、I/O板卡驱动下载到前端控制处理器上以实现对设备的控制。而前端控制处理器通常采用基于VME总线的处理器,运行实时操作系统以达到较高的实时响应速度[1]。

  RTEMS(Real Time Executive for Multi-processor System)诞生于20世纪80年代,由OAR公司开发和维护,最早用于美国国防部的导弹控制系统,它在诞生时就瞄准了高实时性和高可用性的标准,采用了面向对象技术、构件技术等到现在也非常先进的理念构造而成,具有非常好的实时性和稳定性。RTEMS是一个32位的操作系统。经过了20多年的持续开发,RTEMS拥有非常广泛的客户,也具有丰富的开发资源。尤其在实时性、稳定性、开发速度和多处理器支持上都非常优秀。RTEMS现已逐渐应用于军事、工业和科学工程中。加速器领域广泛使用的控制系统软件EPICS也已经被移植到了RTEMS操作系统中[2]。使用EPICS Base3.13的前端控制器IOC必须运行在VxWorks实时操作系统上,最新版本的EPICS Base3.14则部分实现了iocCore的可移植性,使得用户可以在前端IOC上运行RTEMS操作系统。国外EPICS研究合作组正致力于RTEMS的研究,准备将RTEMS推广到EPICS3. 14新版本中。但是目前EP-ICS3.14对RTEMS的支持还是有限的,不完善的,尚不能像使用VxWorks那样使用RTEMS。用户可以从网站下载RTEMS源代码。

  1 EPICS软件结构

  EPICS的软件结构包括三个主要部分:IOC(Input Output Controller)层和OPI(Oper-ator Interface)层以及网络通信模块CA(Chan-nel Access),如图1所示[3]:

  IOC层是EPICS控制系统中最重要的部分。IOC层由实时操作系统和I/O驱动及其实时数据库组成。IOC可分为软IOC和硬IOC,软IOC仅指处理器,操作系统和实时数据库,不包括I/O驱动,而硬件IOC是指挂在以太网上的前端控制处理器,它通常是基于VME总线处理器,控制着数字输入/输出,模拟输入/输出等各种I/O插件,以实现对设备的控制。IOC提供该数据库系统的管理和访问工具,并提供上百种VME、PLC、GPIB、现场总线设备的EPICS I/O驱动程序。实时数据库由各种类型的数据库记录组成,每个数据库记录对应于一个I/O通道。数据库记录通过记录支持和设备支持实现I/O功能。

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