提供用于虛擬運行環境的獨立的時間源的方法和虛擬化軟件技術

本發明專利技術涉及一種用于為具有虛擬運行環境的數據處理設備的至少一個實時操作系統提供至少兩個彼此獨立的時間源的方法和虛擬化軟件，通用操作系統運行在虛擬運行環境之一中，通過虛擬化軟件管理虛擬運行環境。每個實時操作系統單獨分配有第一時間源，數據處理設備具有獨立于第一時間源的第二時間源，第二時間源配置成用于周期性產生中斷，第一處理器核心在每次通過第二時間源觸發中斷時跳入虛擬化軟件的例程中，更新至少一個能夠通過實時操作系統讀取的存儲單元的內容且所述存儲單元作為獨立于第一時間源的時間源以控制第一時間源。通過所述方法可能的是，為實時操作系統復制第二時間源，使得對第二時間源的更新不需要中斷具有實時操作系統的虛擬機。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及一種用于為具有至少兩個虛擬運行環境的數據處理設備的至少一個實時操作系統提供至少兩個彼此獨立的時間源的方法，其中通用操作系統運行在所述虛擬運行環境中的第一個中，并且所述實時操作系統運行在所述虛擬運行環境中的第二個中，通過虛擬化軟件(超級監督者(hypervisor))管理所述虛擬運行環境，并且其中，第一處理器核心分配給所述第一虛擬運行環境，并且第二處理器核心分配給所述第二虛擬運行環境，本專利技術還涉及一種用于具有多個處理器核心、通用操作系統和至少一個實時操作系統的數據處理設備的虛擬化軟件。
技術介紹
對于提出提高的操作安全的要求的自動化任務使用所謂的故障安全的自動化系統，其中通過技術措施確保即使在各個部件失效時或者發生故障時也繼續確保安全的運行或者將設備等置于安全的狀態下。用于滿足這樣的要求的重要措施在于，重復地且彼此獨立地設有重要的操作機構或者部件，以至于能夠記錄單獨的部件中的至少一個故障。在高度可用的系統中，理想地也能夠借助冗余的備用部件實現繼續運行。下面，將所謂的時間源視作為故障安全的自動化系統的重要的資源，即提供時鐘、時間或者類似的時間信息的部件，自動化程序或者底層操作系統需要所述部件，以便以正確的時鐘、以正確的速度并且可靠地完成任務。當在現有技術中常常使用具有所謂的F-CPU的(“故障安全的中央處理單元”)或F-PLC的(“故障安全的可編程邏輯控制器”)特殊的、故障安全的控制裝置，即特別地設有冗余的部件的可編程邏輯控制器時，越來越多地使用配備有實時操作系統并且用于控制任務和自動化任務的個人計算機或類似的標準化體系結構。即使在例如個人計算機的標準體系結構中原則上也可能的是，為具有相應的安全要求的實時操作系統提供兩個彼此獨立的時間源。重要的是，兩個時間源彼此獨立，即尤其關于他們的硬件得出不同的時鐘源(大多數基于石英振蕩器)。為此，在個人計算機方面常常一方面使用實時時鐘模塊(常常稱作RTC= "RealTime Clock，實時時鐘”)，并且另一方面使用CPU的特殊計數器，即所謂的時間戳計數器(TSC)。當實時時鐘模塊從為此特別設置的石英(石英振蕩器)中獲得其時鐘信號時，時間戳計數器來源于處理器時鐘(CPU時鐘)，并且因此與RTC時鐘無關。至今為止，以這種方式還已經可能的是，為在PC硬件等上實現的故障安全的自動化系統提供兩個彼此獨立的時間源。在控制技術的領域內，現在越來越多地使用虛擬化技術。這意味著，分別具有操作系統的多個虛擬機運行在一個相同的硬件平臺上，其中，操作系統中的至少一個能夠在所謂的“實時條件”下運行，并且能夠形成實現為軟件的“故障安全”的自動化部件、即所謂的故障安全的CPU。這提供:對于這樣的應用領域使用具有多個處理器或者多個處理器核心的硬件平臺、所謂的多核CPU的硬件平臺，其中，具有故障安全的實時操作系統的虛擬機例如能夠單獨地配設有一個CPU或者一個處理器核心。當在這種態勢下每個處理器或者每個處理器核心也具有來源于處理器時鐘的時間戳計數器時，在這樣的“虛擬化”設置中產生共同訪問僅一次性存在的資源，特別是例如所謂的RTC模塊的問題。盡管這樣的僅一次性存在的資源的虛擬化原則上是可能的，以至于每個在虛擬機中運行的單元(“虛擬化操作系統”)獲得訪問并且例如能夠讀取RTC模塊，然而與虛擬化軟件、即所謂的“超級監督者(hypervisor)”的每次交互強制地導致所請求的虛擬機的執行的中斷，這尤其由于由此引起的延遲時間而導致實時性能變差。這尤其涉及下述系統，其中多于一個“虛擬化自動化系統”在一個相同的硬件平臺上運行，以至于所需要的資源、特別是所述時鐘模塊RTC不能夠單獨提供給單獨存在的自動化系統。
技術實現思路
因此，本專利技術的目的是，為中央資源提供多個虛擬機，而在訪問所述資源時不會導致在執行虛擬機時的損失。該目的的解決方案的核心思想是，將共同使用的資源的可用信息直接地、即在沒有“跳出”到虛擬化軟件的情況下以可讀的方式提供給虛擬機，其中，通過虛擬化軟件以中斷控制的方式確保所述信息的更新。該目的的解決方案尤其提供了一種用于為具有至少兩個虛擬運行環境的數據處理設備的至少一個實時操作系統提供至少兩個彼此獨立的時間源的方法和一種用于具有多個處理器核心、通用操作系統和至少一個實時操作系統的數據處理設備的虛擬化軟件。在此，提出一種用于為具有至少兩個虛擬運行環境的數據處理設備的至少一個實時操作系統提供至少兩個彼此獨立的時間源的方法，其中，通用操作系統運行在虛擬的運行環境中的第一個中，并且實時操作系統運行在虛擬運行環境中的第二個中，其中，通過虛擬化軟件來管理虛擬運行環境，并且其中，第一虛擬運行環境分配有第一處理器核心，并且第二虛擬運行環境分配有第二處理器核心。在此，至少一個實時操作系統單獨地分配有第一時間源，其中，數據處理設備具有獨立于第一時間源的第二時間源，其中，第二時間源配置為用于周期性地產生——在中斷控制器中有利地配置為IP1-初始化信號(處理器間中斷一初始化)或者配置為另一要單獨處理的事件的一中斷。在此，具有帶有通用操作系統的虛擬運行環境的第一處理器核心設置成，使得在每次通過第二時間源觸發中斷時，代替第一處理器核心的一例如在初始化信號后的通常的一重新初始化而跳入虛擬化軟件中，其中，通過虛擬化軟件更新至少一個能夠通過實時操作系統讀取的存儲單元的內容，并且其中，實時操作系統將所述存儲單元用作為獨立于第一時間源的時間源，以控制第一時間源。通過所說明的方法可能的是，為實時操作系統復制第二時間源，使得為了更新所述第二時間源不需要中斷具有實時操作系統的虛擬機。此外，該目的的解決方案提出一種用于具有多個處理器核心的數據處理設備的虛擬化軟件，其中，數據處理設備配備有通用的操作系統和至少一個實時操作系統。在此，虛擬化軟件設置成用于對用于運行上述方法的數據處理設備進行配置，其中，虛擬化軟件設置成用于在由第二時間源初始化的中斷后更新用作為獨立的時間源的至少一個存儲單元。通過這樣的虛擬化軟件能夠實現參考上述方法所說明的優點。根據本專利技術的方法的有利的擴展方案在本專利技術中說明。在此說明的特征和優點在意義上也適用于根據本專利技術的虛擬化軟件。所說明的有利的擴展方案能夠單獨的實現，但是或者也能夠相互自由組合地實現。有利的是，使用如下處理器核心的時間戳計數器作為第一時間源，在所述處理器核心上運行有具有實時操作系統的第二虛擬運行環境。所述優點一方面在于，在沒有跳出到虛擬化軟件(hypervisor)的情況下讀取時間戳計數器是可能的。另一方面，為每個處理器核心提供獨有的時間戳計數器，因此在每個關鍵的運行環境能夠單獨地要求至少一個處理器核心的優選的體系結構中得出下述優點:單獨地提供具有實時操作系統的虛擬運行環境的時間戳計數器，而不會受其他運行環境和其他操作系統影響。這特別是當存在具有多個虛擬環境的多個實時操作系統時才是有利的。數據處理設備的實時時鐘模塊有利地用作為第二時間源。這樣的RTC模塊配備有獨立于處理器時鐘的時鐘發生器(石英振蕩器)。在此，通過虛擬化軟件有利地發生RTC模塊相對于第一虛擬運行環境的所謂的“虛擬化”。這意味著，通用的操作系統對RTC模塊或者所述RTC模塊的寄存器的直接訪問由虛擬化軟件阻止或者至少進行控制。由此提高了 本文檔來自技高網...

【技術保護點】
用于為具有至少兩個虛擬運行環境的數據處理設備的至少一個實時操作系統（RTOS1、RTOS2、RTOS3）提供至少兩個彼此獨立的時間源的方法，其中，通用操作系統（GPOS）運行在所述虛擬運行環境中的第一個中，并且所述實時操作系統（RTOS1、RTOS2、RTOS3）運行在所述虛擬運行環境中的第二個中，其中，通過虛擬化軟件（超級監督者）管理所述虛擬運行環境，并且其中，所述第一虛擬運行環境分配有第一處理器核心（CORE0），并且所述第二虛擬運行環境分配有第二處理器核心（CORE1、CORE2、CORE3），其特征在于，所述至少一個實時操作系統（RTOS1、RTOS2、RTOS3）單獨地分配有第一時間源（TSC1、TSC2、TSC3），所述數據處理設備具有獨立于所述第一時間源（TSC1、TSC2、TSC3）的第二時間源（RTC），其中，所述第二時間源（RTC）配置為用于周期性地產生中斷（INT），其中，具有帶有所述通用操作系統（GPOS）的所述虛擬運行環境的所述第一處理器核心（CORE0）設置成，使得在每次通過所述第二時間源（RTC）觸發所述中斷（INT）時跳入所述虛擬化軟件（超級監督者）中，其中，所述虛擬化軟件（超級監督者）更新至少一個能夠通過所述實時操作系統（RTOS1、RTOS2、RTOS3）讀取的存儲單元（AZ1、AZ2、AZ3）的內容，其中，所述實時操作系統（RTOS1、RTOS2、RTOS3）使用所述存儲單元（AZ1、AZ2、AZ3）作為獨立于所述第一時間源（TSC1、TSC2、TSC3）的時間源。...

【技術特征摘要】
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【專利技術屬性】
技術研發人員：奧托·尼塞爾，哈利勒·恰拉爾·于恩韋爾，
申請(專利權)人：西門子公司，
類型：發明
國別省市：