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RÉSUMÉ
Les applications d'informatique industrielle ont des problématiques particulières en termes de productivité, de fiabilité et de performances. Linux est aujourd'hui robuste et possède de plus en plus de références dans le monde du temps réel et de l'embarqué. Cet article présente les caractéristiques de Linux, notamment par rapport aux spécificités du temps réel. Un cas d'application vient illustrer cette présentation.
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Lire l’articleAuteur(s)
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Robert JAY : Directeur technique, UXP
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Fathi BOUDRA : Ingénieur applications, UXP
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Matthieu VIAL : Ingénieur applications, UXP
INTRODUCTION
Les notions de temps réel et de communication dans un système d’exploitation sont indispensables pour les applications techniques et industrielles, et nous partageons ici notre expérience quotidienne du système Linux dans le domaine de l’automation, particulièrement exigeant en termes de réactivité, fiabilité et répétabilité.
En effet, les concepteurs de systèmes automatisés de production (SAP) doivent faire face à des contraintes de plus en plus sévères, des exigences de performances en terme de qualité et de productivité, l’utilisation et le suivi des nouvelles technologies tant pour les capteurs et actionneurs qu’au niveau électronique de contrôle-commande, etc., sans parler des progrès énormes des matériaux et de la mécanique.
Nous traitons ici des aspects temps réel et déterministes nécessaires aux applications d’informatique industrielle, communication et automation, en laissant le soin à l’utilisateur d’extrapoler vers d’autres domaines d’application.
Le monde industriel utilise de plus en plus de PC, déclinés sous toutes les formes : bureautique, industriel en « rack », « shoe box », panel PC, etc. Leur facilité de communication et de fonctionnement coopératif en réseau répond aux besoins d’échanges d’informations pour assurer la réactivité de la production. Ils sont donc entrés dans les ateliers en particulier pour superviser et contrôler des machines de production. On leur confie des tâches de plus en plus complexes, et ils supportent même des applications d’automatisme et de commande numérique. Mais, dans ce cas, on exige d’eux des qualités de robustesse, de fiabilité, de sécurité et bien sûr de performance.
Si le matériel répond aujourd’hui à ces critères, il n’en est pas de même pour certains systèmes d’exploitation, développés à l’origine pour des applications bureautiques, donc non critiques. L’utilisateur industriel doit se tourner vers un système d’exploitation répondant à ses exigences, en étant assuré de la pérennité du système, de sa large diffusion et de son évolutivité. C’est le cas du système Linux arrivé à présent à maturité avec un nombre de plus en plus important de références dans les applications critiques et embarquées.
Linux est devenu un système d’exploitation robuste intégrant les fonctionnalités d’Unix avec un choix important d’applications et de logiciels libres associés. La qualité de ces logiciels et leur large diffusion font de Linux un produit économique, offrant une plate-forme informatique supportée qui convient à l’environnement de l’entreprise industrielle. Système stable et fiable, Linux répond aux besoins des applications critiques et temps réel de l’entreprise industrielle, en particulier au niveau de la communication dans l’atelier et du contrôle-commande des systèmes automatisés de production.
Certaines informations font l’objet de travaux soumis à la propriété industrielle, notamment l’application du paragraphe 4. Le lecteur trouvera des compléments d’information en consultant les sites Internet cités dans .
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Caractéristiques de Linux4. Étude d’une application : Alograf
Alograf est un atelier logiciel qui permet le développement, en langage d’automaticien et sur une plate-forme informatique standard, d’applications d’automatismes hautes performances, puis leur chargement et leur exécution sur une machine cible « ouverte » : automate ouvert, calculateur industriel, PC industriel ou carte microdédiée.
Conforme à la norme CEI 61131, Alograf produit directement, à partir d’une description en Grafcet, du code C ou C++ compilé et optimisé, permettant la structuration et la réalisation d’applications d’acquisition et de contrôle-commande temps réel rapides et déterministes.
L’algorithme de traitement du Grafcet « avec recherche de stabilité » (AARS) d’Alograf garantit en effet un comportement déterministe et synchrone de l’automatisme, conformément aux recommandations de la norme CEI 60848. En effet, cet algorithme, associé à un mécanisme d’échantillonnage basé sur les travaux de Shannon, permet à Alograf de respecter les aspects temporels du Grafcet.
Ces caractéristiques permettent ainsi aux applications Alograf de fonctionner en des temps de traitement très courts ; ainsi, par exemple, dès qu’une application d’automatisme exige des temps de traitement inférieurs ou égaux à la milliseconde, Alograf prend le relais des automates traditionnels.
Dans notre étude, nous allons mettre en œuvre une application modèle Alograf sur une machine cible sous Linux. À titre indicatif, elle comporte 20 Grafcets, des E/S locales et avec des accès par IHM (interface homme-machine) sur un port Ethernet.
Le cadencement de l’application est ajusté en fonction du temps d’exécution d’un cycle Grafcet, lui-même dimensionné pour être synchronisé avec la partie opérative. Ainsi, en fonction de l’indicateur de temps de cycle instantané disponible dans l’application Alograf, celle-ci peut être réglée avec le cadencement souhaité.
L’application générée est donc cadencée et synchronisée par rapport à l’horloge temps réel (RTC) de la carte mère.
La RTC est configurable à des fréquences allant de 64 Hz à 8 192 Hz, soit des périodes de 122 µs à 15,6 ms.
De plus, le niveau de priorité de l’application Alograf est paramétré afin de profiter du noyau préemptif de Linux. En fonction de son application, l’utilisateur choisira de privilégier...
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Étude d’une application : Alograf
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Dans les Techniques de l’Ingénieur
SOULEMA (P.) - Système d’exploitation Unix. - H 1 528, traité Technologies logicielles - Architectures des systèmes (1997).
COCQUEBERT (C.) - Système Linux. - H 1 538, traité Technologies logicielles - Architectures des systèmes (2001).
DELACROIX (J.) - MÉNIVAL (C.) - Système temps réel RTLinux. - H 1 568, traité Technologies logicielles - Architectures des systèmes (2002).
AIGRAIN (P.) - Logiciels libres. - H 3 218, traité Technologies logicielles - Architectures des systèmes (2003).
COLOMBARI (G.) - BRARD (P.) - Outil de description des automatismes séquentiels : le GRAFCET. - R 7 250, traité Informatique industrielle (1988).
TRINQUET (Y.) - ELLOY (J.-P.) - Systèmes d’exploitation temps réel. Principes. - R 8 050, traité Informatique industrielle (1999).
TRINQUET (Y.) - ELLOY (J.-P.) - Systèmes d’exploitation temps réel. Exemples d’exécutifs industriels. - R 8 052, traité Informatique industrielle (2000).
COTTET (F.) - DELACROIX (J.) - KAISER (J.) - MAMMERI (Z.) - Ordonnancement temps réel - Ordonnancement centralisé. - S 8 055, traité Informatique industrielle (1999).
COTTET...
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