산업용PC: 한 장치에 두 개의 운영체계

많은 기계는 그의 실시간 운영체계 이외에도 또한 데이터를 취합하고 클라우드로 전송하는 것과 같은 작업을 수행하거나 비즈니스 인텔리전스 분석(business intelligence analytics)이나 HMI 어플리케이션을 실행하기 위한 일반 목적의 운영체계도 필요로 한다. 전통적으로 여기에는 두 가지의 별도 하드웨어를 사용하는 것이 필요하였다. 이제 베어 메탈 하이퍼바이저(bare-metal hypervisor)를 이용하여 아무런 성능의 손상 없이 단일 산업용 PC 상에 두 운영 체제를 구현하는 것이 가능하다.

하이퍼바이저는 프로세서를 갖춘 초소형 Automation PC 2200으로부터 i7 프로세서를 갖춘 강력한 Automation PC 910에 이르기까지 B&R의 모든 산업용 PC에서 실행될 수 있다.
하이퍼바이저는 프로세서를 갖춘 초소형 Automation PC 2200으로부터 i7 프로세서를 갖춘 강력한 Automation PC 910에 이르기까지 B&R의 모든 산업용 PC에서 실행될 수 있다.

현대식 컨트롤러와 실시간 운영체계는 극히 높은 성능을 제공하고 다수의 기능을 수행하는 것이 가능하다. 그럼에도 불구하고 별도의 운영체계에서 추가적인 기능과 소프트웨어 어플리케이션을 실행하는 것이 더 유리한 경우가 흔히 있다. “시뮬레이션이나 3D 애니메이션을 위한 특화된 프로그램은 흔히 리눅스나 윈도우 시스템에서 실행됩니다.” Real-Time Systems의 사장인 Gerd Lammers는 설명한다. 웹 어플리케이션도 또한 실시간 시스템보다는 리눅스나 윈도우 환경에서 실행되는 경우가 많다.

보다 낮은 비용
성능에 손상 없이 제어와 추가적인 기능을 위해 별도의 하드웨어를 사용하는 것이 가능하다. “통합 솔루션의 장점은 자명합니다.” Lammers는 설명한다. 보다 빠른 통신과 제어 캐비닛 내의 공간 요건의 감소가 그것이다. 이용 가능한 하드웨어 자원 또한 보다 효율적으로 활용된다. 비용이 절약된다.

다년간에 걸쳐 단일 하드웨어 장치 상에서 복수의 운영체계를 실행하기 위한 솔루션은 가상화(virtualization)였다. “가상화 기술에는 한 가지 단점이 있습니다.” B&R의 자동화 소프트웨어 부장 Manfred Mitterbuchner는 설명한다. “운영체계들이 상호 간섭하는 것입니다. 한 쪽에 크래시(crash)가 발생하면, 다른 쪽에도 문제가 발생합니다. 한 운영체계가 기계나 생산 라인의 제어를 담당하는 경우에, 이것은 심각한 결과를 가져올 수 있습니다. 경우에 따라서는 예상하지 못한 공장 정지, 기계 손상 또는 조작자의 부상까지도 의미할 수 있습니다.”

간섭 배제
그러므로 필요한 것은 두 시스템 사이의 간섭을 방지하는 솔루션이다. “한 시스템 위에서 다른 시스템이 실행되는 호스트 시스템으로는 안 됩니다,” Mitterbuchner는 이렇게 강조한다. “또한 실시간 거동을 보장하는 데 충분한 성능이 필요합니다.” 이것을 달성하는 유일한 방법은 하드웨어가 각 운영체계에 대해 명확하게 할당되어 있는 경우이다. 이것은 베어 메탈 하이퍼바이저(bare-metal hypervisor)라고 알려진 것에 의해 가능해진다. “‘베어 메탈(bare-metal: 나금속(裸金屬)’이라고 불리는 이유는 하나의 운영체계에 묶이지 않고 직접 하드웨어 상에서 실행되기 때문입니다.”

하이퍼바이저 전문 기업인 Real-Time Systems와 협력하여, B&R은 베어 메탈 하이퍼바이저를 자동화 시스템에 통합하였다. 그 결과 현재 동일한 하드웨어 상에서 Automation Runtime과 일반 목적 운영체계를 동시에 실행하는 것이 가능하게 되었다.

RTS 하이퍼바이저는 산업용 PC의 모든 하드웨어 자원을 명약관화하게 할당할 수 있도록 한다.
RTS 하이퍼바이저는 산업용 PC의 모든 하드웨어 자원을 명약관화하게 할당할 수 있도록 한다.

모든 자원을 명확히 할당
“하이퍼바이저는 이용 가능한 모든 자원을 명확히 할당하는 것을 가능하게 합니다.” Mitterbuchner는 강조한다. 프로세서 코어와 RAM 그리고 이더넷 인터페이스뿐만 아니라, USB와 그 밖의 포트들도 특정 운영체계에 명확히 할당될 수 있다. “우리는 또한 이 분야의 인텔의 최신 기술도 지원합니다.” Lammers는 덧붙인다. “캐시 할당 기술(Cache Allocation Technology)을 이용하면, 마지막 레벨의 캐시도 특정 운영체계에 명확히 할당됩니다.” 이것은 모든 운영체계의 안정성을 극대화한다.

용이한 설정
하이퍼바이저의 설정은 극히 간단하다. 사용자는 B&R의 Automation Studio 엔지니어링 환경에서 단순히 하이퍼바이저를 활성화하고 자원을 할당한다. 그러면 셋업 파일이 USB 플래시 드라이브에 저장되고 부팅 메뉴(boot menu)를 통해 목표 시스템에 설치된다. “벌써 하이퍼바이저는 작도 준비가 갖춰진 것입니다.” Mitterbuchner는 말한다.

리눅스와 윈도우의 최신 버전을 일반 목적 운영체계(general purpose operating system: GPOS)로 이용할 수 있다. 과거 병렬 처리(parallelization) 솔루션은 특정 윈도우 버전에 맞춤화되어 있었던 반면에, 하이퍼바이저는 사용되는 운영체계에 대해 완전히 독립적이다. 업데이트, 패치 및 업그레이드의 설치는 용이하고 직선적이다. 점점 더 많은 PC들이 인터넷에 직결됨에 따라 이것은 특히 중요한 기능이 되로 있다.

IIoT를 위한 게이트웨이
“하이퍼바이저는 산업용 컨트롤러를 엣지 장치나 IoT 게이트웨이로 변환하는 데 이상적입니다.” Mitterbuchner는 덧붙인다. 이를 위해 실시간 운영체계(real-time operating system: RTOS)는 데이터를 GPOS 상의 어플리케이션에 전송하는 데 가상 이더넷 인터페이스를 이용한다. 그러므로 데이터는 압축되고 OPC UA를 통해 상위 시스템으로 전송된다. 이들 시스템은 또한 클라우드에 위치할 수 있다.

RTS 하이퍼바이저는 최소한 2개의 프로세서 코어를 갖는 모든 B&R 산업용 PC 상에 실행된다. 사용자의 선택의 폭은 광범위하며 이것은 Intel Atom 프로세서를 갖춘 초소형 PC 2200으로부터 i7 프로세서를 갖춘 강력한 Automation PC 910까지에 이른다. Mitterbuchner는 말한다. “고급 하이퍼바이저 기술과 당사의 넓은 범위의 사업용 PC를 조합하면 사용자들은 어떠한 어플리케이션이든 최적의 솔루션을 얻어낼 수 있습니다.”

Real-Time Systems에 관하여

Real-Time Systems은 실시간 가상화를 전문으로 하며 하이퍼바이저 기술을 적극적으로 전세계에 공급하는 업체이다. 이 회사의 본사는 독일의 라벤스부르크(Ravensburg)에 있고, 2006년에 설립되었으며, 2018년 연초부터 유럽, 미국 및 아시아에 동반자 기업을 두고 있는 congatec AG의 일원이 되었다. 추가 정보에 대해서는 다음 웹사이트를 방문하시오: www.real-time-systems.com

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