4. Прошивка и создание программного окружения ПЛК архитектуры x86

Архитектура x86 сравнительно недавно стала позиционироваться как встраиваемая и реальные решения на её основе, в этой области, редко обладают ресурсами (< i386), недостаточными для исполнения полноценной ОС и развитого окружения. По этой причине, а также по причине большей унификации архитектуры, индивидуальная сборка ядра Linux и базовых программ окружения ОС осуществляется достаточно редко, что обычно характерно для архитектуры ARM. Более интересным и практичным для x86, для широкого спектра оборудования, является сборка прошивок со сжатой корневой файловой системой (КФС). Однако по прежнему возможна индивидуальная сборка прошивок с помощью систем сборок вроде "BuildRoot" или "PTXDist", ниже. Также возможна и прямая установка дистрибутива Linux.

4.1. Инструменты и сборка рабочих окружений прошивок со сжатой КФС, на основе дистрибутива ALTLinux

Перед реализацией прошивки ПЛК, данного раздела, ставились следующие требования:

• Компактность. В связи с прямой зависимостью цены на промышленные флеш-диски от их объёма, а также реальным отсутствием необходимости частого обновления, образ прошивки нужно упаковывать, достигнув уровня компактности 8-50Мб на среду исполнения ПЛК в окружении полноценной ОС.
• Унифицированный исходный репозиторий. Поскольку прошивка не является чем-то немодифицируемым, нерасширяемым и окончательно фиксированным, то в её основе должен лежать реальный, развивающийся-сопровождающийся, репозиторий пакетов ОС. Это позволит продолжительное время формировать обновления и расширения, не поддерживая при этом опосредованный репозиторий.
• Отлаженная и простая процедура сборки. Учитывая тот факт, что конфигурация прошивки может некоторое время стабилизироваться, кроме того в компонентах ОС и OpenSCADA будут обнаруживаться и устраняться ошибки, то процедура сборки прошивки не должна быть обременительна, а напротив — легко адаптируемой.
• Прозрачная реализация режима записи в дереве ОС. Хотя прошивка и подразумевает создание упакованного немодифицируемого образа прошивки, специфика работы среды исполнения ПЛК подразумевает модификацию БД и ведение архивов. Кроме того, наличие возможности коррекции исходной конфигурации является важным требованием.
• Надёжность и устойчивость к внезапным выключениям. Спецификой эксплуатации ПЛК является, как правило, отсутствие возможности корректного выключения, а также практическая реальность ситуаций мгновенного и непредсказуемого пропадания питания. ПЛК в таких ситуациях должен сохранять работоспособность, в смысле содержать журналлируемую ФС и обеспечивать её проверку и автоматическое устранение ошибок.
• Условное разделение конфигурации ПЛК на два типа:
  • ПЛК без локального дисплея, возможно с простым текстовым табло.
  • Touch-панели c функцией ПЛК.

Учитывая вышеприведенные требования для создания прошивки был выбран инструмент создания дистрибутивов mkimage ALTLinux. mkimage — инструмент для сборки по шаблону образов основанной на Sisyphus системы. В качестве исходного набора шаблонов был взят набор шаблонов формирования дистрибутивов ALTLinux по адресу git://git.altlinux.org/people/boyarsh/packages/mkimage-profiles-desktop командой:
git clone git://git.altlinux.org/people/boyarsh/packages/mkimage-profiles-desktop
За основу формирования ПЛК-шаблона был взят стандартный "rescue", как наиболее компактный и близкий к целевой задаче ПЛК.

Первичная сборка осуществлялась на основе пакетной базы дистрибутива ALTLinux 5.1, где присутствует ядро реального времени от XENOMAI. Для получения ряда специфических пакетов нужно подключить репозиторий "ALTLinux 5.1" от проекта OpenSCADA:

4.1.1. Сборка

В первую очередь создавалась конфигурация ПЛК без локального дисплея, в виду наличия оборудования такого типа и отсутствия оборудования для Touch-панелей.

Новый шаблон ПЛК был назван "plc" и тестировался на платах формфактора PC/104 MOPSlcdLX фирмы Kontron, ATH400-128 фирмы Diamond Systems и модульного ПЛК LP-8781 фирмы ICP DAS. Архив результирующего дерева mkimage с шаблоном "plc" можно загрузить здесь ftp://ftp.oscada.org/OpenSCADA/PLC (шаблоны и материалы отдельных контроллеров размещены в собственных директориях).

Ключевым моментом конфигурации нового шаблона стало написание скрипта инициализации (rc.sysinit), скрипта после-инсталляционной конфигурации образа прошивки и перечня пакетов в образе прошивки. Первый скрипт оформлен в виде пакета "startup-plc". Второй скрипт вложен в шаблоне "plc" по пути: "profiles/plс/image-scripts.d/01system". Перечень пакетов вложен в шаблоне "plc" по пути: "profiles/pkg/lists/plс.in".

Процедура создания прошивки из шаблона следующая:
# Создание скрипта конфигурации "configure" $ ./autoconf # Конфигурация сборщика для генерации образов дисков $ ./configure --with-imagetype=flash # Сборка образа $ make plc.cd

В результате получаем выходную директорию в "profiles/out/" вида:
syslinux/ # директория загрузчика syslinux alt0/ # файлы загрузчика full.cz # образ системы первичной инициализации vmlinuz # ядро ОС Linux syslinux.cfg # конфигурационный файл загрузчика plс # образ упакованной корневой файловой системы с ОС, OpenSCADA и другими утилитами

4.1.2. Инсталляция

Загружать прошивку можно на: USB-flash, HDD и SSD. Однако в случае с USB-flash может быть проблема с ожиданием инициализации USB-подсистемы и нужно будет немного "побегать" по диалогам загрузчика.

Файловая система может быть FAT или EXT2/3. В случае с EXT3 монтирование корня производится как EXT2, из-за проблем в инициализаторе. В случае с EXT2/3 нужно будет использовать не загрузчик syslinux, а extlinux, конфигурация которого впрочем почти ничем не отличается.

Далее монтируем носитель и размещаем на нём файлы из выходной директории, следующим образом.
В случае с FAT и syslinux:
syslinux/ # директория загрузчика "syslinux" alt0/ # файлы загрузчика full.cz # образ системы первичной инициализации vmlinuz # ядро ОС Linux syslinux.cfg # конфигурационный файл загрузчика plс # образ упакованной корневой файловой системы с ОС, OpenSCADA и другими утилитами work # файловая система ext3 с рабочими данными
В случае с EXT2/3 и extlinux:
extlinux/ # директория загрузчика "extlinux" (переименовать "syslinux") alt0/ # файлы загрузчика full.cz # образ системы первичной инициализации vmlinuz # ядро ОС Linux extlinux.conf # конфигурационный файл загрузчика (переименовать syslinux.cfg) plс # образ упакованной корневой файловой системы с ОС, OpenSCADA и другими утилитами work # файловая система EXT3 с рабочими данными

Для обеспечения надёжного функционирования рабочие данные размещаются в файле "work" с файловой системой EXT3. Файловая система этого файла проверяется на целостность при инициализации. Создаётся этот файл следующим образом:
# Создание файла рабочих данных на 200Мб dd if=/dev/zero of=./work bs=1024 count=204800 # Создание файловой системы EXT3 в файле mkfs.ext3 -m 0 work

В случае с файловой системой EXT2/3 на целевом диске можно файл "work" не создавать. Тогда рабочие данные будут размещаться в директории root целевого диска.

Это ненадёжное решение, поскольку корневая файловая система целевого диска становится нестатичной, а проверять её нет возможности, ввиду раннего монтирования в "ro" и потенциальной ненадёжности проверки ФС, смонтированной в "ro", а так же невозможности перемонтировать как EXT3.

Следующим этапом является конфигурация и инициализация загрузчика. Для конфигурации загрузчика нужно отредактировать файл "syslinux/syslinux.cfg" или "extlinux/extlinux.conf" следующим образом:
default plc prompt 1 timeout 200 implicit 1 label plc kernel alt0/vmlinuz # Использовать в случае идентификации загружаемого раздела по метке append initrd=alt0/full.cz live lowmem fastboot stagename=plc showopts automatic=method:disk,label:PLC # Использовать в случае идентификации загружаемого раздела по идентификатору # append initrd=alt0/full.cz live lowmem fastboot stagename=plc showopts automatic=method:disk,uuid:4824-271E

В случае выбора идентификации загружаемого раздела по индивидуальному идентификатору, узнать его для нашего раздела можно командой: blkid.

В случае с меткой эта задача чуть сложнее поскольку делается она для разных файловых систем по разному.

Для файловых систем EXT2/3 это делается утилитой e2label. Например, так: $ e2label /dev/sdb1 PLС

Для файловой системы FAT это делается набором утилит из комплекта mtools или с помощью parted, что проще. С помощью mtools это делается следующим образом:
# Редактируем /etc/mtools.conf на предмет добавления строки: drive c: file="/dev/sdb1" # Где /dev/sdb1 загрузочный раздел целевого диска # Устанавливаем метку раздела $ mlabel c:PLС

Теперь можем инициализировать загрузчик:
# Для "syslinux" $ syslinux /dev/sdb1 #предварительно раздел нужно размонтировать # Для "extlinux" (путь указывает на точку монтирования раздела целевого диска /media/PLС) $ extlinux --install /media/PLС/extlinux

На этом с загрузкой и инициализацией прошивки всё. Если полученный диск не грузится то:

• Отсутствует флаг "Загрузочный" на рабочем разделе.
• Некорректен или повреждён "MBR". Проверить и восстановить его можно с помощью утилиты "ms-sys": $ ms-sys -s /dev/sdb.
• Разделы носителя созданы помощью parted. Данная утилита странным образом выравнивает разделы, что не позволяет загружаться из них, на USB-flash. Нужно носитель переразметить с помощью fdisk.
• Загрузка также может не работать на старых системах, которые не умеют грузится с USB-HDD. Для них нужно будет адаптировать геометрию диска, подстраивая под USB-ZIP или что нибудь подобное.

4.1.3. Результат

В результате получаем прошивку размером от 30 до 100Мб, удовлетворяющую фактически всем заявленным требованиям и обеспечивающую:

• Загрузку в течении 27 секунд от включения контроллера и включая инициализацию BIOS.
• Проверку и восстановление рабочей файловой системы в файле "work".
• Хранение пользовательских данных и изменений прошивки в файле "work".
• Автоматическую настройку сети по DHCP (или 192.168.0.1).
• Доступ к контроллеру по SSH и удобный интерфейс работы, включая mc. Пароли по умолчанию (root:123456; admin:123456).
• Синхронизацию времени посредством NTP.
• Исполнение OpenSCADA с доступными сетевыми интерфейсами:
  • конфигурация и среда исполнения через WEB (порты: 10002 и 10004);
  • интерфейс управления OpenSCADA (порт 10005).

4.1.4. OpenSCADA

В качестве среды исполнения ПЛК используем систему OpenSCADA. Для данного случая возьмём сборку с отдельными пакетами на каждый модуль и укажем для установки виртуальный пакет "openscada-plc", который содержит зависимости на все пакеты OpenSCADA, обычно используемые для данной конфигурации. Пакет графической библиотеки GD2 был пересобран без поддержки формата графического файла "xpm" и получил название "libgd2-noxpm". Пересборка делалось для того чтобы исключить тяжелые зависимости на библиотеки графического интерфейса XOrg.

В результате получилась среда исполнения ПЛК с поддержкой:

• БД:
  • SQLite.
• Транспорты:
  • последовательные интерфейсы;
  • TCP, UDP и UNIX сокеты;
  • безопасный слой сокетов (SSL).
• Транспортные протоколы:
  • HTTP;
  • собственный протокол контроля OpenSCADA;
  • пользовательский протокол.
• Источник данных:
  • вычислитель на Java-подобном языке высокого уровня;
  • вычислитель функциональных блоков;
  • контроллеры логического уровня;
  • различные ПЛК по протоколу ModBus (RTU,ASCII,TCP);
  • данные ОС;
  • оборудование "ICP DAS", для контроллеров LP8x81.
• Архивирование:
  • на файловую систему.
• Пользовательский интерфейс:
  • движок среды визуализации и управления (СВУ);
  • визуализатор СВУ на основе Web-технологий;
  • конфигуратор OpenSCADA на основе Web-технологий.

Конфигурация OpenSCADA запускается в режиме демона, в локали "en_US.UTF-8" (ещё доступны локали "ru_RU.UTF-8" и "uk_UA.UTF-8"), с использованием локальной БД SQLite, предоставляя по умолчанию сетевые сервисы:

• конфигурация и среда исполнения через Web (порты: 10002 и 10004);
• интерфейс управления OpenSCADA (порт: 10005).

4.1.5. Детали реализации

В этом разделе рассмотрим детали дерева ОС прошивки, скрипт инициализации "rc.sysinit.plc" и скрипт подготовки дерева ОС прошивки.

Для построения прошивки ПЛК использовался следующий перечень пакетов:
interactivesystem ### Startup kernel-image-@KERNEL@ rootfiles startup startup-plc SysVinit hwclock ### Common coreutils glibc-locales glibc-nss glibc-utils glibc-timezones sysfsutils sysklogd util-linux schedutils ### Disk utils hdparm ### Applications binutils pciutils procps shadow-suite ### Applications/Archiving gzip ### Applications/File less ### Filesystem utils e2fsprogs ### Applications/Networking etcnet iputils mailx openssh-server dhcpcd ntpd ### Applications/Shells bash mc udev dbus hal libgd2-noxpm fonts-ttf-liberation lm_sensors nut nut-driver nut-server watchdog ### OpenSCADA Console #openscada-plc ## OpenSCADA GUI openscada-visStation autologin icewm wm-select xorg-x11-server #xorg-drv-geode xorg-x11-utils fonts-ttf-dejavu fonts-bitmap-terminus

Перечень модулей ядра Linux, стадии предварительной инициализации, с целью уменьшения размера образа инициализации был уменьшен до списка:
loop.ko mtouch.ko pcmcia_core.ko rsrc_nonstatic.ko yenta_socket.ko scsi_mod.ko libusual.ko ide-disk.ko ide-core.ko sd_mod.ko usbcore.ko ehci-hcd.ko ohci-hcd.ko uhci-hcd.ko appletouch.ko usbhid.ko usbtest.ko usb-storage.ko mbcache.ko jbd.ko ext2.ko ext3.ko fat.ko nls_base.ko nls_cp866.ko nls_koi8-r.ko nls_utf8.ko zlib_inflate.ko squashfs.ko unionfs.ko vfat.ko pata_cs5536.ko amd74xx.ko

В скрипте подготовки дерева были добавлены функции:

• смена наименования дистрибутива;
• подмена скрипта инициализации на "inittab.plc";
• создание пользователя-администратора "admin" и установка паролей по умолчанию в "123456" для пользователей "root" и "admin";
• инициализация "/etc/fstab";
• установка локали в "en_US.UTF-8";
• конфигурация сети;
• установка часов и зоны в "/usr/share/zoneinfo/Europe/Kiev", для смены нужно заменить файл "/etc/localtime" в нужную зону;
• включение нужных сервисов;
• удаление: документации, страниц помощи и информации, иконок, RPM-БД и кеша APT;
• удаление ненужных локалей и переводов, оставлены: en_US, uk_UA и ru_RU;
• отбор только используемых модулей ядра и удаление всех остальных; по умолчанию отключен и может включаться для подготовки финальной прошивки под конкретное оборудование;
• удаление директории с ядром (/boot), в связи с выносом его в корень загрузочного раздела.

Скрипт инициализации (rc.sysinit.plc) был наделён функциями:

• перемонтирование корневого раздела в режим RW;
• проверка и подключение файловой системы (/image/root) рабочих данных пользователя (файл "work");
• отражение модифицируемых директорий дерева ПЛК (/etc, /var, /root, /home, /mnt и /lib) на файловую систему с рабочими данными пользователя (/image/root) посредством файловой системы "aufs" или "unionfs".

В результате этих мероприятий таблица монтирования конечного дерева ПЛК приняла вид:
[root@localhost ~]# cat /etc/mtab rootfs / rootfs rw 0 0 udev /dev tmpfs rw,size=10240k,mode=755 0 0 /dev/hda1 /image vfat rw,fmask=0022,dmask=0022,codepage=cp866,iocharset=utf8,check=r 0 0 /dev/loop0 / squashfs ro 0 0 /proc /proc proc rw 0 0 sysfs /sys sysfs rw 0 0 tmpfs /tmp tmpfs rw 0 0 /dev/loop1 /image/root ext3 rw,noatime,nodiratime,errors=continue,data=ordered 0 0 /image/root/etc /etc unionfs rw,dirs=/image/root/etc=rw:/etc=ro 0 0 /image/root/var /var unionfs rw,dirs=/image/root/var=rw:/var=ro 0 0 /image/root/root /root unionfs rw,dirs=/image/root/root=rw:/root=ro 0 0 /image/root/home /home unionfs rw,dirs=/image/root/home=rw:/home=ro 0 0 /image/root/mnt /mnt unionfs rw,dirs=/image/root/mnt=rw:/mnt=ro 0 0 /image/root/lib /lib unionfs rw,dirs=/image/root/lib=rw:/lib=ro 0 0 devpts /dev/pts devpts rw,nosuid,noexec,gid=5,mode=620 0 0 shmfs /dev/shm tmpfs rw,nosuid 0 0

4.1.6. Настройка графического интерфейса

Один из вариантов прошивки собирается с графическим интерфейсом, который, однако, нужно настроить для получения автоматического запуска со средой визуализации OpenSCADA. Кроме того нужно отметить, что прошивка с графическим интерфейсом не содержит всех драйверов и может потребоваться её пересборка под нужное оборудование.

После загрузки и входа в консоль нужно сконфигурировать XServer, автоматический графический вход, запуск графического окружения и автоматический запуск OpenSCADA из окружения IceWM:
# Загрузка шаблона конфигурационного файла XOrg ftp://ftp.oscada.org/OpenSCADA/PLC/xorg.conf, # помещение его в директорию /etc/X11 # !! Редактирование файла /etc/X11/xorg.conf под собственные нужды. # Добавление переключения раскладок клавиатуры: Английская, Украинская, Российская $ echo "-option grp:lctrl_lshift_toggle -variant ,winkeys,winkeys -layout us,ru,ua -model pc104" > /etc/X11/xinit/Xkbmap # Пробный запуск $ startx # Конфигурация автоматического графического входа путём создания файла /etc/sysconfig/autologin с содержимым: $ echo "AUTOLOGIN=yes" > /etc/sysconfig/autologin $ echo "USER=admin" >> /etc/sysconfig/autologin $ echo "EXEC=/usr/bin/startx" >> /etc/sysconfig/autologin # Включение запуска графической подсистемы при загрузке $ chkconfig dm on # Запуск графической подсистемы $ service dm start # !! Дальнейшие действия осуществляем в терминале из графического окружения # Создание конфигурационного файла автоматического запуска OpenSCADA из окружения IceWM $ mkdir ~/.icewm $ echo "#!/bin/sh" > ~/.icewm/startup $ echo "xset -dpms; xset s off" >> ~/.icewm/startup $ echo "/usr/bin/openscada_start" >> ~/.icewm/startup

4.1.7. Пакетная база ALTLinux T6

Следующим этапом в создании прошивок стал переход на пакетную базу дистрибутива ALTLinux T6. В целом процедура создания прошивки была сохрана, с рядом изменений, но при этом были добавлены некоторые улучшения и расширения:

• Использована новая функция "propagator" (система предварительной инициализации оборудования, поиска и загрузки образов ФС) поиска/создания раздела EXT2/3/4 с меткой "alt-live-storage" для формирования модифицирующегося корневого раздела "root". Эта функция предоставляет полноценную возможность установки дополнительных пакетов прямо из репозитория дистрибутива, а также обновления упакованных в прошивку пакетов, исключая ядро и ряд системных сервисов.
• Добавлена возможность создания прошивки в виде комбинированного ISO-образа, который можно (кроме записи на CD/DVD) прямо, с помощью утилиты dd, записать на USB-flash, HDD, SSD и получить рабочее окружение с разделом "alt-live-storage", отражения "root", на свободное место носителя.
• Для возможности сборки новых прошивок под "LP-8x81" от ICP DAS был осуществлён перенос ядра реального времени "rt-up" из репозитория "ALTLinux 5.1" в "ALTLinux T6". Ядро "rt-up" успешно адаптировано и получена рабочая прошивка на пакетной базе "T6" для "LP-8x81".

Поскольку появилась возможность легко доустанавливать нужные пакеты прямо из репозитория то отпала необходимость в отдельной сборке прошивок с GUI. Т.е. можно легко доустановить нужный оконный менеджер (WM) или окружение рабочего стола с необходимыми драйверами, чем создавать отдельную прошивку с ограниченным перечнем драйверов.

Скрипт "startup-plc" оказался ненужен в новых прошивках поскольку перемонтирование на запись корневой ФС "root" осуществляется ранее, на стадии первичной инициализации. Скрипт "profiles/plс/image-scripts.d/01system" переименован в "profiles/plс/image-scripts.d/init1-PLC", несколько изменён и расширен. Перечень пакетов прошивки остался в "profiles/pkg/lists/plс.in" и несколько изменён.

Для получения ряда специфических пакетов нужно подключить репозиторий "ALTLinux T6" от проекта OpenSCADA:

Процедура создания прошивки из шаблона фактически не изменилась:

Содержимое выходной директории с образом и установка прошивки на файловую систему FAT и EXT2/3/4 отличается только переименованием файла архива ФС с "plc" в "live". Установка ISO-образа на USB-flash, HDD, SSD выполняется командой dd:

Вместо файла "work" нужно создать раздел EXT3 с меткой "alt-live-storage", если это не ISO-образ. Создавать новый раздел можно с помощью fdisk, если FAT раздел был создан не на всём доступном пространстве диска, или с помощью parted, где раздел FAT можно уменьшить. За деталями создания раздела отошлём к документации на fdisk или parted.

Конфигурация файлов "syslinux/syslinux.cfg" и "extlinux/extlinux.conf" не изменилась, кроме смены имени архива ФС с "plc" на "live".

В результате получаем прошивку размером от обеспечивающую:

• Загрузку в течении 25 секунд от включения контроллера, включая инициализацию BIOS.
• Проверку и восстановление журнала рабочей файловой системы "root" в "alt-live-storage".
• Хранение пользовательских данных и изменений прошивки, а также новых и обновленных пакетов программ, в разделе "alt-live-storage".
• Автоматическую настройку сети по DHCP (или 192.168.0.1), для первого интерфейса.
• Доступ к контроллеру по SSH и удобный интерфейс работы, включая mc. Пароли отсутствуют, а пользователь "root" имеет доступ для подключения по SSH.
• Синхронизацию времени посредством NTP.
• Исполнение OpenSCADA с доступом посредством сетевых интерфейсов:
  • конфигурация и среда исполнения через Web (порты: 10002 и 10004);
  • интерфейс управления OpenSCADA (порт 10005).

Для построения прошивки ПЛК использовался следующий перечень пакетов:
# INIT 3 # acl usbutils screen acpid acpi anacron vim-minimal mc sound-scripts alsa-utils apt udev udev-initramfs dbus schedutils pciutils setserial lm_sensors3 rsync interactivesystem su system-report mtools netcat strace binutils syslogd glibc-utils glibc-gconv-modules glibc-nss glibc-timezones glibc-locales shadow-utils keyutils lsof sudo # INIT3: BLOCK DEVICES # hdparm fdisk ms-sys syslinux dosfstools e2fsprogs #network etcnet dhcpcd xinetd iftop lftp wget iptables ntp ntpd ntpdate tcpdump multipath-tools openssh-clients openssh-server ppp-pppoe #### LP kernel-modules-icp-@KERNEL_MOD@ #### Console OpenSCADA libgd2-noxpm openscada-plc openscada-DAQ.DiamondBoards openscada-DAQ.ICP_DAS openscada-DAQ.Comedi

Перечень модулей ядра Linux, стадии предварительной инициализации, был несколько изменён и составил:
loop.ko mtouch.ko pcmcia_core.ko rsrc_nonstatic.ko yenta_socket.ko scsi_mod.ko libusual.ko ide-disk.ko ide-core.ko ide-gd_mod.ko sd_mod.ko usbcore.ko ehci-hcd.ko ohci-hcd.ko uhci-hcd.ko appletouch.ko usbhid.ko usbtest.ko usb-storage.ko mbcache.ko jbd.ko ext2.ko ext3.ko fat.ko nls_base.ko nls_cp866.ko nls_koi8-r.ko nls_utf8.ko zlib_inflate.ko squashfs.ko unionfs.ko aufs.ko vfat.ko pata_via.ko pata_cs5536.ko amd74xx.ko

Скрипт подготовки дерева "profiles/plс/image-scripts.d/init1-PLC" выполняет функции:

• смена наименования дистрибутива;
• открытие входа от "root" через SSH, без пароля;
• установка локали в "en_US.UTF-8";
• конфигурация сети для использования DHCP или установки "192.168.0.1" для первого интерфейса;
• установка часов и зоны в "/usr/share/zoneinfo/Europe/Kiev", для смены нужно заменить файл "/etc/localtime" в нужную зону;
• включение нужных сервисов;
• удаление: документации, страниц помощи и информации, иконок;
• удаление ненужных локалей и переводов, оставлены en_US, uk_UA и ru_RU;
• отбор только используемых модулей ядра и удаление всех остальных; по умолчанию отключен и может включаться для подготовки финальной прошивки под конкретное оборудование; унифицирован для указания модулей по группам подсистем ядра и специфичным для оборудования;
• удаление директории с ядром (/boot), в связи с выносом его в корень загрузочного раздела.

4.1.8. Ядро реального времени

Для ряда задач ПЛК важным, часто и критическим, критерием окружения является его уровень обеспечения реального времени (RealTime), т.е. возможность работы задач согласно приоритетам реального времени и обеспечение реакции на события согласно этим приоритетам.

Ядро Linux само по себе предоставляет POSIX политики планирования в реальном времени "SCHED_FIFO" и "SCHED_RR" с диапазоном приоритетов (0...100). Однако важный критерий "Частота таймера и время реакции на него" до версий ядер Linux 2.6.24 были очень низки, по меркам систем реального времени. В современных ядрах Linux (> 2.6.24) обеспечена поддержка таймеров высокого разрешения (HPET), что уменьшило время реакции на таймер до уровня 100 микросекунд, однако стабильность этого времени реакции не обеспечена. Для обеспечения стабильности реакции на таймер на уровне 60 микросекунд, а также ряда других критериев реального времени, на данный момент, нужно ядро собирать с одним из расширений реального времени.

В дистрибутивах ALTLinux замечено ядро 2.6.29-rt-up, которое собрано с расширением реального времени XENOMAI. В других дистрибутивах, например OpenSuSE замечены даже продукты с такими расширениями.

На данный момент более высокие показатели реального времени обеспечивает расширение The Real Time Preempt Patch, при включении полной поддержки (CONFIG_PREEMPT_RT), процесс сборки и результаты работы Linux ядер с которым будут отслеживаться в этом разделе.

Для тестирования уровня реального времени тех или иных ядер будем пользоваться утилитой "Cyclictest", типовая строка вызова и аргументы будут такимим: "$ cyclictest -t1 -c1 -p 80 -n -i 200 -l 100000". Где:

• -t1 — один поток тестирования;
• -с1 — использовать часы реального времени CLOCK_REALTIME;
• -p 80 — приоритет потока тестирования;
• -n — использовать функцию "clock_nanosleep";
• -i 200 — интервал вызова потока тестирования: 200 мкс, как близкий к среденему значению 50 мкс;
• -l 100000 — количество итераций тестирования.

Пара измерений для ядер Linux общего назначения:

• Стандартное ядро дистрибутива ALTLinux T6 (3.0.79-std-def, LP8781):
  • нагрузка 0%: Avg: 37 us; Max: 152 us
  • нагрузка 100%: Avg: 37 us; Max: 191 us
• Ядро дистрибутива ALTLinux T6 (3.4.45-un-def, LP8781):
  • нагрузка 0%: Avg: 53 us; Max: 217 us
  • нагрузка 100%: Avg: 40 us; Max: 183 us

4.1.8.1. kernel-image-rt-up-2.6.29

Данное ядро содержится в дистрибутиве ALTLinux 5.1, а также перенесено в локальный репозиторий проекта OpenSCADA, для ALTLinux T6. Это ядро собрано с расширением XENOMAI и AUFS, что позволяет использовать его в прошивках с упакованной КФС, что и сделано для ПЛК LP-8x81.

Результаты тестов этого ядра:

• LP8781 (XENOMAI)
  • нагрузка 0%: Avg: 26 us; Max: 136 us (замечены сбросы до 1 мс, похоже из-за нестабильности источника часов "tsc", причем "acpi_pm" тут ещё хуже)
  • нагрузка 100%: Avg: 24 us; Max: 3655 us
• LP8781 (CONFIG_PREEMPT_NONE)
  • нагрузка 0%: Avg: 29 us; Max: 71 us
  • нагрузка 100%: Avg: 28 us; Max: 117 us (замечено соскальзывание на непрерывное нарастание)
• LP8781 (CONFIG_PREEMPT_RT)
  • нагрузка 0%: Avg: 29 us; Max: 64 us
  • нагрузка 100%: Avg: 29 us; Max: 82 us
• AMD Turion Neo X2 L625 (CONFIG_PREEMPT_RT)
  • нагрузка 0%: Avg: 57 us; Max: 74 us
  • нагрузка 100%: Avg: 57 us; Max: 78 us

Как видно из результатов теста, патч XENOMAI не обеспечивает достойного уровня реального времени при использовании стандартных механизмов планирования реального времени POSIX, в то время как ядра версии 3 даже без наличия особый расширений реального времени обеспечивают заметно лучший результат.

Необходимость сборки именно этого ядра с патчем/параметром CONFIG_PREEMPT_RT стоит по причине наличия ряда бинарных модулей от ICP_DAS, для "LP8x81". Также стоит вопрос сборки ядра 2.6.33 по той-же причине, но для "LP8x81 Atom". Предварительные сборки ядер 2.6.29 и 2.6.33 выявили ряд проблем, которые будут тут описаны. Рассматривается также вариант сборки современного ядра с CONFIG_PREEMPT_RT, а затем запрос на сборку бинарных модулей у "ICP DAS".

Процесс сборки и тестирования:

1. Патчи CONFIG_PREEMPT_RT и AUFS времён 2.6.29 конфликтуют на функции "debug_mutex_set_owner()", в CONFIG_PREEMPT_RT удалена — заменена на "mutex_set_owner()".
2. При сборке выявлен ряд проблем с "# typedef void irqreturn_t;" — заменено на "#include <linux/irqreturn.h>".
3. Первый запуск с CONFIG_PREEMPT_RT, но без AUFS, прошёл успешно — результат выше.
4. Запуск с AUFS выявил проблему выделения памяти AUFS в "aufs_mmap()" — рабочий код AUFS взят целиком из предыдущей сборки "rt-up-2.6.29.alt2".
5. Запуск с AUFS выявил проблему зависание на корне ФС в AUFS, похоже из-за возможности зацикливания/блокирования RT-задачи — установлено CONFIG_PREEMPT_NONE, на LP8781 и "AMD Turion" проблем не выявлено (возможно эта проблема из-за отсутствия HPET на PLX8).
6. На первый взгляд ядро работает нормально, но замечено соскальзывание на непрерывное нарастание времени запаздывания.
7. Выполнена адаптация ядра для бинарной совместимости с модулями "slot" и "icp" от ICP_DAS. Модуль "8250_linpac" падает при загрузке, а "icpdas_8250" имеет множество неразрешённых символов — нужно эти модули пересобирать или пробовать интерфейсы > COM2 инициализировать через setserial — модули пересобраны, спасибо Golden Wang (тех. поддержка ICPDAS).
8. Новое ядро установлено под высокую нагрузку, конфигурацией проекта САУ шаровых барабанных мельниц:
   • Сбой сети с драйвером "via_rhine", после 4 суток работы — сбой ожидаем, собран драйвер "rhinefet", испытание продолжено.
   • На драйвере "rhinefet" система под нагрузкой проработала три недели. Однако замечено, что прерывание 11, на котором висит почти всё стандартное оборудование (USB, Ethernet и может ещё чего), отключается и сеть работает в режиме "Pool", что медленнее. Возможно отключение этого прерывания происходит и с "via_rhine", а он не может работать в режиме "Pool", почему и пакеты в/из сети не ходят. Проблема связана со сбоем и генераций необработанных прерываний одним из оборудования на прерывании 11.
   • Исправлено исключением отключения прерываний с помощью параметра ядра Linux "noirqdebug".
   • Адаптация успешно завершена и прошивки на основе этого ядра готовы к промышленной эксплуатации!
   • 01.03.2015: Вместо функции EnableWDT() использовано EnableSysWDT(), в виду ограничения до 30 секунд и циклических перегрузок если не загружается за 30 секунд (до трёх перегрузок).
   • 17.03.2015: При участии службы поддержки ICP_DAS исправлена проблема драйвера последовательных интерфейсов более COM2, приводящая к "замораживанию" ядра Linux (похоже в виду блокирования прерываний) после закрытия одного порта и активности на хотя-бы одном другом.
   • 29.07.2015: Обнаружена ещё одна проблема с сетью с похожими симптомами отключения прерывания 11, но: прерывание 11 не отключается и все остальные устройства на нём работают, воспроизводится только на конфигурациях с использованием обоих интерфейсов сети, причём возможно "затормаживание" только одного из них. Проблема решается только перегрузкой "заторможенного" сетевого интерфейса, командой: ifdown eth0; ifup eth0. Для обнаружения и перезапуска рекомендуется на уровне OpenSCADA добавлять контроль трафика и непосредственную перегрузку интерфейса по его отсутствию.
   • 21.11.2016: Драйвер "rhinefet" адаптирован на предмет предотвращения блокирования прерываний и выключения вектора прерываний поскольку режим SHARE используется. На данный момент драйвер работает однако 19.12.2016 также было замечено замедление сети с двумя этими адаптерами после более двух недель работы.
   Т.е. это оборудование сломано для работы двух адаптеров и в этом ПЛК вы можете использовать только один, для стабильной работы!

Полученное ядро, переименовано в "kernel-image-rt1-up-2.6.29.alt1", можно использовать для PLC с HPET или таймером высокого разрешения, а также в "LP-8x81" и "LP-8x81 Atom" (только одно ядро)!

4.1.8.2. kernel-image-rt-up-2.6.33

Сборка ядра версии 2.6.33 нужна для контроллеров фирмы "ICP DAS" LP-8x81 и LP-8x81 Atom по причине наличия именно для него, с патчем CONFIG_PREEMPT_RT, бинарных драйверов "ICP DAS", для LP-8x81 Atom.

Результаты тестов этого ядра:

• AMD Turion Neo X2 L625
  • нагрузка 0%: Avg: 65 us; Max: 86 us
  • нагрузка 100%: Avg: 57 us; Max: 72 us
• LP8781
  • нагрузка 0%: Avg: 37 us; Max: 88 us
  • нагрузка 100%: Avg: 34 us; Max: 108 us
• LP8781-Atom (оригинальная сборка ядра 2.6.33.7-rt29-ICPDAS)
  • нагрузка 0%: Avg: 17 us; Max: 50 us
  • нагрузка 100%: Avg: 12 us; Max: 32 us

Процесс сборки и тестирования:

1. Сборка ядра из исходников "ICP DAS" (2.6.33.7) и конфигурацией, наследованной с ядра 2.6.29 (исходные тексты содержат подозрительно много *.rej файлов, а также "staging/comedi" несобираемый) — грузится и в целом работает; модули "ipic" и "slot" грузятся; модуль "8250_linpac" падает в функции "platform_device_add"; ряд программ зависает на операциях с ФС, с сообщением: "task openscada:2153 blocked for more than 120 seconds".
2. Замена AUFS на версию из 2.6.29-rt1 — падает в rtmutex прямо на загрузке; замена на официальную из git показала тот-же результат, исходно использован патч "aufs+sqfs4lzma-2.6.33.patch" от DLink.
3. Сборка оригинального ядра с патчами CONFIG_PREEMPT и AUFS — проблема снова с AUFS, но теперь он "/sbin/mingetty" в конце найти не может.
4. Сборка оригинального 2.6.33.9 ядра с патчами CONFIG_PREEMPT и AUFS — проблемы те-же.
5. Сборка из исходников "ICP DAS" (2.6.33.7) для SMP — модуль OpenSCADA DAQ.JavaLikeCalc падает по непонятной причине.
6. Сборка оригинального ядра с патчами CONFIG_PREEMPT и AUFS для SMP — та-же проблема, что и без SMP, разве только не сразу, а на примерно пятом потоке.

На данный момент ядро 2.6.33 в связке с CONFIG_PREEMPT_RT и AUFS нерабочее. Следовательно если нужна будет работа на "LP-8x81 Atom" то рекомендуется использовать исходное Linux окружение, собрав и установив OpenSCADA туда.

4.2. Diamond Systems ATH400, DMM32

Платы от "Diamond Systems" стали первыми на который тестировалась и стабилизировалась OpenSCADA. Первой платой стал одноплатный компьютер ATH400 формфактора PC/104, представлена на рисунке ниже. На этом компьютере окружение ОС, по началу, устанавливалось традиционным способом, а затем согласно изложенной выше концепции создания прошивки.

Аппаратные характеристики платы:

Первой задачей этой платы и OpenSCADA была реализация функции высокочастотного (10 КГц * 8 каналов) архиватора сигналов газового компрессора для изучения явления помпажа на Анастасиевской ГЛКС.

Второй задачей стал прототип ПЛК узлов электроподстанций. Уже для этой задачи прошивка собиралась на основе новой пакетной базы. В рамках этой задачи модуль опроса данных плат "Diamon Boards" был унифицирован для поддержки всех плат производителя.

Второй платой стала плата УСО DMM32-AT, представлена на рисунке ниже. Плата использовалась для создание макетов и эмуляторов поля технологического ПО. Плата имеет характеристики:

Исследование шумовых свойств высокоимпедансных входов плат от Diamond Systems в различных условиях сведено в таблице ниже:

4.3. Kontron MOPSlcdLX

MOPSlcdLX представляет собой одноплатный компьютер формфактора PC/104, представлен на рисунке ниже. Данный компьютер привлёк внимание по причине сравнительно небольшой цены, за счёт обычного диапазона эксплуатации и меньшего энергопотребления и как следствия меньшего нагрева.

Аппаратные характеристики платы:

Плата использовалась для опробования создания станций/панелей оператора с OpenSCADA, в подобном окружении. В последствии всплыл ряд проблем с этой платой:

• Отсутствие батарейки для часов и как следствие необходимость установки времени при каждой загрузке или установка внешней батарейки. При этом настройки BIOS хранятся не в CMOS, а во FLASH, что вроде и хорошо, но если учесть, что сбросить настройки BIOS нет возможности то получается очень плохо.
• Проблема в схеме прерываний, которая приводит к блокированию всех или многих смежных прерывания, в случае загрузки модуля "geode_aes".
• В какой-то момент отгорела видеокарта или видеовыход, а настройки BIOS во FLASH не позволяют их вернуть, для исправления вероятного отключения видео в BIOS. Также BIOS не поддерживает выдачу своего интерфейса на COM-порт. Можно попробовать с CRT, когда появится.
• Отсутствует счётчик высокого разрешения (HPET), что странно и делает эту плату непригодной для систем реального времени поскольку обычным счётчиком можно получить задержку около 4мс.

На данный момент, на основе этой платы, готовится "Программный осциллограф", для чего на неё успешно загружена современная прошивка с ядром "std-def" и доустановлена плата DMM-32X-AT, о которой выше.

4.4. Tri-M VSX104

VSX104 представляет собой одноплатный компьютер формфактора PC/104, представлен на рисунке ниже. Данный компьютер привлёк внимание по причине небольшой цены и низкого энергопотребления (< 2Вт) и как следствия меньшего нагрева. Однако в виду использования на ней процессора "Vortex86SX-300 МГц" требуется особый подход к формированию окружения ОС, поскольку использован набор инструкций i486 и отсутствует математический сопроцессор.

Аппаратные характеристики платы:

На данный момент решений на этой плате нет, однако планируется собрать для неё окружение, возможно для автономной системы учёта.

Перенаправление интерфейса BIOS на COM-порт можно принудительно включить заземлением 10 пина COM-порта.

4.5. ICOP VDX-6354D

VDX-6354D представляет собой одноплатный компьютер формфактора PC/104, представлен на рисунке ниже. Данный компьютер построен на процессоре "DM&P SoC CPU Vortex86DX- 800MHz", который производительнее "Vortex86SX-300 МГц" в предыдущем разделе, однако и энергопотребление этой платы уже не 2, а 4 Вата больше на странице проекта

4.6. ICP DAS LP-8x81

Промышленные контроллеры семейства LP-8x81 фирмы ICP DAS являются первым продуктом из серии LinPAC, который построен на x86 совместимом процессоре, предыдущие контроллеры этого семейства основаны на процессоре семейства ARM. Кроме x86 процессора рассматриваемые контроллеры обладают значительными ресурсами оперативной памяти и дискового пространства. Всё это позволило рассматривать данные контроллеры как первого кандидата из продукции ICP DAS для адаптации OpenSCADA в качестве среды исполнения больше на странице проекта.

4.7. Avalue Сенсорная панель FPC-1701

Фирма Avalue, совместно с её дистрибютером в России фирмой ElTech, предоставляет широкий спектр панельных ПК, которые могут использоваться начиная с обычных офисных моноблоков и заканчивая промышленными сенсорными панелями в фронтальном исполнении класса IP65. В виду использования стандартного оборудование запуск и работа OpenSCADA на них не вызывает проблем больше на странице проекта.

4.8. iROBO-3000a

iROBO-3000a представляет из себя безвентиляторный промышленный компьютер с установленным Intel Atom D425 1.8 GHz с VGA, 2xGb LAN, 4xCOM, 4xUSB, 1GB RAM, 1x2.5" SATA HDD 120GB, Mini-PCIe, 4x4 DIO, CF слот, SIM Card слот, Audio, WDT, рабочий диапазон температур -5...+55°С. Производительности данного компьютера достаточно для выполнения как функций сервера сбора, контроля и управления, так и функций станции визуализации. Однако ввиду использования непроизводительного процессора семейства "Atom" выполнение математических моделей технологических процессов потребует всех ресурсов процессора. Например, при исполнении математической модели АГЛКС процессор нагружается на 86%. Контроллер имеет сертификат "УкрСЕПРО", что может быть важным для многих пользователей на территории Украины.

Рабочее окружение OpenSCADA для этого компьютера строилось на основе пакетной базы дистрибутива ALTLinux T6, а также свежесобранного окружения рабочего стола Trinity (TDE). Сборка окружения осуществлялась на основе вышеописанной концепции с помощью обновлённого профиля "mkimage". В новый профиль также была добавлена цель "plc", однако её суть изменилась, фактически став копией цели "live", что стало возможным благодаря внедрению на этапе первичной инициализации прозрачного монтирования раздела с меткой "alt-live-storage" как отражения упакованной файловой системы с произвольным доступом на модификацию. В целом это позволило создать фиксированное ядро прошивки с базовым набором программного окружения размером 300Мб и возможностью свободного расширения путём доустановки нужных пакетов из дистрибутива.

В качестве окружения рабочего стола было выбрано "Trinity" по причине наличия проблемы фонового артефактинга в связке XOrgServer 1.10 + Qt4, а также малой ресурсоёмкости TDE при высокой развитости и стабильности.

Архив профилей сборки нового окружения получил название mkimage-profiles-6-kdesktop.tgz, а последняя сборка прошивки ALTLinux_6-OpenSCADA_0.8.1-TDE_3.5.13.1-i586-flash.tar.

4.9. Advantech PCA-6753, PPC-L126

Фирма Advantech выпускает широкий спектр оборудования для автоматизации, начиная от панельных ПК и заканчивая модулями сбора данных ADAM.

В рамках проекта системы сбора и визуализации котла №1 цеха ТЭЦ в руки попал панельный ПК PPC-L126 и индустриальный ПК на шасси IPC-6608, с процессорной платой PCA-6753.

Индустриальный ПК "PCA-6753" имеет следующие характеристики:

Данный контроллер является уже достаточно старым и низкопроизводительным для современного программного обеспечения однако для задач среды исполнения ПЛК он ещё годится и на него была успешно загружена прошивка на основе пакетной базы ALTLinux 5.1. При этом о реальном времени речь не велась, в виду отсутствия таймера высокого разрешения (HPET).

Панельный ПК "PPC-L126" имеет следующие характеристики:

Панельный ПК также обладает малыми ресурсами для запуска современного графического окружения, поэтому для установки на него использовался дистрибутив "ALTLinux T6" с рядом мероприятий по оптимизации:

• производительность носителя данных — в качестве хранилища данных использован IDE жёсткого диска, который обеспечивает 10 МБ/c, что больше чем на доступных CompactFlash;
• отключение всех лишних сервисов;
• использование окружения рабочего стола TDE, как менее ресурсоёмкого, но более развитого; в резерве доступен IceWM;
• сборка OpenSCADA без библиотек Phonon и WebKit, которые достаточно ресурсоёмки.

Приведенные мероприятия позволили втиснуться в 128 МБ оперативной памяти и получить при этом развитое и производительное графическое окружение. Для настройки сенсорного экрана ELO использовался пакет с драйвером "elographics" — "xorg-drv-elographics". В конфигурационный файл "xorg.conf" добавлена секция:
Section "InputDevice" Identifier "ELO touchscreen" Driver "elographics" Option "Device" "/dev/ttyS3" Option "MinX" "300" Option "MaxX" "3800" Option "MinY" "3800" Option "MaxY" "300" Option "UntouchDelay" "10" Option "ReportDelay" "10" Option "SendCoreEvents" "yes" Option "ScreenNumber" "0" Option "ButtonNumber" "1" EndSection

5. Прошивка и создание программного окружения ПЛК архитектуры ARM

Широкое распространение во встраиваемых решениях получила архитектура ARM благодаря её сравнительно высокой производительности в сочетании с низким энергопотреблением и ценой. С целью выполнения плановой задачи обеспечения аппаратной многоплатформенности система OpenSCADA была адаптирована к сборке и работе на оборудовании ARM-архитектуры. Так, были выполнены проекты Сборка проекта OpenSCADA для мобильных устройств фирмы Nokia (N800, N900, N950) и Сборка OpenSCADA и прошивки для ARM-контроллеров фирмы ICP DAS (LP-5141). Целью данного раздела является систематизация методик и отслеживание проблем создания сборок OpenSCADA и прошивок программного окружения в целом для различного встраиваемого оборудования архитектуры ARM.

Особенностью ARM архитектуры является отсутствие обязательной аппаратно-зависимой программной системы первичной инициализации и конфигурации оборудования, характерной для x86 архитектур, — BIOS, а структура аппаратной конфигурации обычно содержит: центральный процессор (CPU), встроенную оперативную и флешь-память, а также ряд встроенного оборудования на стандартных шинах системного уровня. При этом флешь и оперативная память находятся в общем адресном сегменте. Инициализация такой системы программным окружением осуществляется загрузкой исполняемого кода непосредственно на встроенную флешь-память.

Для работы вычислительных функций OpenSCADA да и многих сопутствующих библиотек и программ важна производительность вычислений с плавающей точкой. Особенностью процессоров архитектуры ARM является простота ядра процессора и необязательное наличие расширений вроде математического сопроцессора. Как следствие производительность на операциях с плавающей точкой сильно зависит от конкретно взятого процессора, а также способа эмуляции вычислений с плавающей точкой, в случае отсутствия сопроцессора вообще. На процессорах ARM-архитектуры встречаются два формата работы с плавающей точкой: FPA и VFP. Формат FPA является устаревшим и встречался в виде аппаратной реализации с ядрами ARM до семейства StrongARM(ARMv4). Ядра ARM семейства XScale(ARMv5TE) вообще не комплектовались математическим сопроцессором. А ядра ARM, начиная с семейства ARM11(ARMv6) комплектуются математическим сопроцессором формата VFP. В тоже время ARM процессора с архитектурой версии ARMv5 до сих пор широко распространены, а значит вопрос производительности математических вычислений для них сводится к производительности эмуляции формата FPA или VFP. В случае с окружением ОС Linux эмуляция FPA обычно осуществляется ядром Linux путём обработки исключений процессора при вызове FPA команд. Программная эмуляция в математической библиотеке обычно встречается с форматом VFP для чего требуется пересборка всех программ. При этом эмуляция FPA посредством исключений хуже по производительности программной эмуляции VFP почти на порядок. Сравнить производительность вычислений с плавающей точкой на разных архитектурах, процессорах и способах эмуляции можно в приложении 1.

Типовое программное окружение на основе ОС Linux, для оборудования на основе ARM, представляет из себя: Загрузчик UBoot, Ядро Linux и Корневую Файловую Систему (КФС). Загрузчик UBoot грузится в нулевой сектор флешь-памяти, а его настройки хранятся в первом. Со второго сектора загружается код ядра, а сразу после него КФС. КФС обычно оформляется в виде файловой системы JFFS2 или UbiFS, которые оптимизированы для работы на блочных устройствах — флешь памяти с ограниченным ресурсом записи. Примеры разбивки блочного устройства (флешь-памяти) для LP-5141 и TionPro270 представлены ниже:
# LP-5141 $ cat /proc/mtd dev: size erasesize name mtd0: 00040000 00020000 "Bootloader" mtd1: 00040000 00020000 "Bootloader Param" mtd2: 00280000 00080000 "Kernel" mtd3: 03c80000 00080000 "JFFS2 Filesystem" # TionPro270 $ cat /proc/mtd dev: size erasesize name mtd0: 00080000 00040000 "Bootloader" mtd1: 00400000 00040000 "Kernel" mtd2: 01b80000 00040000 "Filesystem"

Корневая файловая система содержит типовое UNIX-дерево с рабочими программами, библиотеками и другими файлами. Основой любой программы или библиотеки являются системные библиотеки GLibC или UClibC. OpenSCADA адаптирована для сборки и работы с "GLibC" версии >= 2.3. "UClibC", созданная как облегчённая версия "GLibC" для встраиваемых систем, содержит ряд ограничений и до сих пор не реализует или содержит ошибки в реализации для ряда функций.

КФС и программное окружение на основе Linux может поставляться вместе с ARM-оборудованием и содержать закрытые бинарные библиотеки, модули ядра Linux и т.д. В таком случае независимая сборка и замена исходного программного окружения становится непрактичной, поскольку приводит к потере исходной функциональности. Однако часто встречается ситуация поставки оборудования ARM без исходного программного окружения или с окружением, которое не содержит закрытого кода и которое может быть заменено. Примером первого случая является контроллер LP-5141 и подобные фирмы "ICP DAS", которые содержат бинарную сборку библиотеки API специализированного оборудования (libi8k) и модули ядра Linux для его инициализации. Примером второго случая является одноплатный компьютер Тион-Про270, создание программного окружения и сборки OpenSCADA для архитектуры ARM которого будем рассматривать ниже.

5.1. Инструменты сборки ядра Linux и рабочих окружений под разные целевые архитектуры

Сформировать Linux КФС можно на основе готовых пакетов существующего бинарного дистрибутива, пакетов исходных текстов существующего дистрибутива, а также собрать из оригинальных исходных текстов посредством ToolChain в одной из сборочных систем.

Сборка программ или целой КФС для архитектур, отличных от x86 и x86_64, обычно осуществляется посредством кросскомпиляции с использованием утилит (ToolChain) для сборки, линковки и отладки под целевую архитектуру ARM. Для автоматизации этого процесса создан ряд инструментов сборки готовых КФС.

5.1.1. BuildRoot

Данная система сборки является частью проекта создания альтернативной библиотеки функций языка "C" UClibC, поэтому в основном нацелена на сборку окружений с "UClibC", с соответствующими ограничениями. BuildRoot хорошо показал себя в работе на хостовых системах разных версий и позволяет без особых проблем собирать программные окружения на основе Linux.

Получить архив BuildRoot нужной версии можно по ссылке http://buildroot.uclibc.org/downloads. Далее его нужно распаковать в домашней директории обычного пользователя и произвести конфигурацию, настройку и сборку:
# Начальная конфигурация относительно предыдущей, например, после смены версии BuildRoot $ make oldconfig # Конфигурация из псевдографического меню $ make menuconfig # Запуск сборки $ make # Очистка сборочницы целиком $ make distclean

В процессе сборки могут возникнуть проблемы следующего рода:

• Невозможность загрузить архивы программ.

• Ошибки сборки программ.

5.1.2. PTXDist

Универсальный инструмент сборки ядер, ToolChain и программных окружений на основе Linux фирмы "Pengutronix". PTXDist является мощным и гибким инструментом, однако старые его версии имеют проблемы на современных хостовых системах, что усложняет задачу сборки программных окружений для сравнительно старых, но всё ещё распространённых, аппаратных платформ. Например, сейчас (2012 год) можно встретить новое оборудование с процессорами ARM XScale, ARM9 (ARMv5) времён 2003 года. Однако новыми версиями PTXDist неплохо поддерживаются старые платформы, о чём можно узнать из таблицы поддержки по ссылке: http://www.pengutronix.de/oselas/toolchain/index_en.html.

Для сборки программного окружения (КФС) с помощью PTXDist нужно:

• получить архив инструментария сборщика (вместе с проектами ближайших версий, http://www.pengutronix.de/software/ptxdist/download), собрать и установить его;
• получить архив исходных файлов (той же или близкой версии, как PTXDist, http://www.oselas.com/oselas/toolchain/download) и собрать ToolChain;
• склонировать-создать и собрать проект КФС.

Теперь детальнее в командах:
# Установку и сборку сборщика нужно производить от обычного пользователя в его домашней директории. # Исходные архивы загружены в ~/Downloads $ mkdir ~/proj/ptxdist; cd ~/proj/ptxdist $ tar xvjf ~/Downloads/ptxdist-2011.11.0.tar.bz2 $ tar xvzf ~/Downloads/ptxdist-2011.01.0-projects.tgz # Переносим содержимое архива проектов в директорию рабочей версии, если версии различны. $ cp -r ptxdist-2011.01.0/* ptxdist-2011.11.0/; rm -rf ptxdist-2011.01.0 # Сборка и установка инструментария $ cd ptxdist-2011.11.0; ./configure --prefix=/home/roman/proj/ptxdist; make install # Установка переменной окружения "PATH" для вызова файла инструментария "ptxdist" $ export PATH=$PATH:/home/roman/proj/ptxdist/bin # Распаковка, выбор конфигурации и сборка Toolchain $ cd ~/proj; tar xvjf OSELAS.Toolchain-2011.11.0.tar.bz2 # Выбор нужной конфигурации toolchain $ cd OSELAS.Toolchain-2011.11.0 $ ptxdist select ptxconfigs/arm-xscale-linux-gnueabi_gcc-4.6.2_glibc-2.14.1_binutils-2.21.1a_kernel-2.6.39-sanitized.ptxconfig # Запуск сборки ToolChain. # Результат сборки будет помещён в директорию /opt/OSELAS.Toolchain-2011.11.0 для чего нужно предоставить полный доступ от имени суперпользователя к директории /opt. $ sudo chmod a+rwX /opt $ ptxdist go # Клонирование-создание проекта КФС # Предварительная настройка общей конфигурации ptxdist, например, пути к директории проектов (по умолчанию не требуется) $ ptxdist setup # Проверка наличия и видимости проектов для клонирования $ ptxdist projects # Клонирование одного из доступных проектов $ cd ~/proj; ptxdist clone OSELAS.BSP-Pengutronix-Generic New_RootFS # Выбор конфигурации платформы и ранее собранного ToolChain для нашего проекта $ cd ~/proj/New_RootFS $ ptxdist platform configs/arm-qemu-2011.01.0/platformconfig $ ptxdist toolchain /opt/OSELAS.Toolchain-2011.11.0/arm-xscale-linux-gnueabi/gcc-4.5.2-glibc-2.14.1-binutils-2.21.1a-kernel-2.6.30.5-sanitized/bin # Остальные настройки архитектуры, выбор программ и формирование результата конфигурируется в псевдографическом конфигураторе $ ptxdist menuconfig # Сборка КФС и формирование образов $ ptxdist go $ ptxdist images # Конфигурацию сборки дополнительных программ необходимо помещать в директорию "rules" в виде двух файлов pkg.in и pkg.make. # Для того чтобы новая программа появилась в меню псевдографического конфигуратора её нужно добавить # в файле ~/proj/ptxdist/lib/ptxdist-2011.11.0/rules/Kconfig

5.2. Тион-Про270

Одноплатный компьютер "Тион-Про270" представляет собой высокоинтегрированную вычислительно-управляющую систему на базе процессора Marvell PXA270 с ARM ядром семейства XScale от фирмы ЗЭО. Данная плата была передана разработчикам проекта OpenSCADA Алексеем Попковым с целью адаптации OpenSCADA.

Все материалы по сборке программного окружения с OpenSCADA и готовые сборки для платы Тион-Про270 можно получить по ссылке: ftp://ftp.oscada.org/OpenSCADA/PLC/TionPro270

Плата поставляется производителем оборудования с предустановленным программным окружением на основе Linux™ или Windows CE©. Кроме того все исходные материалы программных окружений доступны на Wiki-ресурсе производителя.

В исходном виде плата попала к разработчикам с минимальным программным окружением, для которого не было возможности собрать OpenSCADA, поэтому программное окружение было полностью загружено по новой. Загрузка программного окружения во flash-память осуществлялась с помощью JTAG-адаптера OLIMEX ARM-USB-OCD и программы OpenOCD версии 0.5.0, сборку которой нужно конфигурировать с параметром "--enable-ft2232_libftdi".

Для загрузки во флешь-память платы использовались готовые сборки загрузчика UBoot-1.3.3 (файл образа u-boot-1.3.3_svn886_520mhz_tion_pro270_64m.bin) и ядра Linux-2.6.22.19. Образ файловой системы JFFS2 КФС собирался с помощь "BuildRoot" и "PTXDist", о чём ниже.

Прошивка оборудования с помощью "OpenOCD" осуществляется от лица суперпользователя командой:

При этом сценарий прошивки "tion270.cfg" и файлы образов программного окружения, указанные в сценарии прошивки "tion270.cfg", должны находиться в текущей директории. Сценарий прошивки "tion270.cfg" содержит:
# Tion270 and Tion-Pro270 Openocd config set CHIPNAME tion270 source [find target/pxa270.cfg] jtag_khz 2000 jtag_nsrst_delay 10 jtag_ntrst_delay 10 reset_config trst_and_srst separate # Works for J3, P33 flash # flash bank <name> <driver> <base> <size> <chip_width> <bus_width> flash bank 0 cfi 0x0 0x2000000 2 4 $_TARGETNAME init reset halt flash probe 0 flash protect 0 0 1 off flash erase_sector 0 0 2 puts "(1/3) Flashing u-boot ..." flash write_image u-boot-1.3.3_svn886_520mhz_tion_pro270_64m.bin puts "(2/3) Flashing linux kernel image ..." flash write_image erase uImage-2.6.22.19_svn818_tion-pro270_eabi 0x00080000 puts "(3/3) Flashing root filesystem ..." flash erase_sector 0 17 127 flash write_image rootfs_TionPro270_buildroot.jffs2 0x00480000

5.2.1. Сборка КФС в BuildRoot

С целью избежать возникновения множества проблем сборки, связанных со сборкой с самого начала, была взята конфигурация "buildroot-2009.08" непосредственно от производителя оборудования из Git-репозитория: http://zao-zeo.ru/media/files/linux/buildroot-2009.08.git. С целью сборки в окружении "BuildRoot" были созданы конфигурации в директории "./package/" для библиотеки "LibGD" и OpenSCADA.

Полученная после сборки КФС была загружена во флешь-память платы и успешно запущена. Однако при запуске выяснилось, что версия "uCLibс" 0.9.30.3 не содержит реализации функции clock_nanosleep(), а также падает в функции timer_settime() для типа уведомления SIGEV_THREAD. Если функцию clock_nanosleep() можно заменить на nanosleep(), то решить проблему функции timer_settime() в рамках данной версии "uCLibс" возможности нет.

Далее был взят образ текущей версии "BuildRoot" на 16.01.2012, и произведена сборка OpenSCADA с "uCLibs" версии 0.9.32.1. Сборка прошла успешно после некоторой адаптации сборочного окружения. OpenSCADA запустилась успешно с некоторыми проблемами, которые были устранены.

В списке ниже приведены возникшие проблемы при сборке и работе OpenSCADA на uCLibC разных версий:

• В типовой конфигурации отсутствует реализация функций usleep() и msleep() — создана и повсеместно использована общесистемная для OpenSCADA функция sysSleep() с реализацией на основе nanosleep().
• < 0.9.32: не собирается ввиду отсутствия ряда функций, а также OpenSCADA не запускается:

• 0.9.32: сборка прошла успешно, с некоторыми решаемыми проблемами при запуске OpenSCADA:

5.2.2. Сборка КФС в PTXDist

Освоение PTXDist для сборки окружения на TionPro270 осуществлялось посредством изучения опыта изложенного по ссылке http://www.emb-linux.narod.ru/tion-pro-270/index.html. Однако, статья написана достаточно давно и для сборки использовалась версия ptxdist-1.1.1, которая на современном программном окружении фактически не работает, а кроме того часть библиотек, нужных для OpenSCADA, там просто не собирается. В результате за основу была взята версия ptxdist-2011.11.0 и на ней осуществлена сборка.

Перед непосредственной сборкой КФС для данной платы была создана конфигурация ToolChain arm-xscale-linux-gnueabi_tion270.ptxconfig на основе существующей arm-xscale-linux-gnueabi_gcc-4.6.2_glibc-2.14.1_binutils-2.21.1a_kernel-2.6.39-sanitized.ptxconfig с версиями программ:

• GLIBC_ENABLE_KERNEL="2.6.19", поскольку реальное ядро версии 2.6.22, и для работы GLibC с ним должна быть указана меньшая или равная версия;
• KERNEL_HEADERS_VERSION="2.6.30.5", версия ядра для заголовков;
• CROSS_GCC_VERSION="4.5.2".

Далее был создан клон проекта PTXDist "OSELAS.BSP-Pengutronix-Generic" в директории "TionPro270_RootFS" с конфигурацией платформы "arm-qemu-2011.01.0". Для сборки OpenSCADA создана конфигурация в лице файлов openscada.in и openscada.make, которые были помещены в директорию локальной конфигурации проекта rules/. Кроме OpenSCADA была адаптирована конфигурация программы udev, версия которой оказалась сильно большой для исходной версии ядра Linux-2.6.22, т.е. использованная версия udev была опущена до 141. Новые файлы конфигурации udev также были помещены в директорию rules/, тем самым определив их использование вместо исходной конфигурации.

Сборка КФС прошла успешно и был получен образ ФС jffs2. Полученная КФС была успешно загружена на плату и заработала. OpenSCADA также корректно запустилась и функционирует.

5.2.3. Адаптация

Данная плата содержит ряд аппаратных интерфейсов, адаптация которых интересна для OpenSCADA, поэтому в данном разделе будет концентрироваться информация по их адаптации.

Плата содержит микросхему преобразования уровней сигнала из RS232 в RS485, которая, однако, не является прозрачной для отправки запросов из программного обеспечения. А именно:

• для отправки запроса нужно установить в ноль сигнал интерфейса RS232 "RTS";
• нужно читать интерфейс на предмет ожидания эхо посылки от запроса, после получения которой установить сигнал RS232 "RTS", отбросить эхо посылку и продолжать ждать непосредственно ответа.

Для решения данной особенности модуль OpenSCADA Transport.Serial был доработан на предмет поддержки такого рода аппаратного управления потоком.

Используя полученное расширение, была осуществлена проверка и подтверждено наличие проблемы программного окружения контроллера LP-5141.

5.3. ICP DAS LP-51xx

Фирма ICP_DAS достаточно давно выпускает контроллеры на процессорах ARM архитектуры с предустановленным окружением ОС Linux, как в данном случае LP-5141, что делает интересным создание сборки или новой прошивки с OpenSCADA больше на странице проекта.

5.4. Nokia N800, N900, N950, N9

Фирма Nokia является одним из мировых лидеров в производстве и продаже мобильных телефонов. В 2005 году фирма Nokia выпустила карманный персональный компьютер (КПК) N770 на основе развитого Linux окружения с собственным окружением рабочего стола (на GTK+) — Hildon под общим названием проекта Maemo. В последствии на основе платформы Maemo было выпущено ещё три мобильных устройства, а именно два КПК «интернет-планшета» N800, N810 и смартфон «интернет-планшет» N900. В 2010 году фирма Nokia объединила свои усилия по работе над Maemo с проектом MobLin фирмы Intel, создав проект MeeGo. На основе платформы MeeGo в 2011 году было выпущено два смартфона N950(прототип) и N9 больше на странице проекта.

5.5. SMH2Gi

Свободнопрограммируемый панельный контроллер "SMH2Gi", представляет собой высокоинтегрированную вычислительно-управляющую систему на базе процессора iMx27 с ядром ARM926EJ-S от фирмы Сегнетикс. Адаптация и сборка OpenSCADA для этого контроллера понадобилась в рамках проекта создания автоматизированной системы управления вакуумной технологической установки.

Все материалы по сборке программного окружения с OpenSCADA и готовые сборки для панельного контроллера можно получить по ссылке: ftp://ftp.oscada.org/OpenSCADA/PLC/Segnetics-SMH2Gi.

Панельный контроллер поставляется производителем оборудования с предустановленным программным окружением на основе Linux™ и собственной средой исполнения контроллера "SMLogix". Роль OpenSCADA для данного контроллера рассматривалась как расширенная среда программирования контроллера, интегрированная и программируемая из станции верхнего уровня на основе OpenSCADA. Для сохранения возможности представления и контроля данных, полученных в OpenSCADA, на встроенном дисплее, при этом минимизировав трудозатраты на адаптацию, решено было сохранить исходную среду исполнения "SMLogix" для выполнения задачи представления данных на внутреннем дисплее, а данные транслировать в/из неё посредством локального ModBus/TCP соединения. Впоследствии, для оптимизации ряда задач, был создан модуль источника данных к OpenSCADA DAQ.SMH2Gi с функциями прямого опроса модулей SMH2Gi MC и MR, а также обмена значениями переменных с процессом "logix", посредством разделяемой памяти.

Для сборки исходного программного окружения разработчиком использовался ранее рассмотренный инструментарий PTXDist версии 1.99.12. Собирать ToolChain, угадывая профиль, использованный для сборки исходного программного окружения, не потребовалось поскольку на сайте производителя доступна полная сборочная среда, оформленная в виде образа ОС Linux для виртуальной машины VMWare. Из этого образа был получен готовый ToolChain профиля gcc-4.3.2-glibc-2.8-binutils-2.18-kernel-2.6.27-sanitized. Поскольку не требовалось собирать КФС полностью то решено было собрать OpenSCADA, используя готовый ToolChain, отдельно. Для сборки OpenSCADA предварительно были собраны библиотеки: "pcre-8.12" и "sqlite-3.7.6.2". Позже, в рамках задачи сборки модулей UI.WebCfgD и UI.WebVision, были собраны библиотеки: "png-1.2.49", "jpeg-8a", "expat-2.0.1", "freetype-2.3.11", "fontconfig-2.6.0" и "gd-2.0.35". Далее OpenSCADA собиралась следующим образом:

# Распаковка архива инструментария $ cd /opt $ tar --lzma -xvf SMH2Gi-OSELAS.Toolchain.tlz # Инициализация окружения сборки $ . /opt/OSELAS.Toolchain/enter_arm-v5te-linux-gnueabi.sh # Переход в дерево исходных текстов OpenSCADA, конфигурация и сборка $ cd /opt/OSELAS.Toolchain/OpenSCADA $ ./configure --host=arm-v5te-linux-gnueabi --prefix=/usr --sysconfdir=/etc CXXFLAGS="-O2 -D_REENTRANT" CFLAGS="-O2 -D_REENTRANT" --disable-MySQL --disable-FireBird --disable-PostgreSQL --disable-SoundCard --disable-SNMP --disable-QTStarter --disable-QTCfg --disable-Vision --enable-SMH2Gi $ make

В результате был сформирован архив сборки OpenSCADA, который можно выгрузить на панельный компьютер SMH2Gi и там распаковать. Полученное программное окружение OpenSCADA настроено на автоматический запуск при запуске контроллера, посредством скрипта инициализации "/etc/init.d/openscada". Сборка OpenSCADA была успешно запущена.

В отношении программного окружения панельного контроллера SMH2Gi в целом нужно сделать несколько замечаний. В контроллере использовано ядро Linux 2.6.29 с расширением жёсткого реального времени, что позволяет удерживать периодичные интервалы времени до 100 мкс. Кроме того, все критичные системные потоки запущены с политикой управления планированием реального времени. При этом, хотя процессор не имеет математического сопроцессора, эмуляция выполнена оптимально в виде SoftVFP. Всё это позволяет в OpenSCADA исполнять высоко-детерминированные задачи управления с периодичностью до 100 мкс и приемлемой вычислительной производительностью.

5.6. AS-9260

Плата AS-9260 представляет собой контроллер на базе микросхемы AT91RM9260, ядро ARM9(ARMv7), с набором периферийных устройств. Плата предназначена для разработки (макетирования) проектов на базе микроконтроллеров с ядром ARM926EJ-S производства корпорации Atmel, также может быть использована в качестве управляющего контроллера целевой системы.

На плате установлены разъемы USB2.0 (1 Host, 1 Device, Full-speed, 12Mb/s), DBGU, RS-232, RS-485, два 12-контактных разъема для установки модуля интерфейса Ethernet 10/100 Mbps, кроме того, имеется место для установки двух 80 - контактных разъемов типа PLD-80 для подключения внешних модулей с дополнительными интерфейсами.

Периферия платы AS-9260 c процессором AT91sam9260 минимальна:

• разъемы с интерфейсом USB типа A и B;
• разъем DRB-9 с интерфейсом DBGU (RS-232);
• разъем PLS-3 с дополнительным интерфейсом RS-232;
• разъем PLD-20 для подключения JTAG-эмулятора (ATSAM-ICE, AS-JTAG);
• микросхема ПЗУ серии DataFlash AT45DB642D-TU (корпус TSOP28);
• 2 микросхемы SDRAM общая емкость 32 или 64 МБ;
• разъем для подключения внешнего модуля Ethernet PHY.

Загрузчик и ядро можно найти здесь http://www.at91.com/linux4sam. В U-boot устанавливаем загрузку КФС c USB-флеш:
setenv bootargs root=/dev/sda1 rootdelay=9 rootfstype=ext2

Флеш форматируем под ФС EXT2 и на нее заливается КФС Debian Lenny. Запускаем систему и настраиваем интернет соединение nano /etc/network/interfaces:
auto lo iface lo inet loopback auto eth0 iface eth0 inet static address 192.168.ХХХ.ХХХ netmask 255.255.255.ХХХ gateway 192.168.ХХХ.ХХХ

В /etc/inittab устанавливаем автологин:
T0:23:respawn:/sbin/mingetty console vt100 --autologin root

Указываем репозиторий для обновления в /etc/apt/sources.list
deb http://archive.debian.org/debian/ lenny main contrib

После обновления скачиваем исходники OpenSCADA и разрешаем зависимости. Нативно откомпилировать скаду не удастся, потому что для этого не хватит ОЗУ. Одно из решений данной ситуации следующее:

• Создать образ КФС:

• Запускаем QEMU с образом КФС:

• Компилируем со следующей конфигурацией:

• Записываем образ с собранной скадой обратно на флешку.
• Загружаемся и пользуемся.

Описанный метод далеко не самый лучший, потому ведется работа по его улучшению. Аналогичным образом скада устанавливается на плату AS-9200 c процессором AT91RM9200.

5.7. Raspberry Pi, Pi2 и Pi3; OrangePi Zero

"Raspberry Pi®" — одноплатный компьютер, созданный в целях благотворительности. Предназначен для обучения базовым компьютерным наукам в школах, позиционируется как дешевое решение для начинающих разработчиков. Разрабатывается "Raspberry Pi Foundation". Плата Raspberry Py была получена для сборки и адаптации OpenSCADA от Лысенко Максима. Плата Raspberry Pi2 приобретена для задач OpenSCADA и адаптации её для работы с базовыми шинами I2c, SPI, 1Wire с разными сенсорами на них. Плата Raspberry Pi3 была приобретена и спонсирована Proviron Holding NV для некоторой отладки и технической поддержки.

Плата имеет характеристики:

Raspberry Pi
Для работы с платой был использован специализированный дистрибутив Raspbian “wheezy”. Сборка OpenSCADA осуществлялась для LTS версии 0.8.0.5 и рабочей версии 0.8.1 непосредственно на самой плате. Для сборки пришлось расширить размер области подкачки до 500 Мб, поскольку сборка ряда модулей OpenSCADA современным компилятором (GCC 4.7) и с оптимизацией (-O2) требует много оперативной памяти. Полученные пакеты успешно установились и работали.

Графическое окружение рабочего стола в выбранном дистрибутиве построено на LXDE 0.5.5, которое отображается в полноценном разрешении дисплея через HDMI, или в разрешении 640x480 через композитный видеовыход. OpenSCADA успешно запускается и работает в графическом режиме, однако производительности процессора недостаточно для нормального исполнения динамических моделей OpenSCADA.

Raspberry Pi 2 и 3

/Home Page En / Using / PLC / firmware ARM  :: (edit)

For working with the boards there also used a special distributive Raspbian "Wheezy". OpenSCADA has built for Work version 0.9 direct on the board and allowed memory here enough for this operation but it has 1MB and more, the building there allowed on all four threads. The building of OpenSCADA performs in packages which then placed into proper repository of Debian 7 from time to time of the buildings. Also for Raspbian "Jessie", mostly for the generic architecture ARMHF, there performs regular building of OpenSCADA by the OpenSCADA automatic builder into the cross-compiling environment and the result packages are placed into proper repository of Debian 8.

The typical graphical desktop environment into the selected distributive built on LXDE 0.5.5 (Wheezy) and 6 (Jessie) but it's replaced to TDE R14 for more features with low hardware demands. For remote access there was configured VNC access in display resolution 1024x768. OpenSCADA is successfully started and worked into graphical mode and the performance here enough already by the multi-threading.

For more free handling to the board was connected a WiFi adapter and on RPi3 it presents already.

To allow for operations with GPIO directly in OpenSCADA there was created a module DAQ.BCM2835 based on the library bcm2835. For now the module provides access to "Raspberry Pi" GPIO (0...31) as OpenSCADA DAQ's parameter attributes, static and dynamic functions, which the comparing information of performance shown here.

To the board there was connected a 16x2 text display 1602A and a program like to the original Python one was wrote into OpenSCADA by using the static functions of the module DAQ.BCM2835. As a result the program works fine and some faster to the Python original one.

To the board there were directly connected sensors DHT 11 and AM2303 (humidity and temperature) and a program like to the original Python program's C-language driver part was wrote into OpenSCADA by using the static functions of module DAQ.BCM2835.

To allow creation derivative DAQ templates with their configuration the dynamic linking to static external functions was added into DAQ.JavaLikeCakc?, like this:

function put = addr+".fnc_put"; if(put) { put(D4, vl&0x10); put(D5, vl&0x20); put(D6, vl&0x40); put(D7, vl&0x80); }

To allow operation in OpenSCADA with devices on bus I2C the output transport "Serial" was adapted to the bus by selection the bus and a slave device's address (first byte of the sequence) set by IO control command I2C_SLAVE. In this way now to OpenSCADA there were connected:

• The 8-bit A/D and D/A converter chip PCF8591. Through the chip PCF8591 were connected sensors LM35 and LM335.
• The 8DIO converter chip PCF8574, which also adapted and tested for connection to 1602A.
• The barometric pressure/temperature/altitude Sensor BMP180.
• The memory chips AT24CXX by calls through the proper protocol.

The tracing task of the work out opened here.

/Home Page En / Using / PLC / firmware ARM  :: (edit)

Orange Pi Zero

/Home Page En / Using / PLC / firmware ARM  :: (edit)

For working with the board there used a special distributive Armbian "Jessie". As builds of OpenSCADA there have used the packages repository, mostly for the generic architecture ARMHF, for which performs regular building of OpenSCADA by the OpenSCADA automatic builder into the cross-compiling environment.

The board provides more low level buses (3xUART, 2xSPI, 2xI2C), despite its small size, and restricted GPIO in 16 pins which mostly used by the buses. The buses are standard but GPIO are some specific ones for which we need implement special support into the presented module DAQ.BCM2835 making it more unified one. Then there planed next tasks:

• connect a device to the I2C bus;
• connect a device to the Serial bus,
• try to adapt 1Wire (DS9097) to the Serial buses;
• the specific GPIO support implement for OpenSCADA;
• WiFi driver fix/update.

/Home Page En / Using / PLC / firmware ARM  :: (edit)

5.8. Asus Nexus 7 II

/Home Page En / Using / PLC / firmware ARM  :: (edit)

"Asus Nexus 7 II" — tablet computer of 2013 year edition with four-cores ARM-processor and sensor screen 7", released in conjunction of Asus and Google. Purchased for tasks of OpenSCADA and adapting it to work into the environment of OS Android and hardware of modern multicore CPU of ARM-architecture.

Image. OpenSCADA in Web and Qt5 for the native building.

Key specification of the tablet:

Hardware platform:	ARM Cortex-A15 [ARMv7]
Central processor:	Four-core Qualcomm Snapdragon APQ8064-1AA 1500 MHz
Operational memory:	2 GiB DDR3
Permanent memory:	32 GiB
Video subsystem:	400 MHz quad-core Adreno 320
Screen:	IPS, 1920x1200 px (323 ppi)

The tracing task of the work out opened here.

Assembling and starting OpenSCADA into the environment of OS Android

Installing of full-featured OS Linux and OpenSCADA starting
For different OS installing you need to unlock the loader and for original Android saving you need ensure multiboot.

The loader unlock and ROOT, from a Linux environment:

• Enable the debug mode of Android: "Configuration" -> "About the device", five times click into item "Building number".
• Set debug through USB: "Configuration" -> "Developers parameters", set proper property.
• Install the utility "adb" (Android Debug Bridge).
• Check for connection to the tablet: connect USB-cable to PC, call command "$ adb devices".
• Unlock the device:
  • Enable the tablet with connection to PC by the USB-cable and holding by buttons "Power" and "Sound lower" up to the bootloader screen appear.
  • Check for the boot-loader visibility: "$ fastboot devices".
  • Unlock: "$ fastboot oem unlock".
• Load and flash "TWRP recovery": load here, then flash it by command "$ fastboot flash recovery /Path-to-TWRP.img"
• Enter to the "Recovery" mode of the loader and provide access ROOT: select "Reboot" -> "Recovery" -> "ROOT", then "Reboot" -> "Sytem".
• Next, installation "SuperSU" for you will be proposed.

To provide the multiboot let install "MultiROM Manager" from "Play Market".

/Home Page En / Using / PLC / firmware ARM  :: (edit)