Nopeiden analogiamittausten suorittaminen sulautetussa Linux-järjestelmässä
Haapaluoma, Jouko (2014)
Haapaluoma, Jouko
2014
Automaatiotekniikan koulutusohjelma
Teknisten tieteiden tiedekunta - Faculty of Engineering Sciences
This publication is copyrighted. You may download, display and print it for Your own personal use. Commercial use is prohibited.
Hyväksymispäivämäärä
2014-06-04
Julkaisun pysyvä osoite on
https://urn.fi/URN:NBN:fi:tty-201405231227
https://urn.fi/URN:NBN:fi:tty-201405231227
Tiivistelmä
Linux-käyttöjärjestelmän käyttö kasvaa etenkin sulautetuissa järjestelmissä merkittävästi. Yleiskäyttöisyyden lisäksi Linuxille on kehitetty reaaliaikaominaisuuksia, joiden avulla Linuxia on alettu hyödyntää myös teollisuuden mittaus- ja ohjausjärjestelmissä. Wapice Remote Management (WRM) on Wapice Oy:n kehittämä kokonaisvaltainen teollisuuden etähallintajärjestelmä, joka sisältää palvelimen ja mittauksia suorittavia terminaalilaitteita. Terminaalilaitteilla käytetään sulautettua reaaliaika-Linuxia.
Tässä työssä tutkittiin nopeiden analogiamittausten suorittamista WRM-terminaalilaitteella. Analogiamittauksia voidaan WRM:ssä hyödyntää esimerkiksi moniin teollisuuden mittauksiin. Joissain tapauksissa analogiamittauksia halutaan suorittaa korkealla näytteistystaajuudella, jotta mittausten korkeataajuuksisetkin komponentit saadaan tallennettua. Työn tavoitteena oli tutkia, mitä vaihtoehtoja nopeiden analogiamittausten toteuttamiselle on WRM-terminaalilaitteessa käytetyssä sulautetussa Linuxissa. Lisäksi tutkittiin, miten toteutuksesta saadaan mahdollisimman luotettava ja tehokas, jotta WRM-terminaalilaite ei kuormitu liikaa suurillakaan näytteistystaajuuksilla.
Työn alkuosassa käsitellään yleisesti analogia-digitaalimuunnoksia, tutustutaan Linuxin laiteajurien yksityiskohtiin sekä käsitellään reaaliaika-Linuxien ominaisuuksia. Teoreettisen tarkastelun jälkeen pohditaan eri tapoja toteuttaa nopeat analogiamittaukset. Käytännössä toimivat ratkaisut rajattiin kahteen tapaan: keskeytyksiin perustuva ratkaisu sekä oikosiirtoon perustuva ratkaisu. Pääteltiin, että alkuperäisten vaatimusten mukaista 3 kilohertsin näytteistystaajuutta pystytään käyttämään molemmilla tavoilla. Keskeytyksiin perustuvan ratkaisun katsottiin olevan vähätöisempi, joten sillä toteutettiin yksinkertainen demototeutus. Keskeytyksiin perustuva ratkaisu on kuitenkin epäluotettava ja skaalautuu huonosti, joten yleiskäyttöinen toteutus päätettiin tehdä oikosiirrolla.
Lopuksi verrattiin kummankin ratkaisun suorituskykyä. Tuloksien perusteella oikosiirtoon perustuvalla ratkaisulla pystytään analogiamuunninta käyttämään kaikilla WRM:n analogiatuloilla suurimmalla mahdollisella näytteistystaajuudella (lähes 200 kilohertsiä) luotettavasti ja tehokkaasti. Keskeytyksiin perustuva ratkaisu osoittautui erittäin heikoksi, kun näytteistystaajuutta aletaan kasvattaa. Suuri keskeytysten määrä aiheuttaakin ison prosessorikuorman, mutta vielä suurempi heikkous on näytteiden katoaminen, jota puolestaan oikosiirtoon perustuvalla ratkaisulla ei voi tapahtua. Johtopäätöksenä oikosiirtoon perustuvalla ratkaisulla saatiin kehitettyä luotettava ja tehokas nopeiden analogiamittausten toteutus osaksi WRM-järjestelmää.
Tässä työssä tutkittiin nopeiden analogiamittausten suorittamista WRM-terminaalilaitteella. Analogiamittauksia voidaan WRM:ssä hyödyntää esimerkiksi moniin teollisuuden mittauksiin. Joissain tapauksissa analogiamittauksia halutaan suorittaa korkealla näytteistystaajuudella, jotta mittausten korkeataajuuksisetkin komponentit saadaan tallennettua. Työn tavoitteena oli tutkia, mitä vaihtoehtoja nopeiden analogiamittausten toteuttamiselle on WRM-terminaalilaitteessa käytetyssä sulautetussa Linuxissa. Lisäksi tutkittiin, miten toteutuksesta saadaan mahdollisimman luotettava ja tehokas, jotta WRM-terminaalilaite ei kuormitu liikaa suurillakaan näytteistystaajuuksilla.
Työn alkuosassa käsitellään yleisesti analogia-digitaalimuunnoksia, tutustutaan Linuxin laiteajurien yksityiskohtiin sekä käsitellään reaaliaika-Linuxien ominaisuuksia. Teoreettisen tarkastelun jälkeen pohditaan eri tapoja toteuttaa nopeat analogiamittaukset. Käytännössä toimivat ratkaisut rajattiin kahteen tapaan: keskeytyksiin perustuva ratkaisu sekä oikosiirtoon perustuva ratkaisu. Pääteltiin, että alkuperäisten vaatimusten mukaista 3 kilohertsin näytteistystaajuutta pystytään käyttämään molemmilla tavoilla. Keskeytyksiin perustuvan ratkaisun katsottiin olevan vähätöisempi, joten sillä toteutettiin yksinkertainen demototeutus. Keskeytyksiin perustuva ratkaisu on kuitenkin epäluotettava ja skaalautuu huonosti, joten yleiskäyttöinen toteutus päätettiin tehdä oikosiirrolla.
Lopuksi verrattiin kummankin ratkaisun suorituskykyä. Tuloksien perusteella oikosiirtoon perustuvalla ratkaisulla pystytään analogiamuunninta käyttämään kaikilla WRM:n analogiatuloilla suurimmalla mahdollisella näytteistystaajuudella (lähes 200 kilohertsiä) luotettavasti ja tehokkaasti. Keskeytyksiin perustuva ratkaisu osoittautui erittäin heikoksi, kun näytteistystaajuutta aletaan kasvattaa. Suuri keskeytysten määrä aiheuttaakin ison prosessorikuorman, mutta vielä suurempi heikkous on näytteiden katoaminen, jota puolestaan oikosiirtoon perustuvalla ratkaisulla ei voi tapahtua. Johtopäätöksenä oikosiirtoon perustuvalla ratkaisulla saatiin kehitettyä luotettava ja tehokas nopeiden analogiamittausten toteutus osaksi WRM-järjestelmää.