Главная Пресс-центр Статьи и публикации VxWorks операционная система внутри Интернет, Мир Компьютерной Автоматизации: ВКС, 2000/4

VxWorks операционная система внутри Интернет, Мир Компьютерной Автоматизации: ВКС, 2000/4

А.В. Демьянов, ЗАО РТСофт

В статье рассматривается встраиваемая операционная система реального времени VxWorks компании Wind River «де-факто стандарт» встраиваемой ОС для оборудования сетевой инфраструктуры. Значительная часть используемого в Интернет сетевого оборудования коммутаторы, маршрутизаторы, серверы удаленного доступа и устройства широкополосного доступа работают под управлением VxWorks.

 
 
 

Факты о «де-факто»

  Слова «де-факто стандарт» требуют подтверждения. В таблице 1 приведены данные по изготовителям сетевого оборудования, применяющим встроенную операционную систему VxWorks и другие программные продукты производства компании Wind River.

 
 
 
  Продукты компании Wind River используются в таком оборудовании, как:

 
 
  • кабельные модемы: 3Com, Com21, General Instruments, Hitachi, Samsung, Terayon;
 
 
  • xDSL-системы: Copper Mauntain, Diamond Lane (Nokia), Efficient Networks, Intel, Motorola, PairGain Technologies, Paradyne;
 
 
  • оборудование WAN-доступа: ADC, Cisco, DSC (Alcatel), Lucent, NextLevel Communications, Nortel/Bay Networks;
 
 
  • оборудование удаленного доступа: 3Com, Cisco, Lucent, Redback Networks;
 
 
  • концентраторы и коммутаторы для локальных сетей: 3Com, Allied Telesyn, Compaq, Extreme Networks, Hewlett Packard, Intel, IBM, Lucent, Nortel/Bay Networks, XYLAN (Alcatel);
 
 
  • корпоративные коммутаторы: Allied Telesyn, Cisco, Lucent, Newbridge Networks, Nortel/Bay Networks, Osicom;
 
 
  • ATM-коммутаторы: 3Com, Cabletron, Cisco, FORE, Lucent, N.E.T., Newbridge Networks, Nortel/Bay Networks;
 
 
  • магистральные коммутаторы/маршрутизаторы: Argon Networks, Avici Systems, Nexabit Networks, Pluris.
 
  Все приведенные сведения взяты из презентации генерального управляющего бизнес-юнита Wind River Networks, с которой можно ознакомится на сайте www.windriver.com.

 

Аутсорсинг и тайм-ту-маркет

  Аутсорсинг (outsourcing) заимствование из внешнего источника применительно к компьютерной индустрии означает использование для производства собственного продукта готовых, серийно выпускаемых аппаратных и программных компонентов. Вольным стилем аутсорсинг можно перевести как «делай сам только то, что нельзя или невыгодно купить». Это условие продиктовано рынком время выхода на него (time-to-market) является самым критичным параметром при выпуске нового продукта. Опоздав на рынок, вы не получите ожидаемого дохода. Чем острее рыночная конкуренция, тем критичнее время выпуска нового продукта.

 
  Вряд ли есть рынок с более острой конкуренцией, чем рынок телекоммуникационного оборудования, и без аутсорсинга здесь не обойтись. И если учесть, что до 80% затрат на разработку нового продукта в этом секторе это затраты на разработку встроенного программного обеспечения то именно аутсорсинг готовых программных компонентов определяет, успеете ли вы занять место на рынке или придется довольствоваться тем, что осталось от более расторопных конкурентов.

 

ОС VxWorks и её сетевые компоненты

  Операционная система фундамент встроенного ПО телекоммуникационного оборудования. Она позволяет структурировать ПО как набор отдельных программ (задач), параллельно исполняемых встроенным микропроцессором устройства. Операционная система обеспечивает диспетчеризацию задач .е. выбор, какая из них должна выполняться в каждый момент времени) и управляет обменом данными между задачами. Операционная система VxWorks поддерживает до 256 приоритетов задач, при этом количество задач не ограничено. Для обмена данными между задачами используются семафоры, сигналы, очереди сообщений, области разделяемой памяти и другие стандартные для операционных систем реального времени механизмы.

 
  VxWorks операционная система с кросс-средствами разработки прикладного ПО: разработка ведется на инструментальной машине (host) в инструментальной среде Tornado с последующей загрузкой, исполнением и отладкой на целевой машине (target), работающей под управлением VxWorks. Поддерживаемые целевые микропроцессорные архитектуры и инструментальные платформы приведены на рис.2.

 
 
 
  В комплект поставки VxWorks входит TCP/IP-стек в следующей комплектации (рис.3): TCP/zero-copy TCP/UDP/ICMP/IP/ARP, SLIP/CSLIP/PPP, Sockets, telnet/rlogin/rpc/rsh, ftp/tftp/bootp, NFS (клиент и сервер). В сетевые средства для VxWorks входят также функции, необходимые при разработке устройств, подключаемых к Internet: IP multicasting уровня 0,1 или 2; long fat pipe; CIDR (Classless Inter-Domain Routing); DHCP (Dynamic Host Configuration Protocol) в конфигурациях server, client и relay agent; DNS client (Domain Naming System); SNTP (Simple Network Time Protocol).

 
 
 
  ОС VxWorks поддерживает протоколы маршрутизации RIPv1/RIPv2 (Routing Information Protocol), а также OSPF (Open Shortest Path First) версии 2. Протокол RIP входит в стандартную поставку VxWorks, протокол OSPF поставляется как дополнительный продукт.

 
  Агент SNMP для VxWorks поддерживает протокол SNMP (Simple Network Management Protocol) как версии v1, так и версии v2c. Компилятор MIB (Management Information Base) поддерживает объекты MIB-II и расширения.

 
  Стандартным интерфейсом для подключения переносимых сетевых протоколов к операционным системам является интерфейс STREAMS. Под VxWorks можно инсталлировать любой протокол, имеющий STREAMS-реализацию: как стандартный (Novell SPX/IPX, Decnet, AppleTalk, SNA, …), так и специализированный. ОС VxWorks поддерживает STREAMS версии UNIX System V.4.

 

RouterWare и Tornado for Managed Switches: протокольное ПО для оборудования сетевой инфраструктуры

  Не менее важный, чем операционная система, компонент сетевого и коммуникационного оборудования программное обеспечение, реализующее стандартные протоколы. Аутсорсинг протокольных компонентов встроенного ПО при разработке коммутатора, маршрутизатора или устройства удаленного доступа гарантия интероперабельности Вашего устройства в сети с устройствами других производителей. Ведь это протокольное ПО разработано компанией, активно участвующей в работе организаций по стандартизации, и все программное обеспечение строго соответствует стандартам телекоммуникационной отрасли. Протокольное ПО компании Wind River эксплуатируется много лет в оборудовании десятков производителей и не требует дорогостоящего (как по деньгам, так и по времени) тестирования интероперабельности, которое необходимо в случае собственных разработок.

 
  Протокольное ПО для операционной системы VxWorks поставляется в исходных текстах на ANSI C и может быть портировано на любой микропроцессор. В линии продуктов RouterWare (рис. 4) доступны следующие компоненты:

 
 
  • Группа IP: IP/UDP/TCP/ARP/ICMP/IGMP/sockets, RIP v1/v2, OSPFv2, BGPv4, IGRP, TELNET, TFTP, DHCP, DNS, NAT, RSVP, SNMP;
 
 
  • Группа VPN/Tunneling: L2TP, PPTP, PPP-over-Ethernet, IPSec, IKE, WinVPN Server Test Kit;
 
 
  • Группа Data Link: PPP: IPCP/IPXCP/PAP/CHAP/Async/Sync, Multilink PPP/BACP, ECP, CCP, VJC, TACACS+ Client, RADIUS Client, Frame Relay with RFC1490 encapsulation;
 
 
  • Группа Bridging: Spanning Tree Protocol/Transparent Bridging, Source Route Bridging, Data Link Switching (DLSw), NetBIOS Gateway;
 
 
  • Группа IPX: IPX, SPX, RIP/SAP, NLSP Routing, Remote Access Server.
 
 
 
  Для разработки управляемых коммутаторов 2-го и 3-го уровней предлагается комплект встроенного ПО Tornado for Managed Switches (рис.5), который поставляется в трех конфигурациях:

 
 
  • Базовый пакет коммутатора уровня 2, предназначенный для коммутаторов рабочих групп.
 
 
  • Расширенный пакет коммутатора уровня 2, предназначенный для средних и старших моделей Ethernet-коммутаторов.
 
 
  • Базовый пакет коммутатора уровня 3, предназначенный для маршрутизаторов и коммутаторов класса branch-office и LAN-to-LAN (ЛВС-ЛВС).
 
 
 
  В Базовый пакет коммутатора уровня 2 входят: агент SNMPv1, MIB-II, MAC Bridge MIB, образец Enterprise MIB, протокол Spanning Tree Protocol (IEEE 802.1D), управляющая оболочка shell, протоколы IP, UDP, TCP и типовой пакет Board Support Package.

 
  В Расширенный пакет коммутатора уровня 2 входят все компоненты Базового пакета коммутатора уровня 2 плюс RMON1 (группы 1-9), Ether-like и FDDI MIBs, VLAN (IEEE 802.1Q), GARP, GVRP, GMRP, поддержка приоритетных очередей priority queuing (IEEE 802.1p) и управляющий web-интерфейс.

 
  В Базовый пакет коммутатора уровня 3 входят все компоненты Расширенного пакета коммутатора уровня 2 плюс IGMP, OSPFv2 и RIPv1/v2.

 

Tornado for Internet Appliance среда разработки встроенного ПО интернет-устройств

  Заглянув утром в холодильник, Вы обнаружили, что пора пополнить запас продуктов. На дверце холодильника экран. Вы заходите в интернет на сайт доставки продуктов и заказываете необходимый комплект. Разговаривая по телефону с любимой девушкой, Вы узнаете, какой фильм она хочет сегодня посмотреть, с экрана Вашего телефона заходите на сайт, где помещён репертуар кинотеатров, и заказываете билеты на удобный сеанс.

 
  Устройство доступа в интернет Internet Appliance не относится к обычным компьютерам. Это стационарные и мобильные телефоны, телевизионные приставки, веб-блокноты, фото- и видеокамеры сегодня даже трудно предсказать, с чего человеку в будущем захочется выходить в Сеть. По данным International Data Corporation, объем выпуска некомпьютерных устройств, с помощью которых можно будет выходить в Интернет, возрастет с 11 млн. в 1999 до 89 млн. в 2004 году. И хотя интернет-устройство не является компьютером в привычном смысле этого слова, в него встроено сложное программное обеспечение, требующее наличия операционной системы и развитых средств разработки прикладного ПО.

 
  Таким развитым программным инструментарием является ПО Tornado for Internet Appliance комплект средств разработки встроенного ПО интернет-устройств, в который входят (рис.6): операционная система VxWorks, исполнительная Java-среда PersonalJWorks, базовая клиент/серверная архитектура WindStorm, веб-браузер, email-клиент и PIM (Personal Information Manager). Клиентская часть Tornado for Internet Appliance предназначена для производителей интернет-устройств. Серверная часть предназначена для интернет-провайдеров.

 
 
 

Tornado for I2O: каждому сетевому серверу интеллектуальную подсистему ввода/вывода

  Уверен, что вызову недоумение читателя, сказав, что во многих сетевых серверах работает операционная система реального времени. Не удивляйтесь: речь идет не о центральном процессоре, на котором работает сетевая операционная система (Windows или UNIX), а о локальном микропроцессоре дискового или сетевого адаптера, на котором работает операционная система VxWorks. В функции встроенной в адаптер ОС входит организация обмена информацией между центральным процессором сервера и локальным процессором адаптера по стандарту Интеллектуального Ввода/Вывода I2O Intelligent Input/Output.

 
  Стандарт I2O разработан и поддерживается ассоциацией I2O Special Interest Group (www.i2osig.org). В нём определяется протокол обмена сообщениями между центральным процессором сервера, работающим под управлением сетевой операционной системы, и локальным процессором подсистемы ввода/вывода, работающим под управлением операционной системы реального времени. Сегодня многие производители старших и средних моделей сетевых серверов с архитектурой Wintel применяют I2O-совместимые контроллеры дисковых массивов, многоканальные сетевые адаптеры и другие подсистемы, которые обеспечивают высокую производительность операций ввода/вывода. Как правило, в качестве процессора ввода/вывода применяется Intel 960Rx, который иногда устанавливается непосредственно на материнской плате. Так что, если Вы увидели на платах Вашего сервера микропроцессор Intel 960Rx, то знайте, что на нем установлена операционная система ввода/вывода IxWorks специализированная версия ОС VxWorks с поддержкой стандарта I2O.

 
  Для разработки встроенного ПО интеллектуальных подсистем ввода/вывода, базирующихся на операционной системе IxWorks, поставляется интегрированная инструментальная среда Tornado for I2O.

 

VxWorks AE (Advanced Edition) операционная система для встраиваемых систем высокой надежности

  Человеческое общество становится все более зависимым от окружающих его встроенных компьютерных систем. Едем ли мы в транспорте, звоним ли по телефону или проходим (не дай Бог) медицинское обслуживание, мы сталкиваемся со встроенными в телекоммуникационное, промышленное или медицинское оборудование компьютерными системами. Эти системы должны быть неизмеримо более надежными, чем обычные офисные компьютеры, потому что сбои в их работе чреваты, в лучшем случае, финансовым ущербом, а в худшем, создают угрозу жизни людей.

 
  Надежность встроенных компьютерных систем во многом определяется надежностью встроенного программного обеспечения и, в первую очередь, надежностью встроенной операционной системы. До настоящего времени коммерческие операционные системы реального времени не имели средств для построения систем высокой надежности и отказоустойчивости и все применяемые решения были, что называется, «in-house developed», т.е. разрабатывались самими производителями встроенных компьютерных систем.

 
  Новая версия операционной системы VxWorks VxWorks AE (Advanced Edition) первая коммерческая ОС реального времени, предназначенная для построения высоконадежных отказоустойчивых систем. В отличие от обычной VxWorks, VxWorks AE построена по технологии «Protection Domain», позволяющей изолировать ядро операционной системы от приложений и приложения друг от друга. ОС VxWorks AE включает в себя средства обнаружения и изоляции отказов и восстановления после отказов и поддерживает технологии построения систем высокой готовности с коэффициентом готовности «пять девяток» 99,999%. ОС VxWorks AE портирована на ведущие CompactPCI-платформы высокой готовности, такие как CPX8000 компании Motorola Computer Group.

 

Бесплатный пакет Tornado Prototyper новая технология разработки проектов

  Компания Wind River крупнейший производитель средств разработки программного обеспечения для встраиваемых систем: объем продаж за 2 квартал 2000 года превысил $100 млн. Ближайшие конкуренты имеют объемы продаж на порядок меньше. Несмотря на это, Wind River делает новые шаги по расширению круга пользователей своих базовых продуктов операционной системы реального времени VxWorks и интегрированной инструментальной среды Tornado.

 
  Теперь разработчики встраиваемых систем могут бесплатно загрузить через Интернет комплект Tornado Prototyper, который включает в себя полную инструментальную среду Tornado и симулятор операционной системы VxWorks, работающие в среде Windows. Это предложение коренным образом меняет технологию выполнения проектов схема «покупка-разработка-производство» заменяется схемой «разработка-покупка-производство». Проект может быть полностью разработан в Tornado Prototyper, а затраты на приобретение кросс-версии VxWorks/Tornado требуются только на этапе производства готового продукта. Такая схема очень привлекательна для российских фирм-разработчиков встраиваемых систем, вынужденных выполнять проекты в условиях неопределенности спроса на их продукт и вследствие этого не идущих на большие стартовые затраты до появления гарантированного заказа. Комплект Tornado Prototyper может также использоваться для обучения и подготовки специалистов по программированию встраиваемых систем.

 
  Кроме Tornado и симулятора VxWorks, в комплект Tornado Prototyper входит динамический анализатор системных событий WindView мощное средство визуализации и отладки в реальном масштабе времени. Пользователи, загрузившие Tornado Prototyper, получают доступ к онлайновой системе технической поддержки WindSurf и сетевой конференции пользователей Tornado Prototyper. Для загрузки Tornado Prototyper зайдите на сайт www.vxworks.ru.

 

Заключение

  Доктрина информационной безопасности РФ предусматривает развитие защищенных телекоммуникационных систем, обладающих средствами предотвращения несанкционированного доступа к обрабатываемой информации и специальных воздействий, вызывающих разрушение, уничтожение, искажение информации. Создание таких систем невозможно без владения внутренним программным обеспечением телекоммуникационного оборудования. Широко распространенное в настоящее время в России оборудование зарубежного производства является «закрытым» и не позволяет полностью контролировать поведение внутреннего ПО. Только собственные отечественные разработки могут гарантировать отсутствие «специальных воздействий». Доктрина ИБ РФ открывает новые возможности для отечественных разработчиков телекоммуникационного оборудования. Желаю Вам не упустить эти возможности и грамотно использовать аутсорсинг готовых стандартных аппаратных и программных компонентов.

 

Об авторе

  Демьянов Алексей Владимирович директор по маркетингу ЗАО «РТСофт» и руководитель направления»Средства разработки встраиваемых микропроцессорных систем».

21.04.2014