西门子MindSphere技术白皮书
西门子MindSphere技术白皮书西门子MindSphere技术白皮书白皮书| MindSphere简介物联网(oT)两门子预测物联网(oT)将带来巨大的机遇。物联网的价值在于连接真实世界和虚拟的数据世界。数字化转型将开辟新的业务模式。在物联网中,数丨亿物品都有其地址,并与玍联网相联。它们可将数据传送至厶进行处理,并可通过应用程序进行管理和控制。计算机的微型化、传感器的廉价化、网终的无所不在性和“智能”设备的可用性越米載高,将使这一情景变成现实。其应用示例涵盖了从网络车辆到健身数据跟踪工具,从智能家居刭智能农业等领域在软硬件结合方面,西门了的成功经验举世公认-包括生产、铁路管理、交通管理和分布式供电系统等领域的自动化解决方案。这些均是必须有监视和控制功能的复杂系统:它们具备真实世界和数字世界中的组件,通常涉及关键的基础设施。此类领域的客户对数据安仝性、可靠性、耐用性和保护性的期望非常高。此外,他们还希望采用数字化技术在不损害现有系统的前提卜加强有设备的功能。这止是西门了为什么要详绀描述物联网概念在⊥业上的应用。在这种方案中,设备和机器(例如,由西门」子生产的)以及它们在系统中的交互处于数字互联工业应用的中心地位。西门子正在将这一方案用于大量项日中。具体示例包括:汉堡、哥德堡和斯德哥尔摩正在使用的电动公交车充电系统。在该系统中,公交车内部的电气组件、快速充电站和受电弓等全鄙组件均通过Web进行通信并对充电过程实施协同。圣彼徳堡的供水管网优化项目。它通过一个智能传感器网络来帮助检测滴漏并将泵的能耗降低至最低程度。项日的重点在于集成已有的控制系统。现在,位」维也纳阿斯城滨湖的廾发项目凵经成功地将智能变压器用」智能电网智能城市能源管理风力发电mrm有了电力和天然气数字化工厂loT发电服务过程工业与驱动汽车楼宇技术医疗本白皮书的发有者:西门子生命周期管理软件公司-非限制性文档白皮书| MindSphere物联网是西门子数字化战略的基石。物联网已具备技术可行性,该方案也具各可转让性;所有这一切为西门子公司及其在各个行业的客户开创了全新的业务机遇-无论这些客户属于能源公用设施、交通控制、楼宇、制造业还是其它工业领域。数字化随着世界互联程度的日益提高,数字化(采用数字技术实现ψ务运营方式的转换)已经成为保持公司竞争力的关键技术手段。数宇化有望降低生产成木,提高生产质量、生产灵活性和生产效率,缩短对客户需求和市场需求的响应时间,同时,还开创了全新的创新性业务机遇数字企业已经成为现实;公司正通过数字化转型获得利润和发展机遇-这一过程要求整个价值链都实现无缝数据集成。产海量数据的数十亿智能设备正在推动例如工业4.0和物联网等创新技术。如何将这些数据转变成价值是一个关键的成功因索西门子正在利用基于电气化、自动化和数字化的数字技术应对这些挑战。数字化西门子数字化服务西门子软件Mind Sphere自动化只面采用数字化增强的电气化和自动化电气化@数字化进程正在重塑各个工业领域。随着计算、物联冈和其它相关技术的迅猛发展,企业现在可以实时采集、分析大数据,从中获得可以引导业务决策的可付诸行动的信息。西门子在自动化和电气化领域的经验和专家知识正在帮助企业应对这些挑战数字化是一个关键的技术手段,可让企业在未持续保持竞争力。这既适用小型公司,也适用只备全球性业务的大公司。日益变短的创新周期,意味着上业企业必须持之以恒地缩短产品丌发和产品生产吋间。这要求在整个价值链-从产品构想到实际产品直到产品维修-都实现无缝数据集成。利用数字化提供的机遇更快、更灵活地响应客户的需求,将公获得市场优势。白皮书发布者:西门子生命周期管理软件公司-非限制性文档白皮书| Mind Sphere西门子惠及客户的整个价值链数据分析实现更高水平的生产率和上市时灵活性和适应性可用性和效率。人工智能设计和工程组态自动化和运营维护和服务]仿真1具C云和平台技术安全连接网络安全确保工业级网络安全作为一个全球性制造企业,西门子对客户的理解绝对不会局限于表面层次。西门子依托自有经验理解客户如何才可以更快、更灵活地以最髙效率和最佳质量将产品推向市场-换句话说,就是通过产品硏发的虚拟世界与真实的制造世界之间的完美协同。四门子是当前市场中哐—一个集最新产品生命周期管理软件、功能强大的自动化技术和服务于一身的公司。凭借在世界各地安装的数以百万计西门子设备(3000万个自动化系统、7000万个智能仪表、80万个关联品),西门子及其合作伙伴可利用 MindSphere丰富的应用程序接口(AP)开发高价值应用,并基于深厚的行业知识和经验交付数字化服务设计和程组态自动化和运营维护和服务西门子软件西门子数字化服务Mind sphere-物联网操作系统采用数字化增强的电气化和自动化数字化双胞胎除了连接西门子设备外,客户还利用西门子软件来设计、仿真和生产数以百万计的、支持物联网的产品。这些产品涵盖高技术电子产品、消费类产品、汽车、航空航天和其它大量工业领域。西门子是产品生命周期(PLM)软件和制造运营管理(MOM)软件的仝球领先供应崗。其系统和服务遍及仝球,分发的授权超过1500万个,全球客户数超过了140000个-全球尚没有哪一个物联网提供商可以像西门子一样地通过用于产品、生产和绩效的全数字化双孢胎推动闭环创新5本白皮书的发有者:西门子生命周期管理软件公司-非限制性文档白皮书| MindSphereMindsphereMind Sphere是西门子推出的、基于云的开放式物联网操作系统。融合真实世界与数字化世界,使利用强大的工业应用和数字化服务驱动商业成功成为可能。 MindSphere的开放式半台即服务(PaaS)使卡富的合作伙伴生态系统开发和交付新应用成为可能。将数字化和物联网数据转化为生产运营成果是 Mindsphere的核心驱动力。基于 MindSphere构建的高价值行业应用,可通过基于最佳实践解决方案获得重人成果。此外,个业还可利用 Mindsphere将产品的构思、实现和利用封閉成一个环,将运营数据无缝集成到整个价值链中-不仅可以提高运营效率,而且还可以实现仿真和测试结果与实际观察结果之间的比较。本白皮书从四个重要的方面描述 Mind Sphere的功能和优点:快速、方便地融合真实世界与数字化世界基于开放的半台即服务(PaS)创造强大的合作伙伴生态系统利用强大的领域专用行业应用和数字化服务推动业务成功采用全数字化双胞胎实现无与伦比的闭环创新Mind Sphere作为完整数字化战略的一部分,可以探索新的解决问题的方法,计仚业思考创新性的商业模式。白皮书发布者:西门子生命周期管理软件公司-非限制性文档白皮书| MindSphere融合真实世界与数字化世界目前互联网上连接了80亿个设备。2030年,这一数字将达到10000亿。水源:2016世界经济论坛互联是物联网领域的主要话题之一。全球已经安装了数百万个西门子设备、资和自动化系统。这些设备、资产和自动化系统涉及到电丿发电、能源管理、交通运输、工业牛产以及楼宁技术等领域。人多数情况下,可以获取特定场景下的数据,但尚能挖掘其中的价值。西门子将向现有系统提供插件和扩展程序,使Mind Sphere可以方便地连接这些插件和扩展程序以利用这些数据西门子一直稳定地交付数百万个新型设备、资产和自动化系统。这些设备、资产和自动化系统在交付时就集成了 MindSphere连接功能,因此,安装后即可获得数据产生的价值。借助开放通信标准,其它供应商提供的设备、资产和自动化系统也可以将数据传送全 MindSphere。这确保同·方法的可用性,并可以对数据分析技术采用此前无法使用的组合运用。除了西门子系统外,采用西门子PLM数字化企业软件套装和制造软件进行产品设计、开发和制造的企业也可为其客户提供数十亿个文持物联网功能的产品,例如笔记本电脑、计算机、电视、汽车、卡车、飞机、重型设备、健身设备和白色家电等产品。这些产品中的物联网数据源自大量各种不同数据源。西门子展望Mind Sphere将连接大量各种不同物联网源设备,从而可以收集这些产品的相关数据,并将其用于MindSphere应用。Mind Sphere1回交通运输能源管理运营公月设备个可持续性本白皮书的发有者:西门子生命周期管理软件公司-非限制性文档白皮书| MindSphere可以连接到 MindSphere上的设备类型几乎是无穷无尽的,并且 MindSphere将会支持大多数主流开放连接标准能源例如,涡轮机、风力发电机、蓄电池、智能电表、变电站、压缩机交通运输例如,火车、地铁车站、船舶、卡车、行李车、集装箱工业生产例如,机床、输送机、控制裝置、传动装置、泵、阀楼宇技术例如,采暖、通风、空调、照明、门禁安全、消防安全医疗例如,医疗设各、植入设备、医院其他例如,农业、智能家居、零售髙价值App将利用米自各种不同源的数据向 Mindsphere用户提供独特的价值。Mind Sphere采用了简洁、清晣的结构,可以使用户忺速地将其资产连接到云,并从其物联网数据获得相关价值。SIEMENS3∷∴∷ MindSphere∷∷为了实现用户数据端至端的集成,仝业首先必须将其资产连接到数字化世界。⊥厂、机器和系统所产生的原始数据,如果事先没有对其实施连接、采集和管理,将不能得到全方位的深入分析MindConnect,轻松实现安全连接为了简便、安全地将资产连接到 MindSphere,西门子提供了系列丰富的 MindConnect组件。 Mind Connect组件是软件和庋或硬伫解决方案,它们使即插即用连接成为可能,从而可以收集相关数据,例如将能量计、移动设备(火车等)、空调、各种传动装置和输送系统的状态数据按设定的间隔传输到 Mind Sphere。这使得仝业可以快速、经济地收集性能数据,并将它们发送给 MindSphere以进行分析。白皮书发布者:西门子生命周期管理软件公司-非限制性文档白皮书| MindSphereMindSphere可使客户可以快速展开相关工作Mind Sphere可以帮助客户快速实现其数字化商业模式。无需编程技术,也个需要关停设备每个客户都有一个可定制型登录功能。主页面简洁、清晰,仅显示建立连接时所需要的功能(“资产组态"( Asset Configuration)、管理员客户端与用户登录功能(“客户管理( Customer Management)和"用户管理”( User Management))和 MindApp利用 Mind connect组件的即插即用连接,客户可以快速地使用 MindSphere。貝体过程如下设置并连接 Mindconnect组件组态需要发送给 MindSphere的数据利用集成有规则引擎的 Fleet Manager进入第一个界面并定义相关操作SIEMENSInghuiyf-Lfe23第1步迕接|获得 MindSphere用尸帐号,接收数据接入网关并将它集成到机器/备中第2步组态|利用 Mind Sphere对数据采集功能,连接和可视仁分析器进行组态第3步正棠使用|监视全部设备的健康状念信息:采用 Fleet Manager查看详细的信息MindSphere使客户可以快速展开相关工作开放式连接标准开放的标准和接∏使得从各种不同制造商所生产的资产、设备和系统抉得相关数据成为可能。 Mind connect基于已经建立的工业标准确保可以进行可靠的、独立于制造商的通信。这些标准中有一个名为OPC统架构(○PCUA)标准。该标准是由OPC基金组织制定的、用于实现工业自动化交互性的机器-机器通信协议。对于本文此前描述的各种不冋资产类型的其它标准和协议,将由西门子或其合作伙伴提供相应支持。Mind connect软件具备良好的可扩展性,可以方便地适应各种不同资户类型、协议和通信标准。通过这些扩展, MindSphere客户可以对两门子和其它第三方支持 MindSphere的资产实施全球性访问,并通过嵌入式连接或辅助连接高效地从中提取数据。这将给各种供应商制造的各种资产连接至 MindSphere提供了无尽的可能性。此外, Mind connect库还可协助开发人员将定制型软件代理连接至 Mind connet ap:·库的代码很短,可以方便地集成第三方设备资产·可以定制数据采集功能本白皮书的发有者:西门子生命周期管理软件公司-非限制性文档白皮书| MindSphere·可将数据直接发送给 Mind Sphere,无需掌握任何 Internet协议知识可以简化 MindSphere的通信与调试过程。安全通信Mind connect组件采用了相关安全机制,只允许连接 MindSphere平台并将数据发送给该平台。它通过安全证书验证识别 Mind Sphere后端。对于 Mind connect组件所采用的证书和密钥,通过证书和密钥管理措施进行处理。登录期间, Mind cannect组件必须通过 MindSphere的认证过程。该认证过程完成后,双方即就后续通信所采用的加密密钥达成一致。因此, Mind Sphere平台被设计成只接收来自合法 Mindconnect组件的数据:合法 Mindconnect组件指登录期间成功地完成了认证过程的 MindConnect组件与 MindSphere进行加密通信随着数字化稈度的日益提高,综合性应用安全方案的重要性也越来越人。对于纵深防御,西门子按照丨SA99EC62443和面向工业的信息安全标准lsO27001/BS的建议提供了一种与信息安全、网络安全和系统完整性有关的多层方案。通信数据始终采用不低于256位的 SSL/TLS进行加密。Mind connect组件与 MindSphere平台之间的全部通信都采用传输层安全(TLS)1.2标准进行加密。对于TLS的组态,将会定期检查,使其符合适用的西门子信息安仝指南。这有助于防止中间人攻击和对Mindsphere平台通信实施的各种篡改行为。例如, Mind Connect nano只通过已经建立的、连接至 MindSphere平台的 Https对外连接进行基于Https的、与防火墙友好的互联网出站通信( Https端口443)(该连接的建立由 Mindconnect nano而非 MindSphere半台发起)。即使史新了 Mind connect nano上的固件,仍然遵守“仅出站”规则。最高机密性MindSphere客户是数据的拥冇人,并负责控制杈限级别。 MindSphere提供髙安全数据环境,允诈数据拥有者可对数据访问权限级别进行完全控制。数据保存在由领先的云数据中心合作伙伴(aS)提供的高安全基础设施中。这些专业的laaS提供商可以提供比典型的现玚和本地数据存储设施高得多的安全标准。此外,还通过分离租用者对数据访问权限实现严格管理,从技术上仅允许已经分配的租用拥有者(数据拥有者)进行数据访问。Mind Sphere开发时将数据安全冒于最高优先级,设计了访问保护、分段和加密通信、防篡改保护和机密性保护等功能。客户可确信对自凵的数据进行完仝的访闩控制。白皮书发布者:西门子生命周期管理软件公司-非限制性文档
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FreeRTOS中文入门手册
FreeRTOS中文入门手册方便初学者入门学习，讲的很好，很值得学习第一章任务管理Designed For Micr。 contr。11exs;概览附录中提供了使用源代码的实用信息小型多任务嵌入式系统简介不同的多任务系统有不同的侧重点。以工作站和桌面电脑为例:·早期的处理器非常昂贵,所以那时的多仟务用于实现在单处理器上支持多用户。这类系统中的调度算法侧重于让每个用户公平共享处理器时间。随着处理器功能越来越强大,价格却更偏宜,所以每个用户都可以独占一个或多个处理器。这类系统的调度算法则设计为计用户可以同时运行多个应用程序,而计算机也不会显得反应迟钝。例如某个用户可能同时运行了一个字处理程序,一个电子表格,一个邮件客户端和一个浏览器,并且期望每个应用程序任何时候都能对输入有足够快的响应时间。桌面电脑的输入处珒可以归类为软实时。为了保证用户的最佳体验,计算机对每个输入的响应应当限定在一个恰当的时间范围——但是如果响应时间超出了限定范闱,并不会让人觉得这合电脑无法使用。比如说,键盘操作必须在键按下后的某个时间内作出明显的提示。但如果按键提示超出了这个时间,会使得这个系统看起来响应人慢,而不致于说这台电脑不能使用。仅仅从单处理器运行多线程这一点来说,实时嵌入式系统中的多任务与桌面电脑的多任务从概念上来讲是相似的。但实时嵌入式系统的侧重点却不同于桌面电脑特别是当嵌入式系统期望提供硬实时行为的时候。硬实时功能必须在给定的时间限制之内完成——如果无法做到即意味着整个系统的绝对失败。汽车的安全气囊触发机制就是一个硬实吋功能的例子。安全气囊在撞击发生后给定时间限制内必须弹出。如果响应时间超出了这个时间限制,会使得驾驶员受到伤害,而这原本是可以避免的大多数嵌入式系统不仅能满足硬实时要求,也能满足软实时要求。Designed For Micr。 contr。11exs;术语说明在屮,每个执行线程都被称为任务。在嵌入式社区屮,对此并没有个公允的术语,但我更喜欢用任务而不是线程,因为从以前的经验米看,线程具有更多的特定含义本章的目的是让读者充分了解:在应用程序中,如何为各仟务分配处理时间。●在任意给定时刻,如何选择任务投入运行。●任务优先级如何影响系统行为。●任务存在哪些状态。此外,还期望能够让读者解:●如何实现一个任务。●如何创建一个或多个任务的实例●如何使用任务参数。如何改变一个已创建任务的优先级●如何删除任务。●如何实现周期性处理。空闲任务何时运行,可以用来干什么本章所介绍的概念是理解如何使用的基础,也是理解基于的应用程序行为方式的基础——因此,本章也是这本书中最为详尽的一章Designed For Micr。 contr。11exs;任务函数任务是由语言数实现的。唯一特别的只是任务的函数原犁,其必须返回而且带有一个指针参数。其数原型参见程序清单。void ATaskFunction( void *pvParameters )程序清单任务函数原型每个任务都是在自己权限氾围内的一个小程序。其具有程序入口,通常会运行在一个死循环中,也不会退出。一个典型的任务结构如程序清单所示。仟务不允许以任何方式从实现函数中返回一一它们绝不能有条语句,也不能执行到函数末尾。如果一个任务不再需要,可以显式地将其删除。这也在程序清单展现个任务函数可以用来创建若干个任务—创建出的任务均是独立的执行实例,拥有属于自己的栈空间,以及属于自己的自动变量栈变量,即任务函数本身定义的变量v。 d ATaskFunction(v。1d* pArameters)/*可以像普通函数一样定义变量。用这个函数创延的每个任务实例都有一个属于自己的 vAria1b1 eExamp1e变量。但如果 varial1e3 xample被定义为 static,这一点则不成立-这种情况下只存在一个变量,所有的任务实例将会共享这个变量。int ivariableExample =0;/*仨务通常实现在一个死循环中。*/for(ii)/*完成任务功能的代码将放在这里。*//*如果任务的具体实现会跳出上面的死循环,则此任务必须在函数运行完之前朋除。传入NUL参数表示删除的是当前任务*vTaskDelete( NULL程序清单典型的任务函数结构Designed For Micr。 contr。11exs;顶层任务状态应用程序可以包含多个任务。如果运行应用程序的微控制器只有一个核那么在任意给定时间,实际上只会有一个仼务被执行。这就意味着一个任务可以有一个或两个状态,即运行状态和非运行状态。我们先考虑这种最简单的模型——但请牢记这其实是过于简单,我们硝后将会看到非运行状态实际上又可划分为若千个子状态。当某个任务处于运行态时,处理器就正在执行它的代码。当一个任务处于非运行态时,该任务进行休眠,它的所有状态都被妥善保存,以便在下一次调试器决定让它进入运行态时可以恢复执行。当任务恢复执行时,其将精确地从离开运行态时正准备执行的那一条指令开始执行。A tasks that areOnly one tasknot currentcan be in theRunning are in theRunning state atNot Running Stateany one timeNot RunningRunning图顶层任务状态及状态转移任务从非运行态转移到运行态被称为切换入或切入或交换入相反,任务从运行态转移到非运行态被称为切换出或切出或交换出的调度器是能让任务切入切出的唯一实体。Designed For Micr。 contr。11exs;创建任务函数创建仟务使用的函数这可能是所有数中最复杂的函数,但不幸的是这也是我们第一个遇到的函数。但我们必须首先掌控任务因为它们是多任务系统中最基本的组件。本书中的所有示例程序都会用到,所以会有人量的例子可以参考。附录:描述川到的数据类型和命名约定。portBASE TYPE xTaskCreate( paTASK CODE pvTaskCodeconst signed port CHAR conist pcNameunsigned portSHORT usstackDepthunsigned portEASE TYPE uxPriorityxTaskHandle *pxCreatedTask程序清单函数原型表参数与返回值参数名描述任务只是永不退出的函数,实现常通常是个死循环。参数只一个指向任务的实现函数的指针效果上仅仅是函数名具有描述性的任务名。这个参数不会被使用。其只是单纯地用于辅助调试。识别一个具有可读性的名字总是比通过句柄来识别容易得多。应用程序可以通讨定义常量来定义任务名的最大长度—一包括结朿符。如果传入的字符串长度超过了这个最大值,字符串将会自动被截断。Designed For Micr。 contr。11exs;当任务创建时,内核会分为每个任务分配属于任务自己的唯一状态。值用于告诉内核为它分配多人的栈空间。这个值指定的是栈空间可以保存多少个字,而不是多少个字节比如说,如果是位宽的栈空间,传入的值为则将会分配字节的栈空间。栈深度乘以栈宽度的绩果万不能超过~个类型变量所能表达的最人值。应川程序通过定义常量来决定空闲任条任用的栈空间大小。在为微控制器架构提供的应用程序中,赋予此常量的值是对所有任务的最小建议值如果你的任务会使用大量栈空间,那么你应当赋予一个更大的值。没有任何简单的方法可以决定一个任务到底需要多大的栈空间。计算出来虽然是可能的,但人多数用户会先简单地赋予一个自认为合理的值,然后利用提供的特性来确证分配的空间既不欠缺也不浪费。第六章包括了一些信息,可以知道如何去查询任务使用了多少栈空问。仟务函数接受一个指向的指钅的值即是传递到任务中的值。这篇文档中的一些范例程序将会示范这个参数可以如何使用指定任务执行的优先级。优先级的取值范围可以从最低优先级到最高优先级是一个由用户定义的常量。优生级号并没有上限除了受限于采用的数据类型和系统的有效内存空间,但最妊使用实际需要的最小数值以避免内在浪费。如果的值超过了,将会导致实际赋给任务的优先级被自动封顶到最大合法值。Designed For Micr。 contr。11exs;用于传出任务的句柄。这个句枢将在调川中对该创建出来的任务进行引用,比如改变任务优先级,或者删除仟务。如果应用程序中不会用到这个任务的包柄,则川以被设为返回值有两个可能的返回值:表明任务创建成功。由于内存堆空间不足,无法分配足够的空间来保存任务结构数据和任务栈,因此无法创建任务。第五章将提供更多有关内存管理方面的信息。例创建任务附录:包含一些关于示例程序生成工具的信息。本例演示了创建并启动两个任务的必要步骤。这两个任务只是周期性地打印输出守符串,采用原始的空循环方式来产生周期延迟。两者在创建时指定了相同的优先级,并且在实现上除输出的字符串外完全一样—程序清单4和程序清单5是这两个仟务对应的实现代码。Designed For Micr。 contr。11ers;
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