Причины смешивания управляемого и неуправляемого кодов

1. Как и в других средах, где проводится автоматическая сборка мусора (таких как JavA, во время выполнения часто снижается производительность из-за накладных расходов на отслеживание использования объектов (отслеживание ссылок) и удаление их в нужное время.

2. Нежелательным эффектом, который часто ассоциируется с автоматической сборкой мусора, является повышение объема физической памяти, требуемой для хранения объектов, которые могут быть удалены, но еще не удалены сборщиком мусора. Более агрессивные схемы сборки мусора проигрывают в производительности, а менее агрессивные — в избыточном использовании памяти. В традиционной программе C++ программист сам решает, когда именно каждый объект удаляется из динамически распределяемой области памяти. Такой подход потенциально позволяет программисту написать программу, которая одновременно выиграет и в производительности, и в использовании памяти.

3. Если имеются приложения Win32, написанные на языке C++, которые течение некоторого периода времени нужно преобразовать в приложения .NET. Тогда, в течение переходного периода, будет существовать программа, содержащая смесь управляемого и неуправляемого кода.

4. Наиболее весомым аргументом является то, что для управляемого кода пока не создано расширения реального времени для Windows. Поэтому компоненты поддерживающие работу в реальном времени разрабатываются в неуправляемом коде.

Рассмотрим пункты 1 и 2 этого списка. В большинстве программ вопросы производительности наиболее эффективно решаются за счет оптимизации относительно небольших, но критичных фрагментов программы. Таким образом, часто имеет смысл изначально реализовать программу, используя управляемые расширения (или даже С# или VB.NET), a затем, после внимательного анализа производительности, те участки программы, которые окажутся критичными, могут быть оптимизированы с использованием неуправляемого кода на C++. 

Вопросы

1. Особенности управляемого кода, CLR, возможность создание неуправляемого кода на платформе .Net.

2. Сборка мусора в .NET Framework.

3. Ограничения по использованию управляемых типов в C++.

4. Причины смешивания управляемого и неуправляемого кодов.

Лекция № 17-18. Платформа автоматизации CoDeSys.

Основные возможности системы CoDeSys.Основные возможности системы CoDeSys. Базовая структура проекта и его элементы. Визуальная разработка и отладка управляющих программ. Инструментарий разработки. Целевая визуализация процессов управления.

Основные возможности системы CoDeSys.

На сегодняшний день лидирующие позиции на рынке систем программирования МЭК занимает комплекс CoDeSys немецкой компании 3S_Smart Software Solutions GmbH. Его применяют 190 компаний во всём мире, большинство из этих компаний – ведущие изготовители оборудования и/или систем промышленной автоматизации. В Казахстане ПЛК с CoDeSys хорошо известны специалистам, диапазон продукции, выпускаемой под управлением этих ПЛК, огромен: от сигарет, соков и жевательной резинки до немецких автомобилей, оборудования малых и больших судов.CoDeSys включает 5 специализированных редакторов для каждого из стандартных языков программирования: Список Инструкций (IL), Функциональные блоковые диаграммы (FBD), Релейноконтактные схемы (LD), Структурированный текст (ST), Последовательные функциональные схемы (SFC). Редакторы поддержаны большим числом вспомогательных инструментов, ускоряющих ввод программ. Это ассистент ввода, автоматическое объявление переменных, интеллектуальная коррекция ввода, цветовое выделение и синтаксический контроль при вводе, масштабирование, автоматическое размещение и соединение графических элементов.В одном проекте можно совмещать программы, написанные на нескольких языках МЭК, либо использовать один из них. Никаких особых требований по выбору языка нет. Он обусловлен исключительно личными предпочтениями. В России наиболее популярен язык ST. Это текстовый язык, представляющий собой несколько адаптированный Паскаль. Второе место по популярности занимает графический язык FBD, далее следует язык LD.Помимо средств подготовки программ, CoDeSys включает встроенный отладчик, эмулятор, инструменты визуализации и управления проектом, конфигураторы ПЛК и сети. Как средство программирования ПЛК CoDeSys можно разделить на 2 части: среду программирования и систему исполнения. Среда программирования функционирует на персональном компьютере в среде Windows:

Рис. 18 Среда программирования и систему исполнения в CoDeSys.

Поскольку CoDeSys дает машинный код, поддержка его исполнения достаточно проста и по минимуму сводится к набору функций поддержки ввода-вывода и отладки. Система исполнения функционирует в ПЛК и обеспечивает загрузку код прикладной программы, "горячее" обновление кода, отладку, управление задачами и ряд сервисных функций. Система исполнения поставляется 3S изготовителям ПЛК (OEM) в виде исходных текстов. Это позволяет максимально эффективно реализовать поддержку аппаратных средств, без каких либо промежуточных механизмов. Изготовителю оборудования требуется, дописать аппаратно-зависимые функции ввода-вывода, возможно, отредактировать функции поддержки канала связи на физическом уровне (через API при наличии ОС) и функции записи кода прикладной программы в ППЗУ (Flash, диск и др.). Далее он компилирует готовую систему исполнения и помещает ее код в ПЗУ (или на загрузочный диск) своего ПЛК.

Концепция CoDeSys

В основу CoDeSys положено несколько важных идей, которые выделяют его в группе лидирующих комплексов МЭК. CoDeSys изначально задумывался как инструмент для профессионального применения и поэтому он не содержит каких-либо ограничений в реализации языков МЭК. Напротив, он включает ряд дополнений, не предусмотренных стандартом (языки CFC и упрощенный SFC, поддержка указателей и действий в функциональных блоках). CoDeSys компилирует прикладные программы в машинный код, поэтому создаваемые пользователями программы имеют наивысшее быстродействие. Комплекс CoDeSys активно развивается, в настоящее время он уже включает целый ряд расширений, таких, как система контроля версий проекта (ENI), средства для создания приложений управления движением (SoftMotion), web-визуализация, библиотеки наиболее популярных функций, например таких, как регуляторы. Важным фактором здесь является то, что компания 3S молода и динамична, и её основатели сами продолжают активнейшую работу над развитием CoDeSys, ведь очевидно, что плоды наёмного труда и творческого вдохновения всегда будут отличаться. С первых лет своей работы компания 3S исключительно активно привлекает пользователей к творческому процессу. Компания ежегодно проводит конференции изготовителей и пользователей ПЛК, на которых обсуждаются не только текущие проблемы, но и оригинальные идеи развития комплекса. До 80% новшеств CoDeSys предложены именно пользователями. В настоящее время идёт активнейшая работа над принципиально новой версией комплекса CoDeSys. Она включает целый ряд передовых идей, включая поддержку объектно-ориентированного программирования на языках МЭК.

Использование CoDeSys предъявляет определённые требования к изготовителю ПЛК, связанные с реализацией одной из ключевых идей CoDeSys – переносом большей части проблем, возникающих при программировании контроллера, с пользователя ПЛК на изготовителя. В чём же проявляются эти требования? Обеспечение развитых сервисных функций требует наличия системы исполнения (специализированной операционной системы), размещённой в ПЛК, а это означает, что пользователь не может взять любой ПЛК и программировать его в CoDeSys. Предварительно изготовитель контроллера должен встроить в свой ПЛК специальным образом настроенную систему исполнения CoDeSys SP. Такая бизнес-модель требует определённых затрат и предварительного выполнения высококвалифицированной работы изготовителем ПЛК, принявшим решение выпускать контроллеры, поддерживающие CoDeSys. Достоинством этой модели является абсолютная ориентация на пользователя ПЛК, который получает полностью готовый для работы контроллер и не должен ничего дополнительно приобретать или лицензировать. Поддержка CoDeSys поэтому является верным признаком не только высокого технического уровня изготовителя ПЛК, но и выражает желание изготовителя обеспечить пользователю своих ПЛК максимально эффективные условия для работы. Идея поддержки пользователя ПЛК заложена и поддерживается разработчиком CoDeSys 3S – среда программирования CoDeSys (то есть та часть CoDeSys, с которой имеет дело пользователь) универсальна, принципиально не имеет никаких ограничений по числу установок, все обновления среды программирования можно загрузить с Интернет сайта компании 3S бесплатно.

Воплощением ещё одной неожиданной идеи, коллективно сформированной пользователями CoDeSys, стало добровольное объединение изготовителей ПЛК, поддерживающих CoDeSys, в некоммерческую организацию CoDeSys Automation Alliance (CAA.

Суть идеи в том, чтобы превратить изготовителей средств промышленной автоматизации, поддерживающих CoDeSys, в партнёров (насколько это возможно на конкурентном рынке) и нейтрализовать последствия конкуренции между изготовителями для пользователей ПЛК. Вместо намеренного создания технических препятствий, не позволяющих пользователям легко применять продукты другой компании, члены CAA целенаправленно принимают меры, призванные обеспечить совместимость своих продуктов. Пользователь может быть уверен, что его прикладная CoDeSys программа будет работать в любом контроллере любой компании, являющейся членом CAA. Потребитель может быть уверен, что используемые им инструменты (CoDeSys) проверены тысячами специалистов во всём мире. Он всегда может обсудить свои затруднения и получить реальную помощь от широкого круга коллег, имевших опыт решения подобных задач. На сегодняшний день членами CoDeSys Automation Alliance являются более 200 компаний. Участие в CAA лишний раз подтверждает, что компания-изготовитель ПЛК обладает определённой бизнес-культурой и ресурсами, позволяющими выпускать продукты на уровне ведущих европейских фирм.

Окно приложения Сodesys:

Рис. 19 Главное окно приложения CoDeSys Главное окно приложения включает в себя:

1. Окна инструментов

2. Область документов

3. Панели инструментов

4. Меню

Окна инструментов доступны во view:

• Навигаторы проектов

• Окно вывода сообщ

• Окно инструментов

• Окна наблюдения переменных

• Точки останова

Структура проекта отображается в окнах POUs и Devices.  POUs – используется для организации компонентов программы проекта в древовидной структуре.Devices – используется для организации объектов устройств и ресурсов проекта в древовидной структуре.Окно Messages выводит результаты компиляции кода, ошибки, если они есть. Назначение остальных в системе помощи в разделе User Interface.В режиме отладки УП отображение кода дополняется специальными полями для отображения значений переменных. Доступна работа с точками останова и окнами наблюдения значений переменных. Рис. 20 Главное окно приложения CoDeSys в режиме online.

Вопросы:

1. В чём состоят Основные возможности системы CoDeSys?