CN111966051A - 一种工业操作系统的快速加载方法及系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种工业操作系统的快速加载方法及系统，通过在智能制造设备启动时，将设备与服务器端相连接，如果服务器端存在有智能制造设备的初始操作系统的系统基础模块则读取并加载内存镜像以快速完成操作系统的加载，否则生成一个新的内存镜像并上传到服务器中，从而适用于工业环境中大量的智能设备的重复性启动，能够在大量智能设备的环境中，减少加载操作系统的耗时，加快操作系统的启动速度，从而提高在生产线上的整体的生产进度，提高重复性启动的操作系统启动效率，本发明应用于操作系统领域。

Description

一种工业操作系统的快速加载方法及系统
技术领域
本发明涉及工业实时操作系统领域，具体涉及一种工业操作系统的快速加载方法及系统。
背景技术
工业控制的环境中，有大量的智能制造设备，大多数的智能设备上都有操作系统，操作系统的加载快慢严重的影响了加工制造的流程时间。而大部分的智能制造设备都是一样，重复度非常高，因此，在工业控制的环境中，为了节省电能，一般在产品经过生产线的某一段的加工后，需要关闭或者休眠这段的生产线设备以便节省电能，而下一次该段生产线启用时，则需要重新开机反复的重复加载同样的操作系统，因此，加载操作系统非常耗时并且可能会使产品在生产线上的整体的生产进度滞后。
发明内容
本发明提供一种工业操作系统的快速加载方法及系统，通过在智能制造设备启动时，将设备与服务器端相连接，如果服务器端存在有智能制造设备的初始操作系统的系统基础模块则读取并加载内存镜像以快速完成操作系统的加载，否则生成一个新的内存镜像并上传到服务器中，从而适用于工业环境中大量的智能设备的重复性启动。
本发明的目的是针对上述问题，提供一种工业操作系统的快速加载方法及系统，具体包括以下步骤：
S100：智能制造设备的引导程序发出操作系统的引导请求；
S200：响应于引导请求，打开A20地址总线，进行基础硬件驱动加载；
S300：将所述智能制造设备与服务器端连接，所述服务器端与多个智能制造设备通过有线或无线网络相连接；
S400：扫描服务器端是否有与所述智能制造设备相吻合的内存镜像；如果没有则智能制造设备启动操作系统的系统基础模块并根据启动后的内存生成与所述智能制造设备相吻合的内存镜像，并将所述内存镜像上传到服务器端；如果有则转到步骤S500；
S500：智能制造设备读取服务器端的内存镜像并将其加载到智能制造设备的内存中；
S600：将操作系统层虚拟化，完成智能制造设备的操作系统的启动。
进一步地，在S100中，智能制造设备为安装有操作系统的智能设备，例如工业PDA、工业机器人、流水线制动系统、智能接近开关、机械臂控制系统。
进一步地，在S200中，所述A20总线是用于转换地址总线的第二十一位；在引导操作系统时，先打开A20总线以加载和测试所有的系统内存；在BIOS准备将计算机的控制权交给操作系统时会先将A20总线关闭。
进一步地，在S200中，基础硬件驱动包括鼠标、监视器、键盘、大容量存储器、显示器、网络连接驱动。
进一步地，在S400中，与所述智能制造设备相吻合的内存镜像为：所述内存镜像是在与所述智能制造设备型号相同的智能制造设备中生成的，型号相同的智能制造设备的硬件配置与操作系统完全一致。
进一步地，在S400中，智能制造设备启动操作系统的系统基础模块的方法包括以下步骤：
S401：启动内存管理模块，将内存进行分页管理；
S402：执行进程调度模块，支持操作系统进行资源分配和调度，管理与控制进程的执行、协调管理处理器、主存储器等各类资源在进程间的使用；
S403：执行基本文件系统，以支持文件管理功能；
S404：启动操作系统的人机接口，以支持用户与智能制造设备的交换信息的输入/输出设备的接口。
进一步地，在S400中，根据启动后的内存生成与所述智能制造设备相吻合的内存镜像的方法为：当映射内存的数据范围是内存的分页大小整数倍的地址范围，以内存的分页大小为单位进行映射，当映射内存的数据范围不是内存的分页大小整数倍的地址范围，则进行内存对齐，强行以内存的分页大小的倍数大小进行映射。
进一步地，在S600中，将操作系统层虚拟化为将操作系统内核虚拟化，将用户的对系统资源的调用操作在内核中运行，虚拟出的操作系统之间共享底层宿主操作系统内核和底层的硬件资源，将操作系统与上层应用隔离开，将对操作系统资源的访问进行虚拟化，将上层应用之间使用相互独立的操作系统。
本发明还提供了一种工业操作系统的快速加载系统，所述系统包括：存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序运行在以下系统的单元中：
系统引导单元，用于智能制造设备的引导程序发出操作系统的引导请求；
驱动加载单元，用于响应于引导请求，打开A20地址总线，进行基础硬件驱动加载；
设备连接单元，用于将所述智能制造设备与服务器端连接，所述服务器端与多个智能制造设备通过有线或无线网络相连接；
镜像生成单元，用于扫描服务器端是否有与所述智能制造设备相吻合的内存镜像；如果没有则智能制造设备启动操作系统的系统基础模块并根据启动后的内存生成与所述智能制造设备相吻合的内存镜像，并将所述内存镜像上传到服务器端；如果有则转到镜像加载单元；
镜像加载单元，用于智能制造设备读取服务器端的内存镜像并将其加载到智能制造设备的内存中；
完成加载单元，用于将操作系统层虚拟化，完成智能制造设备的操作系统的启动。
本发明的有益效果为：本发明公开了一种工业操作系统的快速加载方法，能够在大量智能设备的环境中，减少加载操作系统的耗时，加快操作系统的启动速度，从而提高在生产线上的整体的生产进度，提高重复性启动的操作系统启动效率。
附图说明
通过对结合附图所示出的实施方式进行详细说明，本发明的上述以及其他特征将更加明显，本发明附图中相同的参考标号表示相同或相似的元素，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图，在附图中：
图1所示为本发明的一种工业操作系统的快速加载方法的流程图；
图2所示为本发明实施方式的一种工业操作系统的快速加载系统。
具体实施方式
以下将结合实施例和附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果进行清楚、完整的描述，以充分地理解本发明的目的、方案和效果。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
如图1所示为根据本发明的一种工业操作系统的快速加载方法的流程图，下面结合图1来阐述根据本发明的实施方式的方法。
本发明提出一种工业操作系统的快速加载方法，具体包括以下步骤：
S100：智能制造设备的引导程序发出操作系统的引导请求；
S200：响应于引导请求，打开A20地址总线，进行基础硬件驱动加载；
S300：将所述智能制造设备与服务器端连接，所述服务器端与多个智能制造设备通过有线或无线网络相连接；
S400：扫描服务器端是否有与所述智能制造设备相吻合的内存镜像；如果没有则智能制造设备启动操作系统的系统基础模块并根据启动后的内存生成与所述智能制造设备相吻合的内存镜像，并将所述内存镜像上传到服务器端；如果有则转到步骤S500；
S500：智能制造设备读取服务器端的内存镜像并将其加载到智能制造设备的内存中；
S600：将操作系统层虚拟化，完成智能制造设备的操作系统的启动。
进一步地，在S100中，智能制造设备为安装有操作系统的智能设备，例如工业PDA、工业机器人、流水线制动系统、智能接近开关、机械臂控制系统。
进一步地，在S200中，所述A20总线是用于转换地址总线的第二十一位；在引导操作系统时，先打开A20总线以加载和测试所有的系统内存；在BIOS准备将计算机的控制权交给操作系统时会先将A20总线关闭。
进一步地，在S200中，基础硬件驱动包括鼠标、监视器、键盘、大容量存储器、显示器、网络连接驱动。
进一步地，在S300中，所述服务器端用于连接智能制造设备并存储智能制造设备的镜像文件。
进一步地，在S400中，与所述智能制造设备相吻合的内存镜像为：所述内存镜像是在与所述智能制造设备型号相同的智能制造设备中生成的，型号相同的智能制造设备的硬件配置与操作系统完全一致。
进一步地，在S400中，智能制造设备启动操作系统的系统基础模块的方法包括以下步骤：
S401：启动内存管理模块，将内存进行分页管理；
S402：执行进程调度模块，支持操作系统进行资源分配和调度，管理与控制进程的执行、协调管理处理器、主存储器等各类资源在进程间的使用；
S403：执行基本文件系统，以支持文件管理功能；
S404：启动操作系统的人机接口，以支持用户与智能制造设备的交换信息的输入/输出设备的接口。
进一步地，在S400中，根据启动后的内存生成与所述智能制造设备相吻合的内存镜像的方法为：当映射内存的数据范围是内存的分页大小整数倍的地址范围，以内存的分页大小为单位进行映射，当映射内存的数据范围不是内存的分页大小整数倍的地址范围，则进行内存对齐，强行以内存的分页大小的倍数大小进行映射。
进一步地，在S500中，内存镜像并将其加载到智能制造设备的内存中的方法为：依次将内存镜像中的内存分页数据对应的加载到内存中的内存分页中。
进一步地，在S600中，将操作系统层虚拟化为将操作系统内核虚拟化，将用户的对系统资源的调用操作在内核中运行，虚拟出的操作系统之间共享底层宿主操作系统内核和底层的硬件资源，将操作系统与上层应用隔离开，将对操作系统资源的访问进行虚拟化，将上层应用之间使用相互独立的操作系统。
本发明的实施例提供的一种工业操作系统的快速加载系统，如图2所示为本发明的一种工业操作系统的快速加载系统结构图，该实施例的一种工业操作系统的快速加载系统包括：处理器、存储器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述一种工业操作系统的快速加载系统实施例中的步骤。
所述系统包括：存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序运行在以下系统的单元中：
系统引导单元，用于智能制造设备的引导程序发出操作系统的引导请求；
驱动加载单元，用于响应于引导请求，打开A20地址总线，进行基础硬件驱动加载；
设备连接单元，用于将所述智能制造设备与服务器端连接，所述服务器端与多个智能制造设备通过有线或无线网络相连接；
镜像生成单元，用于扫描服务器端是否有与所述智能制造设备相吻合的内存镜像；如果没有则智能制造设备启动操作系统的系统基础模块并根据启动后的内存生成与所述智能制造设备相吻合的内存镜像，并将所述内存镜像上传到服务器端；如果有则转到镜像加载单元；
镜像加载单元，用于智能制造设备读取服务器端的内存镜像并将其加载到智能制造设备的内存中；
完成加载单元，用于将操作系统层虚拟化，完成智能制造设备的操作系统的启动。
所述一种工业操作系统的快速加载系统可以运行于桌上型计算机、笔记本、掌上电脑及云端服务器等计算设备中。所述一种工业操作系统的快速加载系统可运行的系统可包括，但不仅限于，处理器、存储器。本领域技术人员可以理解，所述例子仅仅是一种工业操作系统的快速加载系统的示例，并不构成对一种工业操作系统的快速加载系统的限定，可以包括比例子更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者不同的部件，例如所述一种工业操作系统的快速加载系统还可以包括输入输出设备、网络接入设备、总线等。所称处理器可以是中央处理单元(Central Processing Unit，CPU)，还可以是其他通用处理器、数字信号处理器(Digital Signal Processor，DSP)、专用集成电路(Application SpecificIntegrated Circuit，ASIC)、现场可编程门阵列(Field-Programmable Gate Array，FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等，所述处理器是所述一种工业操作系统的快速加载系统运行系统的控制中心，利用各种接口和线路连接整个一种工业操作系统的快速加载系统可运行系统的各个部分。
所述存储器可用于存储所述计算机程序和/或模块，所述处理器通过运行或执行存储在所述存储器内的计算机程序和/或模块，以及调用存储在存储器内的数据，实现所述一种工业操作系统的快速加载系统的各种功能。所述存储器可主要包括存储程序区和存储数据区，其中，存储程序区可存储操作系统、至少一个功能所需的应用程序(比如声音播放功能、图像播放功能等)等；存储数据区可存储根据手机的使用所创建的数据(比如音频数据、电话本等)等。此外，存储器可以包括高速随机存取存储器，还可以包括非易失性存储器，例如硬盘、内存、插接式硬盘，智能存储卡(Smart Media Card,SMC)，安全数字(SecureDigital,SD)卡，闪存卡(Flash Card)、至少一个磁盘存储器件、闪存器件、或其他易失性固态存储器件。
尽管本发明的描述已经相当详尽且特别对几个所述实施例进行了描述，但其并非旨在局限于任何这些细节或实施例或任何特殊实施例，而是应当将其视作是通过参考所附权利要求考虑到现有技术为这些权利要求提供广义的可能性解释，从而有效地涵盖本发明的预定范围。此外，上文以发明人可预见的实施例对本发明进行描述，其目的是为了提供有用的描述，而那些目前尚未预见的对本发明的非实质性改动仍可代表本发明的等效改动。

Claims (8)

1.一种工业操作系统的快速加载方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
S100：智能制造设备的引导程序发出操作系统的引导请求；
S200：响应于引导请求，打开A20地址总线，进行基础硬件驱动加载；
S300：将所述智能制造设备与服务器端连接，所述服务器端与多个智能制造设备通过有线或无线网络相连接；
S400：扫描服务器端是否有与所述智能制造设备相吻合的内存镜像；如果没有则智能制造设备启动操作系统的系统基础模块并根据启动后的内存生成与所述智能制造设备相吻合的内存镜像，并将所述内存镜像上传到服务器端；如果有则转到步骤S500；
S500：智能制造设备读取服务器端的内存镜像并将其加载到智能制造设备的内存中；
S600：将操作系统层虚拟化，完成智能制造设备的操作系统的启动。
2.根据权利要求1所述的一种工业操作系统的快速加载方法，其特征在于，在S100中，智能制造设备为安装有操作系统的智能设备，包括工业PDA、工业机器人、流水线制动系统、智能接近开关、机械臂控制系统。
3.根据权利要求1所述的一种工业操作系统的快速加载方法，其特征在于，在S200中，所述A20总线是用于转换地址总线的第二十一位；在引导操作系统时，先打开A20总线以加载和测试所有的系统内存；在BIOS准备将计算机的控制权交给操作系统时会先将A20总线关闭。
4.根据权利要求1所述的一种工业操作系统的快速加载方法，其特征在于，在S200中，基础硬件驱动包括鼠标、监视器、键盘、大容量存储器、显示器、网络连接驱动。
5.根据权利要求1所述的一种工业操作系统的快速加载方法，其特征在于，在S400中，与所述智能制造设备相吻合的内存镜像为：所述内存镜像是在与智能制造设备型号相同的智能制造设备中生成的，型号相同的智能制造设备的硬件配置与操作系统完全一致。
6.根据权利要求1所述的一种工业操作系统的快速加载方法，其特征在于，在S400中，智能制造设备启动操作系统的系统基础模块的方法包括以下步骤：
S401：启动内存管理模块，将内存进行分页管理；
S402：执行进程调度模块，支持操作系统进行资源分配和调度，管理与控制进程的执行、协调管理处理器、主存储器在进程间的使用；
S403：执行基本文件系统，以支持文件管理功能；
S404：启动操作系统的人机接口，以支持用户与智能制造设备的交换信息的输入/输出设备的接口。
7.根据权利要求1所述的一种工业操作系统的快速加载方法，其特征在于，在S400中，根据启动后的内存生成与所述智能制造设备相吻合的内存镜像的方法为：当映射内存的数据范围是内存的分页大小整数倍的地址范围，以内存的分页大小为单位进行映射，当映射内存的数据范围不是内存的分页大小整数倍的地址范围，则进行内存对齐，强行以内存的分页大小的倍数大小进行映射。
8.一种工业操作系统的快速加载系统，其特征在于，所述系统包括：存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序运行在以下系统的单元中：
系统引导单元，用于智能制造设备的引导程序发出操作系统的引导请求；
驱动加载单元，用于响应于引导请求，打开A20地址总线，进行基础硬件驱动加载；
设备连接单元，用于将所述智能制造设备与服务器端连接，所述服务器端与多个智能制造设备通过有线或无线网络相连接；
镜像生成单元，用于扫描服务器端是否有与所述智能制造设备相吻合的内存镜像；如果没有则智能制造设备启动操作系统的系统基础模块并根据启动后的内存生成与所述智能制造设备相吻合的内存镜像，并将所述内存镜像上传到服务器端；如果有则转到镜像加载单元；
镜像加载单元，用于智能制造设备读取服务器端的内存镜像并将其加载到智能制造设备的内存中；
完成加载单元，用于将操作系统层虚拟化，完成智能制造设备的操作系统的启动。
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