｜EPCIO即時性運動控制函式庫介紹與實作

摘要：由於Windows並非是一個即時性的作業系統，所以使用PC-Based運動控制器搭配Windows用於工業控制的環境時，面對高精高速的需求，往往因為即時性不足而功敗垂成。有鑑於此，一些Third-party的協力廠商針對即時性的問題已經提供解決方案，改善了Windows即時性不足的缺陷，在PC-Based的運動控制器奠定了更穩固的基礎。

本文將介紹利用工研院機械所研發的PC-Based完整解決方案EPCIO[1]，結合即時性子系統RTX，開發具即時性的運動控制函式庫。

Abstract: Because Windows is a non-real time operating system, when PC-Based motion controller is applied in industrial automation environment, sometimes it failures in high-speed and high-precision requirement caused by Windows. Therefore, some third-party companies provide solutions to solve the problem of Windows, to improve the PC-Based motion controller.

The article introduces the implementation of real-time motion control library base on EPCIO developed by ITRI-MSL with the RTX subsystem.

關鍵詞：EPCIO、RTX、硬即時、PC-Based

Keywords：EPCIO,Exquisite Position Control and Input/Output, RTX, Real Time extension, Hard Real-Time, PC-Based

前言
PC-based的運動控制器雖然問市已久，但在工業控制領域當中，能佔有一席之地，其原因在於PC具有多種周邊介面、模組化的特性，另外有豐富的軟體資源及自由軟體（Open source）作為後盾，再加上PC的設計日益精進的情況下，以往可能造成系統不穩定的因素，如震動、高溫、雜訊等等，目前都已經得到良好的解決。

以作業系統而言，微軟的Windows系列的作業系統，在目前市佔率仍居於龍頭的地位，包含Windows 2000、Windows XP、Windows XP Embedded、WinCE到目前的Windows 7等等；許多的應用根據以上作業系統去做開發，而在即時性需求較高的系統，如工業控制、軍事、航太、交通、醫療等，也有越來越多的應用是基於Windows上開發，主要是Windows作業系統具有以下的優勢：（1）眾多熟悉Win32 API的開發人員。（2）直覺的人機介面及各類通訊介面。（3） PC開放性的架構。（4）大量的開發工具。企業無論在開發或使用都可以節省許多資源，包含人員的訓練及開發經費。Windows挾帶了廣大的使用者，以及眾多熟悉Win32 API的軟體工程師，在PC-based的運動控制方案當中仍是主要的選擇。

但也由於Windows的設計是以個人電腦為出發，並非以工業使用做為考量，所以在即時性的表現在並未能滿足“Hard Real-Time”的需求，充其量只能算是“Soft Real-Time”的系統。為了解決即時性的問題，Third-party的廠商基於Windows的架構，開發出具有即時性的子系統，例如IntervalZero的RTX（Real Time Extension）、Radisys corporation的InTime等等，在此子系統的環境下所執行的行程，將具有低於1ms等級的”Hard Real Time”能力，Timer的精準度可以到達1us，使得以往在PC-Based無法達到的高階應用，透過即時性的子系統得以實現。