柳德志

（南京華得瑞科技有限責(zé)任公司，江蘇 南京 210015）

某廠國(guó)外進(jìn)口控制系統(tǒng)采用軟硬件純進(jìn)口的方式，控制設(shè)備和控制應(yīng)用軟件均為國(guó)外原產(chǎn)。由于技術(shù)的保密和壟斷，國(guó)外設(shè)備廠家不提供原有控制應(yīng)用系統(tǒng)的安裝盤，只提供隨機(jī)鏡像文件，當(dāng)系統(tǒng)故障后，廠家只能將鏡像文件直接恢復(fù)至新的工控機(jī)來(lái)恢復(fù)系統(tǒng)，而無(wú)法用一臺(tái)新的工控機(jī)經(jīng)過(guò)安裝系統(tǒng)和控制應(yīng)用軟件等這種常規(guī)方式恢復(fù)系統(tǒng)，沒(méi)有控制軟件的原始安裝文件，這種系統(tǒng)稱為“黑盒”系統(tǒng)。

隨著運(yùn)行時(shí)間的增長(zhǎng)，裝載控制應(yīng)用軟件的工控機(jī)老化嚴(yán)重，老的工控機(jī)備件采購(gòu)困難，新的工控機(jī)無(wú)法安裝原有控制軟件系統(tǒng)。國(guó)外廠家給出的方案是如果要升級(jí)控制應(yīng)用系統(tǒng)軟件需要將原有控制系統(tǒng)整體升級(jí)，將需要升級(jí)底層的硬件系統(tǒng)，涉及的費(fèi)用很高，周期很長(zhǎng)。

1 原系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

原控制系統(tǒng)為軟件、工控機(jī)加硬件的結(jié)構(gòu)，控制應(yīng)用系統(tǒng)軟件為專用軟件安裝與一臺(tái)搭載Windows NT操作系統(tǒng)的工控機(jī)，控制應(yīng)用系統(tǒng)軟件采用專用協(xié)議與硬件進(jìn)行通信，具體結(jié)構(gòu)如圖1。

圖1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

由于技術(shù)保密性的原因，目前國(guó)內(nèi)還沒(méi)有完全掌握此控制系統(tǒng)的技術(shù)，隨著時(shí)間的推移，原工控機(jī)型號(hào)停產(chǎn)，新的工控機(jī)已經(jīng)無(wú)法運(yùn)行原廠家給出的鏡像文件，主要是Windows NT系統(tǒng)無(wú)法在新的工控機(jī)上運(yùn)行，但是底層的硬件系統(tǒng)仍然在正常生產(chǎn)供貨，國(guó)外廠家給出的解決方案是把硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)一起升級(jí)，但是沒(méi)有備件的只是裝載軟件系統(tǒng)的工控機(jī)，一起升級(jí)造價(jià)太高，嚴(yán)重資源浪費(fèi)。

2 技術(shù)分析

通過(guò)測(cè)試發(fā)現(xiàn)原Windows NT系統(tǒng)的兼容性較強(qiáng)，對(duì)硬件要求很低，原控制軟件的體量較小，只是因?yàn)榻暧?jì)算機(jī)硬件更新?lián)Q代太快，造成Windows NT系統(tǒng)不支持新的計(jì)算機(jī)硬件。原系統(tǒng)只是通過(guò)以太網(wǎng)與外界進(jìn)行通信，硬件系統(tǒng)只依賴于以太網(wǎng)卡。

國(guó)外廠家給的鏡像文件包含控制應(yīng)用系統(tǒng)軟件、軟件的授權(quán)、網(wǎng)卡的驅(qū)動(dòng)、專用通信軟件等一系列已經(jīng)配置好的文件。測(cè)試發(fā)現(xiàn)，將此鏡像文件恢復(fù)到年代相同的工控機(jī)，只要將網(wǎng)卡驅(qū)動(dòng)重新安裝，軟件就可以正常運(yùn)行，也就是只要工控機(jī)的硬件能夠運(yùn)行Windows NT系統(tǒng)，鏡像文件就能夠使用。

可以將原有“黑盒”系統(tǒng)不做分析，將其作為一個(gè)整體來(lái)使用，不分析內(nèi)部軟件的構(gòu)成，不需要內(nèi)部軟件的原始安裝文件。

基于這一系列的技術(shù)測(cè)試，總結(jié)出兩種升級(jí)方案。

3 虛擬機(jī)方案

虛擬機(jī)指通過(guò)軟件模擬的出具有完整硬件系統(tǒng)功能的、運(yùn)行在一個(gè)完全隔離環(huán)境中的完整計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。在實(shí)體計(jì)算機(jī)中能夠完成的工作在虛擬機(jī)中都能夠?qū)崿F(xiàn)。在計(jì)算機(jī)中創(chuàng)建虛擬機(jī)時(shí)，需要將實(shí)體機(jī)的部分硬盤和內(nèi)存容量作為虛擬機(jī)的硬盤和內(nèi)存容量。每個(gè)虛擬機(jī)都有獨(dú)立的CMOS、硬盤和操作系統(tǒng)，可以像使用實(shí)體機(jī)一樣對(duì)虛擬機(jī)進(jìn)行操作[1]。

現(xiàn)有的虛擬機(jī)的虛擬化操作界面很友好，可以像操作實(shí)體機(jī)一樣來(lái)操作虛擬機(jī)，虛擬機(jī)內(nèi)部的操作系統(tǒng)與實(shí)體機(jī)可以一致，也可以不一致，在同一個(gè)實(shí)體機(jī)上可以創(chuàng)建和運(yùn)行多臺(tái)虛擬機(jī)。

因此，虛擬機(jī)成為解決硬件與軟件不匹配類問(wèn)題的一個(gè)比較好的方法，這種方案已經(jīng)被國(guó)內(nèi)眾多廠家的使用。

3.1 創(chuàng)建實(shí)體機(jī)環(huán)境

虛擬機(jī)需要依存于一臺(tái)實(shí)體機(jī)內(nèi)，因此使用虛擬機(jī)首先需要安裝一臺(tái)實(shí)體機(jī)。在一臺(tái)新的工控機(jī)內(nèi)安裝Windows操作系統(tǒng)，安裝設(shè)備的驅(qū)動(dòng)，使實(shí)體機(jī)能夠正常的工作。

3.2 創(chuàng)建虛擬機(jī)

在實(shí)體機(jī)內(nèi)安裝虛擬機(jī)軟件，用虛擬機(jī)軟件創(chuàng)建一個(gè)Windows NT的虛擬機(jī)，用于Windows NT系統(tǒng)對(duì)硬件的開(kāi)銷比較小，分配10 GB硬盤，256 MB內(nèi)存就足夠了。

3.3 恢復(fù)鏡像文件

將國(guó)外廠家給的鏡像文件用鏡像軟件恢復(fù)到虛擬機(jī)內(nèi)，啟動(dòng)系統(tǒng)，安裝虛擬機(jī)的增強(qiáng)工具，使系統(tǒng)可以使用虛擬接自帶的虛擬硬件，包括網(wǎng)卡等，重新安裝網(wǎng)卡驅(qū)動(dòng)，設(shè)置IP地址，新的控制系統(tǒng)就能夠正常運(yùn)行。

處于對(duì)項(xiàng)目的嚴(yán)謹(jǐn)，綜合比較了幾款常用虛擬機(jī)軟件的長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行狀態(tài)。

表1 常用虛擬機(jī)軟件運(yùn)行狀態(tài)對(duì)比表

表2 常用虛擬機(jī)軟件運(yùn)行問(wèn)題匯總表

由于Windows NT系統(tǒng)較為古老，在虛擬機(jī)內(nèi)將Windows NT用系統(tǒng)升級(jí)安裝的方式升級(jí)到Windows 2000重新測(cè)試，測(cè)試結(jié)果如下。

表3 Windows NT升級(jí)到Windows 2000問(wèn)題匯總表

綜合以上測(cè)試結(jié)果選擇Virtual Box虛擬機(jī)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試，經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)長(zhǎng)時(shí)間的運(yùn)行，Virtual Box的虛擬機(jī)運(yùn)行穩(wěn)定，可以有效地在新的工控機(jī)上運(yùn)行老控制應(yīng)用系統(tǒng)，與宿主系統(tǒng)無(wú)縫結(jié)合，由于系統(tǒng)硬件更強(qiáng)，使系統(tǒng)運(yùn)行更加順暢。但是仍然存在宿主機(jī)內(nèi)存增長(zhǎng)的情況，需要幾個(gè)月后重新將工控機(jī)關(guān)機(jī)重新啟動(dòng)一次，釋放內(nèi)存。

4 借助虛擬機(jī)升級(jí)操作系統(tǒng)

下面著重介紹另外一種方法，借助虛擬機(jī)進(jìn)行操作系統(tǒng)的升級(jí)。

新的工控機(jī)能夠安裝新的操作系統(tǒng)是因?yàn)樾碌牟僮飨到y(tǒng)能夠支持新的硬件，如果能將“黑盒”系統(tǒng)的操作系統(tǒng)升級(jí)到較新的操作系統(tǒng)，那么這個(gè)“黑盒”系統(tǒng)就可以在新的工控機(jī)上運(yùn)行[2]。

在虛擬機(jī)方案中已經(jīng)測(cè)試過(guò)將“黑盒”系統(tǒng)的Windows NT操作系統(tǒng)升級(jí)到Windows 2000操作系統(tǒng)應(yīng)用軟件仍然能夠正常運(yùn)行，這是因?yàn)樵赪indows操作系統(tǒng)的升級(jí)安裝過(guò)程中會(huì)保留個(gè)人的文檔、原有系統(tǒng)安裝的軟件以及注冊(cè)表中的軟件注冊(cè)等內(nèi)容。

由于老的工控機(jī)性能較差，在老工控機(jī)上可以運(yùn)行Windows NT操作系統(tǒng)，但是升級(jí)操作系統(tǒng)運(yùn)行困難；新的工控機(jī)性能較好，能夠完成升級(jí)操作系統(tǒng)的工作又無(wú)法運(yùn)行老的Windows NT鏡像文件，因此陷入一個(gè)矛盾的境地。這種情況下，如果使用虛擬機(jī)的方式可以破解此困境。具體升級(jí)過(guò)程如圖2所示。過(guò)程比較清晰，但是具體實(shí)施過(guò)程中會(huì)出現(xiàn)一些意料之外的情況，根據(jù)實(shí)施經(jīng)驗(yàn)總結(jié)如下。

圖2 操作過(guò)程示意圖

4.1 產(chǎn)生鏡像文件

從原老工控機(jī)中用軟件產(chǎn)生鏡像文件，由于原工控機(jī)較為古老，將硬盤拆到一臺(tái)新的計(jì)算機(jī)上用鏡像軟件進(jìn)行操作會(huì)方便得多。

4.2 將鏡像文件還原到虛擬機(jī)

在一臺(tái)性能較好的工控機(jī)中正常安裝Windows操作系統(tǒng)，安裝驅(qū)動(dòng)程序，安裝虛擬機(jī)軟件，并建立一個(gè)虛擬機(jī)。

通過(guò)前期的經(jīng)驗(yàn)總結(jié)，由于各種虛擬機(jī)內(nèi)虛擬的硬件各不相同，因此在系統(tǒng)升級(jí)的過(guò)程中也會(huì)出現(xiàn)不同的問(wèn)題，Virtual Box的硬件兼容性比較好，后面的操作均在Virtual Box虛擬機(jī)內(nèi)進(jìn)行，VMware Workstation在升級(jí)操作中會(huì)出現(xiàn)升級(jí)后重新啟動(dòng)藍(lán)屏的現(xiàn)象。

將鏡像還原到用Virtual Box建立的虛擬機(jī)中，虛擬機(jī)的建立可以選擇較大的硬盤和內(nèi)存方便后面系統(tǒng)的升級(jí)。

4.3 將Windows NT系統(tǒng)升級(jí)到Windows 2000

將Windows 2000的ISO文件加載到虛擬機(jī)的光驅(qū)中，進(jìn)入Windows NT系統(tǒng)后，運(yùn)行光盤文件，選擇升級(jí)到Windows 2000系統(tǒng)。

原Windows NT系統(tǒng)的鏡像文件的硬盤格式是FAT32的，因此在升級(jí)到Windows 2000的過(guò)程中需要將硬件格式轉(zhuǎn)換成NTFS。

4.4 依次進(jìn)行其他系統(tǒng)升級(jí)

在虛擬機(jī)中加載新的操作系統(tǒng)進(jìn)行操作系統(tǒng)的升級(jí)安裝，依次進(jìn)行Wi ndows NT→Wi ndows 2000→Windows XP→Windows vista→Windows 7,

直到最后Windows 7操作系統(tǒng)升級(jí)完成。

在Windows XP升級(jí)到Windows vista系統(tǒng)過(guò)程中可能會(huì)提示更新失敗，是因?yàn)橛脖P不夠大，需要用軟件將硬件調(diào)整到30 GB就可以正常升級(jí)。

在所有升級(jí)過(guò)程中都會(huì)進(jìn)行兼容性檢查，一般出現(xiàn)的不兼容問(wèn)題都是硬件驅(qū)動(dòng)問(wèn)題，可以不用理會(huì)繼續(xù)升級(jí)。

在升級(jí)過(guò)程中也會(huì)出現(xiàn)移動(dòng)鼠標(biāo)藍(lán)屏的現(xiàn)象，這個(gè)是因?yàn)樘摂M機(jī)對(duì)硬件兼容性的問(wèn)題，可以使用鍵盤完成升級(jí)安裝。

因?yàn)樗械闹虚g態(tài)操作系統(tǒng)都是過(guò)渡，因此每次升級(jí)系統(tǒng)均不需要安裝驅(qū)動(dòng)軟件，也不需要安裝虛擬機(jī)的增強(qiáng)工具。

4.5 將Windows 7鏡像文件恢復(fù)到工控機(jī)中

將已經(jīng)升級(jí)到Windows 7系統(tǒng)的虛擬機(jī)用鏡像軟件產(chǎn)生鏡像文件，將鏡像文件恢復(fù)到新的工控機(jī)中。

在新的工控機(jī)重新安裝系統(tǒng)硬件的驅(qū)動(dòng)程序，并調(diào)整顯示分辨率，網(wǎng)卡IP等，使原有控制軟件適應(yīng)新的系統(tǒng)。

經(jīng)測(cè)試新的控制軟件能夠正常運(yùn)行，原有的設(shè)置均保持不變。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行，沒(méi)有發(fā)現(xiàn)異常情況。

5 借助虛擬機(jī)升級(jí)方式總結(jié)

Windows操作系統(tǒng)的運(yùn)行需要硬件設(shè)備的支撐，由于操作系統(tǒng)更新較快，刪除了一些老舊的硬件設(shè)備的驅(qū)動(dòng)程序，而且新的系統(tǒng)性能越來(lái)越好，但是對(duì)硬件資源的需求越來(lái)越高，所以出現(xiàn)了老的工控機(jī)上無(wú)法安裝新操作系統(tǒng)的問(wèn)題。

老的操作系統(tǒng)由于缺少新的硬件的驅(qū)動(dòng)程序，因此也無(wú)法安裝在新的工控機(jī)上。

由于虛擬機(jī)硬件調(diào)整方便，所以用它作為載體來(lái)運(yùn)行不同的操作系統(tǒng)較為方便，最終是要在實(shí)體機(jī)上運(yùn)行的，所以虛擬機(jī)只是一個(gè)外殼，這是一個(gè)“借尸還魂”的操作。充分利用了虛擬機(jī)調(diào)整方便和兼容性好的優(yōu)點(diǎn)來(lái)實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目的目標(biāo)。

6 結(jié)束語(yǔ)

兩種方式都能實(shí)現(xiàn)“黑盒”控制系統(tǒng)的升級(jí)，虛擬化的方式是一種常用手段，能夠滿足絕大部分應(yīng)用的需求，但是存在運(yùn)行過(guò)程中虛擬機(jī)軟件占用系統(tǒng)內(nèi)存和運(yùn)行人員會(huì)意外關(guān)閉虛擬機(jī)軟件的風(fēng)險(xiǎn)；從利用虛擬機(jī)升級(jí)到最新的系統(tǒng)，然后再鏡像回工控機(jī)的方式能夠真正地實(shí)現(xiàn)控制系統(tǒng)的升級(jí)，但是也有他的局限性，這種方式要求原應(yīng)用軟件對(duì)系統(tǒng)依賴較低，而且原系統(tǒng)試32位的，新系統(tǒng)只能升級(jí)到32位，對(duì)原應(yīng)用軟件的兼容性要求較高。

虛擬化的方式是常規(guī)方式，利用虛擬機(jī)升級(jí)的方式是一種參考，在原應(yīng)用軟件允許的基礎(chǔ)上可以進(jìn)行一些嘗試，能夠?qū)崿F(xiàn)出比虛擬化更好的效果。

無(wú)論采用何種方式，均能節(jié)約資金，延長(zhǎng)控制系統(tǒng)的壽命，并為很多系統(tǒng)的國(guó)產(chǎn)化爭(zhēng)取了時(shí)間，在升級(jí)過(guò)程中會(huì)對(duì)原有控制系統(tǒng)更加了解，為一些進(jìn)口設(shè)備的國(guó)產(chǎn)化奠定技術(shù)基礎(chǔ)?！?/p>