Rust：構建可靠、高效和安全的工業(yè)自動化系統(tǒng)

　　【儀表網 行業(yè)科普】以速度、安全性和性能而聞名的編程語言Rust正在受到更多關注。一些企業(yè)已經在利用Rust來解決工業(yè)自動化中的關鍵和復雜問題。

 

　　工業(yè)自動化領域是一個獨特的世界，它有自己的復雜性和維持供應鏈流動的關鍵系統(tǒng)。安全、精確和快速被視為工業(yè)自動化的基本要素。在這種獨特的環(huán)境中，一種現(xiàn)代編程語言正悄然嶄露頭角。以速度、安全性和性能而聞名的編程語言Rust，正在工業(yè)領域慢慢站穩(wěn)腳跟，并有望重新定義自動化系統(tǒng)的構建和維護方式。
 

　　什么是Rust？
 

　　Rust是一種編程語言，其設計具有將高性能與卓越安全性相結合的獨特能力。Rust由Mozilla研究院于2010年推出，旨在解決低級編程中面臨的挑戰(zhàn)，如內存管理和并發(fā)性，而不會影響速度，這與C和C++等傳統(tǒng)編程語言不同。
 

　　在過去十年里，隨著最新先進技術的出現(xiàn)，工業(yè)自動化取得了重大進展。它不再僅僅通過自動化使制造業(yè)運行，而是要更快、更智能、更安全地完成它。雖然C和C++等傳統(tǒng)編程語言到目前為止一直可靠，但它們也有自己的一系列挑戰(zhàn)，例如內存泄漏、數(shù)據競爭和安全漏洞。Rust旨在通過其獨特的設計從根本上解決這些問題。
 

　　預計Rust將很快成為開發(fā)新的工業(yè)和自動化應用程序的一個主要語言。根據一項名為 “內存安全挑戰(zhàn)是否已經解決？對所有Rust CVE的深入研究”顯示，在嵌入式系統(tǒng)和電子設備中，60-70%的安全漏洞是由內存問題引起的。Rust直接解決了這些問題，為安全軟件開發(fā)提供了重大改進。
 

　　安全而不犧牲速度
 

　　Rust最突出的特點是它非常注重內存安全，沒有垃圾回收器。對于工業(yè)系統(tǒng)來說，一次碰撞可能會使整個生產線停止運行，這是一個改變游戲規(guī)則的因素。Rust的編譯檢查可以在代碼運行之前防止常見錯誤，確保軟件不僅快速，而且可靠。這種安全級別，再加上與C++相當?shù)母咝阅埽筊ust成為不能出現(xiàn)故障的自動化系統(tǒng)的理想選擇。
 

 

　　在工業(yè)自動化系統(tǒng)中，通常需要同時運行多個過程。例如，PLC控制器處理來自多個傳感器的數(shù)據，這些傳感器在任何給定的時間內監(jiān)測工況，并使機器人在毫秒內執(zhí)行動作，做出相應的反應。Rust的并發(fā)方法不允許數(shù)據競爭，意味著這些進程可以平穩(wěn)地并行運行，而不必擔心在其它語言中觀察到的不可預測的行為。在毫秒必爭的復雜實時自動化環(huán)境，Rust成為完美選擇。
 

　　安全是首要關注點
 

　　安全性是當今世界最關心的問題之一，在工業(yè)自動化應用中也至關重要。隨著物聯(lián)網和智能工廠的出現(xiàn)，設備比以往任何時候都更加互聯(lián)，不幸的是，這也使它們更容易受到潛在的網絡攻擊。Rust的內存安全特性不僅有助于防止崩潰，還可以減輕緩沖區(qū)溢出等常見安全漏洞，而緩沖區(qū)溢出是許多網絡攻擊的根本原因。通過實施嚴格的內存安全，Rust降低了人為錯誤引入安全漏洞的風險。Rust還消除了許多低級錯誤，從而減少了自動化系統(tǒng)中的攻擊面，使攻擊者更難利用薄弱點。
 

　　分布式系統(tǒng)的可擴展性
 

　　我們看到分布式系統(tǒng)上的應用越來越多。應用程序分布在整個工業(yè)領域，以蜂巢式的思維進行對話和合作。有效擴展這些分布式系統(tǒng)的能力，比以往任何時候都更重要。Rust完全符合這一點，能提供所需的性能。使用async/await語法的Rust異步編程可以更輕松地同時處理大量任務，而不會減慢速度或崩潰。
 

　　Rust在工業(yè)自動化中的實際應用
 

　　盡管Rust還不是工業(yè)自動化領域默認的編程語言，但它正慢慢受到很多關注。一些公司已經在利用Rust來解決工業(yè)自動化中的關鍵和復雜問題。
 

　　嵌入式系統(tǒng)：自動化的支柱
 

　　Rust被證明有效的領域之一是嵌入式系統(tǒng)。這些是嵌入在傳感器、控制器和機器人手臂等設備中的微型計算機，一般運行在底層資源上。
 

　　幾十年來，這些系統(tǒng)都是用C或C++編寫的，因為它們的速度和對硬件的低級訪問，但Rust在這場競賽中越來越受歡迎。有了Rust，就不需要在速度和可靠性之間做出選擇，設備可以兩者兼得。
 

　　物聯(lián)網：連接智能工廠
 

　　Rust可以發(fā)揮作用的另一個領域是物聯(lián)網，隨著智能工廠的發(fā)展，物聯(lián)網應用迅速增長。智能工廠使用互聯(lián)設備在工業(yè)環(huán)境中執(zhí)行每個任務。大型工廠可能有數(shù)百甚至數(shù)千個互聯(lián)的設備，都在通信和共享數(shù)據。
 

　　為了在這個層面執(zhí)行操作，行業(yè)需要可擴展和安全的系統(tǒng)。得益于其先進的并發(fā)模型，Rust能夠同時處理多個任務，使其非常適合這些環(huán)境。
 

　　羅克韋爾自動化是工業(yè)自動化和數(shù)字化轉型的全球領先企業(yè)，一直在探索將Rust用于各種物聯(lián)網相關項目。通過采用Rust，不僅顯著提高了性能，還減輕了許多安全風險，如內存安全漏洞和緩沖區(qū)溢出。，此外，它還能顯著降低被針對物聯(lián)網設備的網絡攻擊利用的風險。
 

　　機器人：精準與安全
 

　　機器人領域，則是Rust開始嶄露頭角另一個領域。在工業(yè)環(huán)境中，機器人可以處理大多數(shù)潛在的危險任務。確保其行動是可靠和可預測的至關重要。
 

　　傳統(tǒng)上，機器人軟件在性能上嚴重依賴C++，但C++在并發(fā)進程方面有缺點。在機器人中使用Rust，可確保在工業(yè)環(huán)境中機器人系統(tǒng)所需的安全性和精度。它可以降低導致昂貴甚至危險故障的錯誤風險。
 

　　Robonomics是一個用于物聯(lián)網應用和復雜機器人的開源去中心化平臺，為機器人操作系統(tǒng)(ROS 2)開發(fā)了基于Rust的中間件，提高了機器人操作的安全性和效率。
 

　　隨著技術進步，工業(yè)自動化領域也在不斷發(fā)展。采用尖端技術以實現(xiàn)創(chuàng)新和安全的壓力，比以往任何時候都更大。Rust不僅僅是一種編程語言，它也改變了我們構建可靠、高效和安全的工業(yè)系統(tǒng)的方式。在復雜的工業(yè)自動化世界中，Rust提供了性能、安全性和先進功能的理想平衡。對于任何致力于保持工業(yè)自動化前沿地位的企業(yè)來說，Rust不僅僅是一個值得考慮的選擇，更是前進的方向。