Сегодня в мире миллионы устройств управляются системами Windows Embedded, начиная с потребительских роботов и мультимедийных устройств и заканчивая промышленными контролерами реального времени и медицинскими приборами.
Microsoft начала поставки первых версий ОС Windows Embedded 8 с 20 марта 2013 года. Два варианта ОС - Standard и Pro - уже доступны для скачивания. Данные ОС предназначены для использования на специализированных устройствах, таких как кассовые аппараты, автомобильные компьютеры и информационные терминалы. Windows Embedded 8 полностью основана на программного коде Windows 8, потому все новшества этой операционной системы доступны и в ее компонентной версии.
Топ-менеджер подразделения Windows Embedded в Microsoft Кевин Даллас (Kevin Dallas) утверждает, что операционные системы из линейки Windows Embedded 8 помогают специализированным устройствам надежно влиться в инфраструктуру предприятия и выполнять не только свои первостепенные функции, но и другие задачи по работе в корпоративных сетях. Устройства с установленной на них Windows Embedded 8 могут коммуницировать с продуктами для автоматизации бизнеса и поддерживать не только новейшие технологии, но и уже устаревающие стандарты. Это необходимо для того, чтобы девайсы с новой ОС могли влиться в уже существующую инфраструктуру предприятий, не требуя под себя каких-либо существенных изменений.
Windows Embedded 8 Industry в версиях Pro и Pro Retail стала доступна с апреля 2013 года для предприятий и производителей оборудования. Третья версия этой системы - Enterprise - начнет поставляться с 1 июля 2013.
Windows Embedded 8 Industry является преемником продукта Windows POSReady 7 для розничной торговли. Однако Microsoft позиционирует новую ОС несколько иначе - теперь она предназначена не только для производителей мобильных POS-терминалов. Все три версии Windows Embedded 8 Industry нацелены на разные отрасли.
В частности, Windows Embedded 8 Industry Pro предназначена для решений в сфере розничной торговли и обслуживания (киоски, POS-ы, вендинг, рекламные панели и т.п.), медицины (АРМ-ы, диагностика, терминалы) и промышленной автоматизации (системы управления, контроля, мониторинга и т.п.).
Версия Industry Pro Retail нацелена на устройства, используемые в розничной торговле, например, POS-терминалы, информационные киоски, сканеры. Версия Enterprise будет иметь специфические функции, разработанные для интеграции с Windows 8 Enterprise. Примером может служить функция AppLocker, которая препятствует установке ПО конечными юзерами.
"Windows Embedded 8 Industry является новым продуктом в линейке так называемых <вертикальных> продуктов, к которым относится, также, Windows Embedded POSReady. Основное отличие от POSReady - ядро Windows 8. Отсюда - поддержка приложений и устройств, разработанных для этой платформы и все новые возможности Windows 8, - поясняет Валерий Дробышевский, коммерческий директор "Кварта Технологии". - Поскольку в линейке Windows Embedded все версии остаются доступны к заказу в течение 15 лет, продуктовая линейка не обновляется, а дополняется новым продуктом. Таким образом, в линейке <готовых>, не требующих процесса разработки, версий теперь есть 3 продукта: POSReady 2009 (ядро Windows XP), POSReady 7 (ядро Windows 7) и Industry (ядро Windows 8)".
Версия Windows Embedded Compact 2013 (для портативных сканеров, GPS-навигаторов, цифровых фоторамок) станет доступной во 2 квартале 2013 г. и так же, как все другие Windows Embedded 8, будет поддерживать работу с Visual Studio 2012. Windows Embedded 8 Handheld (для смартфонов), вероятно, будет представлена производителем в январе 2014 г.
В январе 2013 г. на выставке Национальной федерации ритейлеров в Нью-Йорке Microsoft и ее OEM-партнеры, использующие систему Windows Embedded, демонстрировали свою новую продукцию в этой сфере. Там же Microsoft анонсировала выпуск для промышленных компаний операционной системы Windows Embedded 8. В настоящее время у Microsoft имеется 5 компаний-партнеров, объединившихся вокруг ОС Windows Embedded 8 Handheld: Motorola Solutions, Intermec, Honeywell, Ingenico и Bluebird.
Обновление до версии 8.1 призвано расширить настраиваемость операционной системы до ее установки на целевое устройство, включая возможность выбора компонентов Unified Write Filter, Keyboard Filter, USB Filter и Gesture Filter для обеспечения последовательной конфигурации устройства. Windows Embedded 8.1 также поддерживает новые API Windows 8.1, включая инструкции и инструменты для работы со считывателями магнитных лент и сканерами штрихкодов.
12 августа 2014 года компания Microsoft представила обновление для Windows Embedded 8.1, в составе которой улучшения безопасности и производительности.
Несколько новых функций и улучшений:
Точки продаж (ПОС)
Навигационные устройства и системы мониторинга
Тонкие и терминальные решения
Промышленная автоматика
Системы безопасности и видеонаблюдения
Мультимедия и телевидение
Задачи автоматизации, от промышленности до торговли, часто сводятся к созданию одного или нескольких устройств, осуществляющих сбор, обработку, хранение, передачу данных и взаимодействие с пользователем или оператором в рамках специфических технических ограничений (условия рабочей среды, объем энергопотребления, физические габариты, надежность и безопасность, дополнительные отраслевые требования и др.). Выбор ОС для автоматизации - многокритериальная задача, при решении которой разработчикам приходится учитывать как технические, так и экономические факторы. Ключевые технические характеристики специализированной ОС - это метрики ее производительности и надежности на целевых задачах, наличие механизмов жесткого реального времени, поддержка аппаратных платформ и периферийных устройств, набор штатных компонентов, технологий и средств разработки, а также наличие API, знакомого программистам и позволяющего использовать готовое ПО с минимумом переработок. Основной экономический показатель - стоимость жизненного цикла системы, на которую влияют стоимость средств разработки, условия лицензирования, доступность ОС и средств разработки в долгосрочной перспективе.
К сожалению, универсальной встраиваемой ОС, подходящей под все требования, не существует. Именно поэтому производители интеллектуальных устройств часто используют несколько ОС в различных проектах. Если эти ОС разработаны разными производителями, то между ними вероятны существенные различия - от технических до лицензионных, что резко повышает расходы проектов из-за необходимости иметь в штате сотрудников с нужными квалификациями, а также переносить наработки из одной ОС в другую либо создавать кроссплатформенное ПО (если это технически возможно и не нарушает критериев производительности). Чем более схожи между собой встраиваемые ОС, тем проще оптимизировать работу проектной команды и сократить циклы разработки различных устройств. Технологическая платформа, позволяющая создавать широкий спектр систем автоматизации с самыми разными требованиями, разработана компанией Microsoft с 15-летним опытом в сфере встраиваемых систем. Эта платформа называется Windows Embedded и состоит из набора ОС, сочетающих возможности <настольных> версий Windows с особыми архитектурами и технологиями для специализированных устройств.
Устройства автоматизации можно разделить на три категории: интерфейсные, управляющие и информационные.
Интерфейсные устройства отображают характеристики управляемых процессов и принимают команды от оператора. Обычно в такие устройства можно установить <настольную> версию Windows, однако это неоправданно завышает требования к аппаратной платформе (а, следовательно, и ее стоимость) и обеспечивает отказоустойчивость устройства на уровне обычного ПК при существенно более высоких рисках. Более рациональное решение заключается в использовании ОС семейства Windows Embedded Standard, в котором на сегодняшний день имеется две ключевых ОС - Windows Embedded Standard 2009 (на основе Windows XP Professional SP3) и Windows Embedded Standard 7 (на основе Windows 7 SP1). Компонентная архитектура и штатные средства разработки образов ПО позволяют разработчику включать в устройство только необходимые функции из дистрибутива, что повышает отказоустойчивость устройства и в несколько раз сокращает размер образа Windows Embedded Standard по сравнению с <настольными> аналогами (типичный размер образа WES 2009 составляет 100-300 Мбайт, а WES 7 - 1-3 Гбайт). В состав ОС Windows Embedded Standard также входит комплект специализированных инструментов для встраивания (Embedded Enabling Features):
Для операционных систем Windows Embedded Standard также бесплатно доступна сервисная операционная среда Windows PE, с помощью которой можно подготовить устройство к установке образа, клонировать и тиражировать один образ на множество устройств и решать другие сервисные задачи.
Штатные возможности Windows Embedded Standard поддерживают технологии для создания развитых пользовательских интерфейсов (Silverlight, Windows Media Player, Internet Explorer, а в Windows Embedded Standard 7 также multitouch, распознавание жестов и интерфейс Windows Aero), средства коммуникации (протокол RDP версии до 7.0 в WES 2009 и самой полнофункциональной версии 7.1 в WES 7, поддержка Active Directory, групповых политик и протокола IPv6 ), средства управления конфигурациями и обновлениями системного ПО и приложений (System Center Configuration Manager, System Center Operations Manager и Windows Server Update Services).
Традиционная сфера применения для ОС Windows Embedded Standard - устройства на процессорах с архитектурой x86/x64 со стандартной периферией и допустимым размером образа в несколько сотен Мбайт или несколько Гбайт. К таким устройствам относятся разнообразные точки обслуживания, видеорегистраторы, системы визуализации данных, тонкие клиенты и др. Новейшее решение на ОС Windows Embedded Standard 7 - интерактивный киоск для банковской индустрии, разработанный компанией <Кварта Технологии> (рис. 1). Этот киоск позволяет клиенту банка не только самостоятельно знакомиться с продуктами и услугами, но и консультироваться с сотрудниками банка посредством аудио- и видеосвязи. Блок анализа востребованности продуктов и услуг позволяет банку управлять их сбытом на основе численных показателей, а блок контроля качества работы с клиентами - обеспечивать необходимый уровень обслуживания. Киоск оснащен развитым пользовательским интерфейсом на основе технологии multi-touch, в ближайшем будущем будет поддерживаться Kinect. Киоск позволяет банку легко организовать точку присутствия в любом общественном месте или отделении и обеспечивает развитые информационные возможности как клиенту, так и банку. ОС Windows Embedded Standard 7 выбрана в качестве технологической платформы для киоска благодаря наличию в ней требуемых коммуникационных технологий и средств разработки развитых пользовательских интерфейсов, которые обеспечивают эффективное внедрение и применение киоска в банковской инфраструктуре.
Рис. 1. Интерактивный банковский киоск под управлением Windows Embedded Standard 7
Устройства управления содержат модуль принятия решений, подают сигналы на блок сопряжения с управляемым объектом, а также получают информацию о состоянии объекта и/или внешней среды через измерительный блок. Ключевая задача устройства управления - своевременно реагировать на внешние события, обрабатывать их и генерировать команды воздействия на объект. Появление недорогих встраиваемых процессоров позволило создавать многофункциональные устройства управления, интегрируемые со SCADA-системами и поддерживающие различные промышленные протоколы связи. Для устройств на промышленных процессорах ARM, MIPS и x86 (в том числе многоядерных) с особыми требованиями по компактности образа, энергосбережению и поддержке жесткого реального времени компания Microsoft разработала семейство ОС Windows Embedded CE / Compact. В настоящее время в этом семействе наиболее распространены ОС Windows Embedded CE 6.0 и Windows Embedded Compact 7. Их архитектура и API отличаются от <настольных> Windows (планировщик с поддержкой многозадачности с вытеснением на основе приоритетов, принципы построения драйверов и методы их взаимодействия с приложениями и др.), однако базовый системный API схож с Win32, а некоторые подсистемы CE / Compact (например, системный реестр и управление оконным интерфейсом) очень близки к своим аналогам в <настольных> ОС. Кроме того, функции работы с процессами, потоками и синхронизацией межзадачного взаимодействия имеют общие черты со стандартом POSIX, хорошо знакомым специалистам по UNIX-системам. Таким образом, разработчики, независимо от своего предшествующего профессионального опыта, смогут использовать имеющиеся знания для быстрого освоения Windows Embedded CE.
Дистрибутив Windows Embedded CE / Compact состоит из компонентов, которые разработчик может по необходимости включать в образ устройства. В поставку Windows Embeddded CE также включены пакеты аппаратной поддержки (Board Support Packages, BSP) как минимум по одному для каждой поддерживаемой процессорной архитектуры, а также существенный объем исходного кода (согласно оценке компании Microsoft, для Windows Embedded Compact 7 он составляет 45% от всего кода ОС, в том числе 100% исходного кода ядра, 75% API и CRT, 75% кода ключевых системных служб и драйверов, а также примеры драйверов и BSP). Исходный код позволяет пересобирать компоненты ОС, BSP и драйверы для реализации специфических требований к устройству (например, создание собственного загрузчика или расширение штатных функций ОС), а также существенно облегчает написание, доработку, отладку и анализ системного ПО.
Штатные компоненты Windows Embedded CE / Compact обеспечивают широкие функциональные возможности, в том числе приложения (ActiveSync, просмотрщиков документов и т.д.), поддержку различных файловых систем (FAT, TFAT, exFAT, CD/DVD, файловых систем в ОЗУ, файловых систем разработчика, фильтров для реализации контроля доступа, антивирусного сканирования, шифрования и сжатия данных), поддержку коммуникационные протоколов (TCP/IP, IPSec, протоколы прикладного уровня, беспроводной и сотовой связи и др.), средства разработки пользовательских интерфейсов (Silverlight и Internet Explorer в версиях, оптимизированных для встраиваемых систем, инструментальный комплект Windows Embedded Silverlight Tools, поддержка multitouch и распознавания жестов).
Средства разработки для Windows Embedded CE 6.0 и Compact 7 представляют собой модуль Platform Builder, подключаемый к среде Visual Studio 2005 и 2008 соответственно (поставляется вместе с Platform Builder), что обеспечивает разработчикам знакомый и удобный интерфейс для написания и отладки ПО. Platform Builder содержит набор инструментов для разработки образов устройств и взаимодействия с целевыми системами (отладка, запуск программ, сбор событий в удаленном режиме, просмотр и модификация файлов, системного реестра и т.п.).
Потенциал Windows Embedded CE / Compact в качестве платформы для многофункциональных устройств с гарантированной и быстрой реакцией в полной мере реализуется компанией Beckhoff в ее линейке систем и устройств для промышленной автоматизации. Одна из новейших разработок в этой линейке - система обнаружения шаблонов печати на основе Windows Embedded Compact 7 (рис. 2). В современных печатных машинах скорость подачи бумаги составляет более 10 м/с, при этом размер печатаемого пикселя в разрешении 200 dpi должен быть меньше 0,1 мм. В таких условиях перед системой управления печатью стоит задача управлять более чем 100 000 точками в секунду. Чтобы определить на бумаге позиции для печати различных цветов, требуется распознать специальные шаблоны печати, при этом распознавание шаблона и печать должны происходить за очень ограниченный промежуток времени в несколько микросекунд. Наблюдение за шаблонами реализовано с использованием стробоскопа, который создает изображения быстро вращающего печатного колеса с помощью ярких световых вспышек с высокой периодичностью.
Рис. 2. Система обнаружения шаблонов печати под управлением Windows Embedded Compact 7
Система обнаружения шаблонов печати основана на решении Beckhoff под названием XFC (eXtreme Fast Control, сверхбыстрое управление) на базе панельного компьютера с процессором Intel Core Duo 2,0 ГГц, ОЗУ объемом 2 Гб и ОС Windows Embedded Compact 7. Поддержка многоядерных процессоров в Compact 7 позволяет выполнять критические по времени задачи на одном ядре ЦП, в то время как на втором ядре работает графический пользовательский интерфейс на основе технологии Silverlight for Embedded. Пользовательский интерфейс не влияет на реальное время, а контроль печатной машины с периодом 100 мкс не создает проблем во взаимодействии системы с пользователем (например, путем блокирования пользовательского интерфейса). Технология Silverlight for Embedded позволяет использовать богатые визуальные возможности Silverlight для отрисовки интерфейса, а программную часть дает возможность реализовывать на <родном> коде Windows Embedded, используя архитектурные преимущества ОС.
Информационные устройства решают задачи обработки, хранения данных и обеспечения доступа к ним, в том числе для интерфейсных устройств. Если информационному устройству необходимы передовые возможности по надежности хранения и защиты данных, интеграции с корпоративными информационными системами, то его можно реализовать на серверных продуктах компании Microsoft. Для разработки встраиваемых систем на основе серверных ОС в линейке Windows Embedded имеются аналоги почти всех серверных ОС общего назначения. Технически эти аналоги идентичны, различия заключаются лишь в условиях лицензирования и более низкой стоимость встраиваемых серверных продуктов. Разработчик встраиваемой системы декларирует ее функциональное назначение и не может вывести систему за его пределы, например, на сервере баз данных SCADA-системы нельзя запустить сервис публикации web-сайта, поскольку он не требуется для обеспечения функционирования SCADA. Аналогичные требования применяются и к другим ОС Windows Embedded, что подчеркивает их ключевое назначение - построение специализированных устройств.
Фундамент успеха компании-разработчика на динамичном современном рынке систем автоматизации - короткий цикл разработки устройств с минимальными издержками. Этот фундамент можно создать с помощью технологической базы, обеспечивающей максимальный эффект от использования существующих наработок и навыков специалистов. Платформа Windows Embedded представляет собой набор ОС с разными характеристиками и сферами применения, но общей основой в виде развитых технологий <настольных> версий Windows. Для минимизации рисков, связанных с доступностью технологий в долгосрочной перспективе, компания Microsoft предоставляет производителям интеллектуальных устройств 15-летнюю гарантию доступности всех ОС Windows Embedded. Технологии Windows Embedded могут использоваться во всех классах устройств автоматизации: для интерфейсных устройств наиболее богатые возможности предоставляют ОС Windows Embedded Standard, для устройств управления - Windows Embedded CE / Compact, а для систем хранения и обработки данных - Windows Embedded Server. Комплексный подход к решению задач разработки специализированных устройств, реализуемый Microsoft на протяжении более 15 лет, открывает перед производителями систем автоматизации возможность комплексно выстраивать процессы разработки устройств в долгосрочной перспективе, получая максимальный эффект как от передовых технологий Microsoft, так и от собственных наработок.
Windows XP Embedded - это компонентная версия Windows XP Professional c дополнительными возможностями для встраивания и инструментарием, поддерживающим процесс разработки специализированных образов операционной системы. Основной целью разработки специальной версии XP, Embedded, было создание встраиваемой системы с богатыми функциональными возможностями, максимально совместимой как с имеющейся настольной операционной системой и существующим прикладным программным обеспечением, так и с привычным для программистов процессом разработки прикладных программ.
Действительно, включив в образ операционной системы только необходимые компоненты, можно тем не менее воспользоваться всеми богатыми возможностями Win32 API и системной инфраструктуры XP Professional. Для разработки приложений, работающих под управлением XP Embedded, нет необходимости переучивать разработчиков, создающих приложения под XP Professional, равно как и нет нужды в каких-либо специализированных средствах разработки - любые продукты, обеспечивающие разработку для XP Professional, позволяют осуществлять разработку программ и для XP Embedded.
Решаема и обратная задача - создание образа операционной системы, на котором может работать написанное ранее приложение. Версия XP Embedded включает специальные компоненты - макросы совместимости, позволяющие быстро адаптировать образ для запуска существующих приложений.
Итак, становится понятно, откуда в названии этой специализированной операционной системы суффикс XP. Что же делает XP встроенной, или Embedded? Во-первых, то, что она состоит из компонентов, и, во-вторых, имеет дополнительные возможности для встраивания. Представление возможностей операционной системы в виде отдельных компонентов позволяет разработчику включать в образ только необходимые компоненты, а дополнительные возможности встраивания - эффективно создавать специализированные устройства.
Поскольку операционная система Windows XP Embedded состоит из тех же бинарных файлов, что и Windows XP Professional, практически все возможности, которые есть в XP Professional, поддерживаются и в XP Embedded, например:
Помимо этого, система поддерживает дополнительные возможности для встраивания:
Одной из целей разработки Windows XP Embedded было уменьшение размера, занимаемого файлами операционной системы, однако надо понимать, что данная встраиваемая операционная система основана на бинарном коде XP Professiona, и поэтому ее требования к памяти и размеру носителя значительно отличаются от классических встраиваемых систем, например Windows CE. В табл. 1 приводится сравнение возможностей Windows XP Embedded и Windows CE.
|
Свойство |
Windows Embedded Standard |
Windows Embedded CE |
Поддерживаемые типы процессоров |
x86 |
x86, ARM, MIPS, SH4 |
Поддержка реального времени |
Нет |
Да |
Минимальный размер образа |
~5 Мб |
~ 500 Кб |
Минимальный размер оперативной памяти |
8 Мб |
300 Кб |
Доступный API |
Полный Win32 API |
Часть Win32 API + специализированный API |
Драйвера |
Windows Driver Model |
Собственная модель драйверов |
Средства разработки образов |
Windows Embedded Studio |
Platform Builder for Visual Studio |
Способ сборки образов |
Копирование |
Компиляция, компоновка |
Из таблицы сравнения становится понятно, что собрать контроллер домена на базе функций Windows XP Embedded невозможно. Так для каких же целей предназначена данная встраиваемая операционная система? Прежде всего, это устройства, которые не имеют жестких ограничений на размер носителя с операционной системой и доступной оперативной памяти, например: телевизионные приставки (для кабельного ТВ, видео по запросу, игровые и т. д.); игровые автоматы; тонкие клиенты; устройства для точек розничного обслуживан; медицинское оборудование; печатное оборудование; информационные киоски; банковские терминалы и банкоматы; домашние мультимедиа-устройства; устройства удаленного сбора информации; и т.д.
В поставку XP Embedded входят шаблоны для дизайна некоторых популярных типов устройств, позволяющие ускорить процесс их разработки; кроме того, поставка включает макросы, которые могут пригодиться при разработке и тестировании. В табл. 2 приведены ориентировочные размеры образов для вышеуказанных шаблонов дизайна и вспомогательных компонентов макросов.
Один из вспомогательных макросов, MinKernel Sample Macro (Demo), включает в себя ядро Windows XP, его зависимости и драйверы устройств, не требует прохождения процедуры FBA, при запуске отображает черный экран и выводит в отладочный порт сообщение Debug и не поддерживает Win32 API. Если на устройстве требуется запускать приложения или давать пользователю возможность интерактивно взаимодействовать с устройством, необходимо использовать конфигурацию на основе менеджеров сессий MinLogon или WinLogon. Тестовые конфигурации на их основе, соответственно, представляют остальные два компонента макроса для разработки: MinLogon Sample Macro и WinLogon Sample Macro.
Менеджер сессий MinLogon использует облегченный процесс входа в систему, при котором пользователь всегда регистрируется как системный пользователь. Конфигурации с MinLogon задействуют, если нет необходимости зарегистрироваться в системе локально или с доменной учетной записью. Менеджер сессий MinLogon имеет меньше зависимостей, чем WinLogon, поэтому обычно результирующий образ с MinLogon меньше аналогичного с WinLogon. При использовании MinLogon полностью поддерживается Win32 API (Kernel32, GDI32, User32 и Advapi32).
Менеджер сессий Winlogon использует стандартный процесс входа Winlogon, поставляемый с Windows XP Embedded, соответствующий стандартному входу в систему в XP Professional.
Обратите внимание, что в табл. 2 в скобках, рядом с названиями шаблонов дизайна, указан менеджер сессий, с которым собирался образ: WinLogon или MinLogon. Если менеджер сессий не указан, значит, шаблон не предоставляет возможности его выбирать.
Дополнительные системные требования к устройству XP Embedded приведены ниже.
Пробную версию Windows XP Embedded c Service Pack 2 можно получить у локального дистрибьютора встраиваемых систем Microsoft, заказать или загрузить на сайте компании Microsoft. Инструкция по установке Windows Embedded Studio находится на компакт-диске, на котором продукт поставляется.
Станислав Павлов
|
|
 |
