圖1 Windows CE的基本結(jié)構(gòu)
�。�5） Win32兼容性
Windows CE采用與Windows 95/NT相同的編程模型,它的API是Win32 API的一個(gè)子集,大約有600個(gè)API函數(shù),可以實(shí)現(xiàn)所有的嵌入式應(yīng)用。CE只支持UNICODE碼,CE API刪除了Win32 API中包含ANSI字符串參數(shù)的函數(shù)。CE還支持當(dāng)前流行的軟件技術(shù)和運(yùn)行庫(kù),如MFC(Microsoft Foundation Class)、ATL(Active Template Library)、EVC(Embedded Visual C++)、EVB(Embedded Visual Basic)。Win32的兼容性可以容易地把現(xiàn)成的Windows應(yīng)用程序移植到Windows CE中。目前有許多開(kāi)發(fā)人員精通Windows編程技術(shù),他們只需學(xué)習(xí)很少的知識(shí)就可以開(kāi)發(fā)Windows CE應(yīng)用程序。
PC機(jī)技術(shù)的發(fā)展必然出現(xiàn)兩極分化：一方面PC機(jī)功能將進(jìn)一步加強(qiáng),達(dá)到以前工作站和小型機(jī)水平;另一方面,面向普通消費(fèi)者和特定用途的智能化電子設(shè)備將會(huì)大量涌現(xiàn)。后者將會(huì)普遍采用類(lèi)似Windows CE的嵌入式操作系統(tǒng)。
4 Windows CE在嵌入式控制系統(tǒng)中的應(yīng)用分析
嵌入式操作系統(tǒng)是一種應(yīng)用廣泛的系統(tǒng)軟件,工業(yè)控制是它的傳統(tǒng)應(yīng)用領(lǐng)域,在這一領(lǐng)域里已有一些比較成功的嵌入式操作系統(tǒng)。但是,隨著應(yīng)用對(duì)象的擴(kuò)大和技術(shù)的進(jìn)步,實(shí)際應(yīng)用對(duì)工業(yè)控制系統(tǒng)的功能和性能提出了許多新的要求。例如,適應(yīng)惡劣的工作環(huán)境,熟悉和友好的用戶界面,統(tǒng)一的編程界面,強(qiáng)大的通信功能和多媒體功能等,這些嵌入式操作系統(tǒng)很難滿足工業(yè)應(yīng)用的新需要。由于Windows CE 2.1及以前版本的實(shí)時(shí)性較差,在工業(yè)控制領(lǐng)域應(yīng)用較少,主要應(yīng)用在移動(dòng)式（或便攜式）產(chǎn)品和信息家電領(lǐng)域。Windows CE 3.0的出現(xiàn)極大地改善了它的實(shí)時(shí)性能,為Windows CE進(jìn)入工業(yè)控制領(lǐng)域奠定了基礎(chǔ)。
雖然Windows CE 3.0作為嵌入式系統(tǒng)平臺(tái)在工業(yè)控制領(lǐng)域還未被廣泛采用,但前景非常廣闊。許多著名的工業(yè)控制器生產(chǎn)商已經(jīng)開(kāi)發(fā)出基于Windows CE 3.0的工業(yè)控制產(chǎn)品,如西門(mén)子AG公司的多功能操作面板MP系列,Cybectec公司的變電站現(xiàn)代化平臺(tái)SMP(Substation Modernization Platform)等。工業(yè)控制操作系統(tǒng)需要嚴(yán)格的實(shí)時(shí)處理功能,高可靠性,良好的開(kāi)放性,對(duì)人機(jī)界面、開(kāi)發(fā)環(huán)境、可操作性、成本等也有特別的要求。
�。�1） 實(shí)時(shí)性
實(shí)時(shí)性是指能夠在限定時(shí)間內(nèi)執(zhí)行完規(guī)定的功能,并對(duì)外部的異步事件作出反應(yīng)的能力。實(shí)時(shí)性的強(qiáng)弱以完成規(guī)定功能和作出響應(yīng)時(shí)間的長(zhǎng)短來(lái)衡量。提高硬件的處理能力可以在一定程度上提高計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性,但是當(dāng)硬件確定以后,控制系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性能主要由操作系統(tǒng)來(lái)決定。無(wú)論從汽車(chē)制造到工業(yè)自動(dòng)化,還是從電子通信到交通運(yùn)輸,Windows CE 3.0均可為具備確定性響應(yīng)能力的應(yīng)用程序提供內(nèi)建實(shí)時(shí)支持。
�。�2） 可靠性
工業(yè)控制系統(tǒng)對(duì)可靠性要求很高,計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)發(fā)生故障或死機(jī)對(duì)于企業(yè)安全高效生產(chǎn)帶來(lái)不利的影響�？煽啃灾饕瑑蓚�(gè)方面的含義：一是控制計(jì)算機(jī)本身要連續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行,二是系統(tǒng)檢查出故障后要有保持安全狀態(tài)的能力。雖然軟硬件抗干擾技術(shù)、熱冗余技術(shù)可以在一定程度上提高工業(yè)控制系統(tǒng)的可靠性,但是操作系統(tǒng)的可靠性仍然影響著工業(yè)控制系統(tǒng)的運(yùn)行。
穩(wěn)定性方面,在實(shí)時(shí)控制操作系統(tǒng)中,一般要提供源代碼或者提供許可證,由控制器生產(chǎn)商來(lái)保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性。控制器生產(chǎn)商根據(jù)應(yīng)用需要定制Windows CE操作系統(tǒng),經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的完善和測(cè)試以后投入使用。測(cè)試的方式和時(shí)間由生產(chǎn)商確定。通過(guò)這種方式定制的操作系統(tǒng)一般情況下可以穩(wěn)定運(yùn)行,但微軟公司既沒(méi)有保證Windows CE連續(xù)運(yùn)行的時(shí)間,也不公開(kāi)源代碼。從這個(gè)意義上說(shuō),Windows CE的穩(wěn)定性受到質(zhì)疑。此外,在工控設(shè)備中,因?yàn)楫a(chǎn)品缺陷而造成事故,廠商要承擔(dān)賠償責(zé)任。對(duì)操作系統(tǒng)也一樣。因此,微軟對(duì)這一問(wèn)題的態(tài)度,也是Windows CE能否很好地應(yīng)用到工業(yè)控制領(lǐng)域的因素之一。
從故障角度來(lái)看,實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)在應(yīng)用中是以內(nèi)核模式工作的,應(yīng)用的故障會(huì)立刻造成系統(tǒng)崩潰。Windows CE內(nèi)核具有內(nèi)存管理功能,可以檢查出應(yīng)用造成的系統(tǒng)異常,抑制由于應(yīng)用不正常直接破壞系統(tǒng)的危險(xiǎn)性。所以Windows CE比一般的實(shí)時(shí)系統(tǒng)健壯。
（3） 人機(jī)界面
不同對(duì)象對(duì)工業(yè)控制系統(tǒng)的人機(jī)界面HMI（Human Machine Interface）要求差別很大。在一般的實(shí)時(shí)嵌入式操作系統(tǒng)中,圖形功能弱,雖然也有提供圖形庫(kù)的,但沒(méi)有更強(qiáng)的功能。Window CE 不僅支持圖形和窗口,具有多媒體功能,而且還可以利用豐富靈活的控件庫(kù)在Windows CE環(huán)境下為嵌入式應(yīng)用建立各種圖形用戶界面。Windows CE 支持256色,顯示分辨率可以設(shè)定,支持觸摸屏。因此,Windows CE 完全可以滿足工業(yè)控制系統(tǒng)對(duì)人機(jī)界面的要求。
�。�4） 開(kāi)放性
Windows CE具有良好的通信能力,廣泛支持各種通信硬件、局域網(wǎng)連接以及撥號(hào)連接,并提供與PC、內(nèi)部網(wǎng)以及Internet的連接,包括用于應(yīng)用級(jí)數(shù)據(jù)傳輸?shù)脑O(shè)備至設(shè)備間的互連。Windows CE具有良好的可擴(kuò)展性,用戶可根據(jù)實(shí)際需要定制合適的硬件,開(kāi)發(fā)自己的模塊和組件,集成到運(yùn)行Windows CE的設(shè)備上。
�。�5） 開(kāi)發(fā)成本和開(kāi)發(fā)環(huán)境
工業(yè)控制設(shè)備的生產(chǎn)批量小,開(kāi)發(fā)環(huán)境所占比重大,所以易用、廉價(jià)的開(kāi)發(fā)環(huán)境對(duì)控制設(shè)備生產(chǎn)商十分關(guān)鍵。Windows CE的開(kāi)發(fā)成本低,生成和調(diào)試工具方便易用。Windows CE Platform Builder 3.0提供了迅速創(chuàng)建Windows CE嵌入式系統(tǒng)需要的全部軟件工具。Platform Builder主要包括Windows CE Add-on Pack（插件包）、各種調(diào)試工具及Embedded Visual Tools（由面向嵌入式系統(tǒng)開(kāi)發(fā)而進(jìn)行優(yōu)化的Embedded Visual Basic和Embedded Visual C++組成）。
5 結(jié)論
到目前為止,工業(yè)控制系統(tǒng)中的自動(dòng)化設(shè)備仍然受專(zhuān)用硬件或工業(yè)化PC平臺(tái)的限制。專(zhuān)用硬件通常十分耐用,并能抗惡劣環(huán)境,但是只能用于單一的、特定的用途。雖然工業(yè)化PC比專(zhuān)用硬件更具有靈活性,但是由于振動(dòng)、灰塵、潮濕、高溫以及其它環(huán)境問(wèn)題的影響,工業(yè)化PC平臺(tái)經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)故障和數(shù)據(jù)丟失。Windows CE操作系統(tǒng)是一個(gè)適合下一代互連工業(yè)自動(dòng)化設(shè)備的理想小體積嵌入平臺(tái)。由于采用MSMQ（Microsoft Message Queuing）這樣的先進(jìn)應(yīng)用服務(wù),使Windows CE實(shí)現(xiàn)與生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)IT設(shè)施的全面集成成為可能。它還具有很強(qiáng)的實(shí)時(shí)性能,支持確定性的響應(yīng)時(shí)間控制。Windows CE能從閃存啟動(dòng),從而避免了暴露在灰塵、高溫和震動(dòng)環(huán)境下,使它可以適應(yīng)惡劣的生產(chǎn)環(huán)境。基于Windows CE的嵌入式控制系統(tǒng)提供統(tǒng)一的、可伸縮的解決方案,將專(zhuān)用硬件的耐用性與PC的靈活性結(jié)合在一起。因此Windows CE在工業(yè)控制領(lǐng)域有著很好的應(yīng)用前景。
參考文獻(xiàn)
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4 微軟公司. Microsoft Windows CE Platform Builder 3.0 Library（Platform Builder 3.0電子幫助文檔）
