Windows Embedded: Полное обновление линейки
В статье рассмотрены общие тенденции развития устройств и компактных систем, представлен обзор предварительных версий встраиваемых операционных систем компании Microsoft, выход которых состоится в 2011 году.
ООО «Кварта Технологии», г. Москва
Последние новости с фронта микропроцессорной индустрии предвещают много интересных событий. Впервые можно наблюдать, как начинают пересекаться сферы интересов таких столпов, как Intel и ARM. А именно, в области микропроцессоров для устройств, где важна не только производительность, но и низкое энергопотребление, при этом компании пришли к ней, можно сказать, с диаметрально противоположных сторон.
Расставшись со своим бизнесом по производству процессоров на базе ARM-архитектуры, Intel решила полностью сконцентрироваться на x86-архитектуре и запустила специальную энергоэффективную серию процессоров Intel Atom. Для повышения производительности и снижения энергопотребления в последних версиях Intel Atom интегрированы контроллер памяти и графическое ядро. Следует заметить, что и в арсенале давнего конкурента Intel, компании AMD, также есть высокоинтегрированные процессорные модули AMD Geode и Fusion. ARM-архитектура, наоборот, изначально отличалась очень низким энергопотреблением, что и обусловило высокую популярность в портативных устройствах. Двигаясь в сторону увеличения производительности, компания ARM представила ядро ARM Cortex-A9, на базе которого появляются реализации от ведущих производителей: Texas Instruments OMAP 4, Samsung Orion, Freescale i.MX6.
Рис. 1. Шаблоны устройств Windows Embedded Compact 7
Самой интересной новинкой этого года может стать Windows Embedded Compact 7. Благодаря своим уникальным возможностям семейство Windows Embedded CE имеет широкое распространение в компактных устройствах и системах реального времени. Поскольку полупроводниковая индустрия не стоит на месте, выход новой системы позволит обеспечить полноценную работу устройств, построенных на базе современных технологий. Текущие тенденции в области интеллектуальных устройств, помимо экстенсивного наращивания вычислительной мощности отдельного микропроцессорного узла, можно охарактеризовать наращиванием количества ядер, интеграцией высокопроизводительных графических ядер с поддержкой видео высокой четкости (HD) и развитием, так называемых, натуральных интерфейсов. Windows Embedded Compact 7 призвана полностью раскрыть возможности высокотехнологичных платформ, и для этого у нее есть все предпосылки.
Обновление ждет и средства для дизайнеров интерфейсов в виде Microsoft Expression Blend 3, а это значит, что возможностей при визуализации интерфейсов устройств станет больше.
Следуя тенденциям развития микропроцессоров ARM-архитектуры, в новой версии компактной операционной системы заявлена поддержка нескольких наборов инструкций, включая ARM v7. В результате код, полученный в средствах разработки Compact 7, будет более компактным и производительным. Поддержка ARM v4 и архитектура SH4 в новой версии отсутствуют.
В «архитектурном» плане Windows Embedded Compact 7 следует рассматривать как развитие Windows Embedded CE 6.0 c некоторыми изменениями для поддержки новых возможностей. В частности, поддержки многоядерных процессоров, что актуально для последних поколений Intel Atom и целой плеяды процессоров на базе ядра ARM Cortex-A9: Texas Instruments OMAP 4, Freescale i.MX6, Samsung Orion. Поддержка многоядерности включается в свойствах проекта.
Другим важным прорывом является поддержка сенсорных экранов с распознаванием множественных касаний – Multi-Touch. Экраны с Multi-Touch еще не так распространены, как обычные сенсорные экраны, но в любом случае будущее за подобными, так называемыми, натуральными интерфейсами, когда управление осуществляется естественным способом без вспомогательных манипуляторов типа компьютерной мыши или клавиатуры. Подробно речь о тонкостях внедрения технологии Multi-Touch на примере Windows 7 шла в предыдущем номере ИСУП за октябрь 2010 года.
Помимо того, в системе будет много функциональных улучшений, таких, как обновленный веб-браузер Internet Explorer 7, поддержка Adobe Flash 10, последняя версия протокола удаленного рабочего стола RDP 7. Отдельно следует отметить целый ряд дополнений для построения мультимедийных решений, который включает специальный шаблон устройства, новые аудио- и видеоплееры.
В нынешнем году средства разработки Windows Embedded Standard 7 получат кумулятивное обновление SP1. Речь об этой системе, которая является компонентной версией Windows 7 для устройств, шла в октябрьском номере журнала. Помимо различных исправлений, повышающих безопасность и производительность системы, в состав SP1 включена обновленная версия протокола для удаленного подключения к рабочему столу RDP 7.1. В первую очередь, конечно, это заинтересует производителей устройств типа «тонкий клиент» или, как их еще называют, терминальный клиент. Вкратце суть работы подобного устройства заключается в подключении к специальному терминальному серверу, на котором запускается сессия. Для пользователя работа в режиме удаленной сессии практически не отличается от работы за обычным персональным ПК, но при этом есть ряд важных преимуществ, к которым относятся повышение отказоустойчивости системы и защищенность информации. В случае сбоя устройства оператор может продолжить работу на любом другом устройстве, заново подключившись к своей сессии на сервере без потери данных. В масштабах большого предприятия можно повысить мобильность пользователей за счет размещения компактных терминальных станций на территории предприятия, что позволит работать с любой из них. Защищенность конфиденциальной информации повышается за счет того, что на клиентских системах она попросту не содержится – вся оперативная информация хранится на сервере в рамках терминальной сессии.
До выхода SP1 область применения тонких клиентов ограничивалась задачами без особых требований к компьютерной графике, и эффект их использования, например, для SCADA систем с объемной визуализацией сложных производственных процессов с помощью графических ускорителей оставлял желать лучшего. С новой версией протокола для удаленного подключения к рабочему столу Windows 7 или Windows Server 2008 R2 становится возможным выполнять аппаратное ускорение компьютерной графики на стороне сервера (технология RemoteFX) и получать доступ к подключенной к устройству USB-периферии из сессии на сервере. Таким образом, выход SP1 откроет новую эру для терминальных устройств.
Воспользоваться новыми возможностями SP1 можно будет как во вновь разрабатываемых устройствах, так и в уже готовых. Для готовых устройств будет доступно несколько опций, среди которых будет и обновление через Windows Update. Проверить используемую версию протокола удаленного рабочего стола можно в свойствах RDP-клиента.
Рис. 3. С выходом SP1 в Windows Embedded Standart 7 обновится протокол RDP до версии 7.1
Windows Embedded Compact 7
Вступайте в нашу группу в VK https://vk.com/controlengineeringrus , чтобы ничего не пропустить из мира автоматизации.
С постоянным развитием программного и аппаратного обеспечения вычислительные платформы становятся все меньше и меньше, при этом показатели производительности растут. Сейчас уже многие виды встраиваемого оборудования прочно вошли в нашу жизнь за счет постоянно растущего спроса на такие сервисы, как Интернет, «облака», радиочастотная идентификация и др.
Повсеместное использование встраиваемых вычислительных систем как-то незаметно стало необходимым. Между тем озабоченность по поводу изменения климата привела к тому, что маломощные установки с высоким КПД для более экономичного использования энергии вызывают естественный и активный интерес ИТ-специалистов. Для достижения хороших показателей они должны оптимизировать аппаратные производственные процессы и использовать соответствующее программное обеспечение для контроля и управления системами; наиболее интеллектуальные платформы будут сочетать достижения в обеих областях, что позволит получить максимальную производительность от них.
Учитывая накопленный опыт и потенциал в исследованиях и разработке промышленных объектов контроля на протяжении более 25 лет, компания Advantech разработала множество таких продуктов, как прошивки, драйверы, программное обеспечение API, а также выпустила под собственной торговой маркой программы SCADA. Более того, компания интегрировала Microsoft Windows Embedded OS со своими платформами, чтобы позволить клиентам, работающим в области производства оборудования, с легкостью разрабатывать новые устройства, а также чтобы повысить стабильность и возможности платформы в сочетании с производительностью системы. Представленная в апреле 2011 г. Windows Embedded Compact 7 — это новое поколение операционной системы реального времени из семейства WinCE. Она предоставляет клиентам больше различных функций и высокую производительность, поддерживает более быстрые и стабильные аппаратные платформы, тем самым повышая ценность разрабатываемых систем, и дает им конкурентное преимущество на рынке.
Windows Embedded Compact 7
Windows Embedded Compact 7 является развитием Windows Embedded CE и представляет собой компонентную операционную систему реального времени, которая может использоваться для создания широкого спектра малогабаритных устройств. За последние 15 лет OEM-партнеры Microsoft сделали ставку на очень надежные операционные системы.
Windows Embedded Compact 7 имеет улучшенное ядро, что обеспечивает поддержку требовательных к производительности приложений и повышает полезность устройств. Разработчики могут использовать знакомые инструменты и свои навыки в привычной среде разработки и получить доступ к глобальному сообществу ОС Windows Embedded, которое может помочь им в создании новых поколений устройств. Новый Embedded IE позволяет настраивать интерфейс браузера, эскизы и управление закладками. Технология мультисенсорного ввода дает возможность создавать интуитивно понятные пользовательские интерфейсы для различных устройств. Поддержка стандартов DLNA, HD и MTP, а также библиотек мультимедиа закладывает основу для создания новых развлекательных средств.
Программа Windows Embedded Shared Source
Программа создана, чтобы помочь ускорить разработку, уменьшить время поиска неисправностей и отладки кода, получая помощь от удаленной службы поддержки устройств. Разработчики получают бесплатный доступ к более чем 3,9 млн строк исходного кода Windows Embedded Compact 7, в том числе ключевым компонентам.
Advantech смогла добиться успешного сочетания платформ Intel x86 и встраиваемых систем Microsoft CE. В будущем фирма планирует встраивать инструментарий Windows Embedded Compact 7 в свои платформы, и в дополнение к существующим функциям, унаследованным от более ранней версии (таким как Hotkey Manager, Kiosk Mode, AutoRun Manager, Registry Utilities, Server Configure Wizard, Resolution Modifier и Shell Manager), будут добвлены несколько новых полезных.
Для поддержки x86/Intel платформ, когда официальный график BSP-релиза будет доступен, Advantech будет разрабатывать и предоставлять клиентам стандартные образы ОС для всех совместимых платформ в своей продуктовой линейке. Кроме того, компания готова предложить индивидуальные решения ОС и интегрирование программных средств, разработанных либо самостоятельно, либо в сотрудничестве с третьей стороной (к примеру, SUSI 3.0, IManager, QFlash utility, SUSIAccess, OEM Acronis True Image и др.).
Средства разработки ПО для систем управления на основе Windows Embedded
Вступайте в нашу группу в VK https://vk.com/controlengineeringrus , чтобы ничего не пропустить из мира автоматизации.
С середины 1990-х гг. компания Microsoft является активным участником рынка технологий разработки встраиваемого ПО для специализированных интеллектуальных устройств. Эти технологии интегрированы в платформу Windows Embedded, которая на сегодня включает в себя пять семейств ОС — Compact, Standard, POSReady, Server и Enterprise. ОС Windows Embedded Compact и Windows Embedded Standard служат основой для систем управления различными объектами — от промышленных контроллеров до военных тренажеров.
Windows Embedded Compact
Ключевые особенности семейства Windows Embedded Compact — компонентная архитектура и поддержка жесткого реального времени, т. е. способность обеспечить гарантированное время отклика системы на внешние события. ОС Windows Embedded Compact поставляются со средствами разработки, которые представляют собой широко распространенную среду программирования Visual Studio, дополненную специализированным подключаемым модулем (плагином) Platform Builder. Возможности Visual Studio позволяют программисту вести разработку ПО в привычной рабочей среде, а плагин предоставляет инструменты для решения задач, специфичных для встраиваемых систем.
Целевая функциональность интеллектуального устройства обычно реализуется в приложениях, разработка которых для Windows Embedded Compact может осуществляться несколькими штатными технологиями. Во-первых, ОС Windows Embedded Compact имеют особую архитектуру и API, позволяющие создавать многопоточные программы на основе методов межзадачного взаимодействия и обмена информацией, поддерживаемых ядром ОС. Во-вторых, компоненты Windows Embedded Compact предоставляют приложениям дополнительные API для реализации удаленного межпроцессного взаимодействия, сетевых коммуникаций, использования графических, мультимедийных функций ОС и др. В-третьих, технология .NET Compact Framework позволяет разрабатывать для Windows Embedded Compact приложения на языках C# и Visual Basic, при этом Visual Studio предоставляет традиционные визуальные средства для такой разработки. В-четвертых, новейшая ОС Windows Embedded Compact 7 включает в себя технологию Silverlight for Windows Embedded для создания графических интерфейсов, которая связывает дизайнерский инструмент Expression Blend и инструментарий Platform Builder (рис. 1). Дизайнер описывает графический интерфейс в виде проекта Expression Blend, а программист на его основе автоматически генерирует проект Platform Builder и определяет в нем поведение интерфейса на «родном» коде Windows Embedded Compact 7.
Для корректного функционирования приложений в устройство должны быть интегрированы необходимые компоненты Windows Embedded Compact. Разработчик выбирает интересующие компоненты из каталога, к которому имеется как графический, так и командно-строковый интерфейс (рис. 2). Часть компонентов поставляется с исходным кодом, что позволяет разработчику модифицировать их поведение. Типичный объем ПО устройства на Windows Embedded Compact не превышает нескольких десятков Мбайт.
Прикладное ПО интеллектуального устройства должно работать на выбранной аппаратной платформе (рис. 3). В Windows Embedded Compact связь между прикладным ПО и оборудованием осуществляется пакетом аппаратной поддержки (Board Support Package, BSP). BSP — это отдельный модуль, включающий в себя загрузчик ОС, драйверы устройств и интерфейсы для доступа к ним со стороны приложений. Заменяя BSP, разработчики могут легко переносить прикладное ПО с одних аппаратных платформ на другие. Комплект поставки Windows Embedded Compact включает в себя BSP для каждой из поддерживаемых процессорных архитектур (x86, ARM, MIPS и SH-4, набор варьируется в зависимости от версии ОС), которые при необходимости могут быть доработаны под особенности выбранной платформы и функциональные требования путем модификации исходных кодов и библиотек BSP. BSP для Windows Embedded Compact также разрабатываются производителями оборудования и сторонними компаниями.
Интеграция системного и прикладного ПО в Windows Embedded Compact называется сборкой. Результатом сборки является образ — бинарный файл, с которого осуществляется загрузка ОС (в зависимости от возможностей загрузчика, входящего в BSP, она может осуществляться с жесткого диска, накопителя Compact Flash, по протоколу Ethernet и т. д.). Система сборки Platform Builder позволяет разработчику создавать образы для различных процессорных архитектур, а также генерировать отладочные образы для анализа поведения встраиваемого ПО и конечные образы для поставки заказчику.
Отладка, анализ и администрирование ПО интеллектуального устройства предполагают механизм связи между инструментальной и целевой системами. ОС Windows Embedded Compact включают в себя специальный протокол транспортного уровня, который позволяет разработчику использовать инструменты удаленного запуска, отладки, конфигурирования и анализа работы встраиваемого ПО. Этот протокол может работать на основе TCP/IP или по последовательному порту. Отсутствие физической целевой системы не является препятствием для анализа и отладки аппаратно-независимых функций ПО (приложений, служб, пользовательских интерфейсов и т. п.), поскольку средства разработки для Windows Embedded Compact 7 включают в себя BSP для виртуальных машин Microsoft Virtual PC и Windows Virtual PC, а Platform Builder для более ранней ОС Windows Embedded CE 6.0 содержит эмулятор целевого устройства.
Средства удаленного администрирования, входящие в состав Platform Builder, позволяют разработчику с инструментального ПК управлять файловой системой и реестром устройства, запускать и останавливать процессы, а также получать различные сведения о текущем состоянии устройства. Для отладки и анализа отдельных программ имеется пошаговый отладчик, средства анализа содержимого ОЗУ и регистров, обнаружения утечек памяти и «посмертной» диагностики процессов. Особую важность для разработчиков систем управления представляют инструменты временного анализа функционирования ПО. Platform Builder позволяет отображать на шкале времени различные метрики анализируемой среды — от количества выполняемых задач, потребляемой виртуальной и физической памяти до статистики сетевых протоколов. На шкале времени также можно наблюдать системные события, такие как запуск и завершение задач, изменения их состояний, возникновение прерываний от устройств, начало и окончание их обработки, что позволяет определять длительность реакции системы на внешние события и сравнивать ее с предъявляемыми техническими требованиями.
Чтобы проверить корректность выполнения системой управления своих функций, разработчик должен создать и применить к ней набор тестов. В поставку Windows Embedded Compact входит инструментальный комплект для тестирования ПО, который позволяет запускать тесты и регистрировать их результаты для последующего анализа. Тестирование можно выполнять как в клиент-серверном режиме (целевая система соединена с инструментальной), так и автономно (запуск и сохранение результатов тестов осуществляются на целевой системе). Инструментальный комплект включает в себя стандартные тесты (например, для пользовательского интерфейса, файловых систем) и в то же время позволяет разработчику создавать собственные тесты в виде динамических библиотек со специальным API и запускать их наряду со стандартными. Тесты можно параметризовывать, многократно запускать, строить различные графики и отчеты.
Таким образом, ОС Windows Embedded Compact позволяет разрабатывать многофункциональные системы управления и оснащена средствами разработки, интерфейс которых легко осваивается Windows-программистами, а штатные возможности позволяют решать все ключевые задачи, характерные для цикла разработки встраиваемых систем.
Windows Embedded Standard
Семейство операционных систем Windows Embedded Standard предназначено для специализированных устройств, в которых предполагается использовать «настольные» Windows-приложения и драйверы. ОС Windows Embedded Standard двоично совместимы с «настольными» Windows, при этом их компонентная архитектура позволяет разработчику устанавливать в устройство только функции, необходимые для работы целевых приложений. В состав Windows Embedded Standard входят такие компоненты, как Windows Media Player, браузер Internet Explorer, платформа .NET Framework, службы Active Directory, протокол удаленного доступа Remote Desktop Protocol (RDP), поддержка Windows Update, консоль управления (MMC). Помимо «настольных» функций, ОС Windows Embedded Standard включают в себя специализированные возможности для встраивания, позволяющие загружать устройство с носителей, отличных от жесткого диска (например, с USB-накопителей, карт памяти и по сети), защищать тома и файловые системы от нежелательных модификаций, скрывать нежелательные окна, заменять стандартную пользовательскую оболочку на собственную и др. (рис. 4).
Разработка программ для Windows Embedded Standard осуществляется традиционными средствами Windows-программирования. Средства разработки ПО, входящие в комплект поставки Windows Embedded Standard, позволяют разработчику выбирать компоненты для установки на устройство, конфигурировать их, устанавливать ОС, приложения и драйверы на устройство в ручном или автоматическом режиме, а затем администрировать ПО и тиражировать его при серийном производстве.
Далее речь пойдет об инструментах, сопровождающих ОС Windows Embedded Standard 7, основанной на «настольной» Windows 7 Ultimate.
Чтобы разработчик мог определить, какие компоненты (в официальной документации Windows Embedded Standard 7 — пакеты) требуются конкретному приложению, штатные средства разработки включают в себя анализатор, обрабатывающий исполняемые модули, динамические библиотеки, msi-установщики и zip-архивы и формирующий список компонентов, которые можно автоматически добавить в установочный набор. Пакеты имеют свойства: например, для ядра ОС можно задать язык, создать учетные записи пользователей, ввести лицензионный ключ, указать установочный раздел и др., а для браузера Internet Explorer — настроить домашнюю страницу и список избранных сайтов. Устанавливаемые драйверы устройств можно задавать как вручную, так и автоматически с помощью утилиты, запускаемой на целевом устройстве и формирующей отчет об аппаратной платформе, на основе которого в дистрибутиве выполняется поиск соответствующих драйверов. В конечном счете разработчик сохраняет описанную выше информацию в специальном файле (файле ответов, рис. 5), запускает мастер сборки ОС на устройстве и передает ему этот файл. Мастер сборки считывает содержимое файла ответов и обращается к пользователю только при отсутствии в нем требуемой информации. Таким образом, файл ответов позволяет разработчику полностью автоматизировать процедуру установки и конфигурирования ОС, что оптимально при ее многократном повторении, либо автоматизировать ее частично, если полная автоматизация слишком длительна, а тираж устройства в заданной конфигурации относительно невелик.
После установки Windows Embedded Standard 7 на устройство можно штатными средствами определить список установленных пакетов, а также установить или удалить их. Разработчик/администратор может устанавливать приложения, драйверы и настройки Windows Embedded Standard 7 теми же методами, что и в обычной Windows, — при условии наличия на устройстве необходимых пакетов. Средства разработки Windows Embedded Standard 7 также позволяют тиражировать установленную операционную среду путем ее клонирования, достаточно одной командой создать файл ее образа (по желанию удалив или сохранив различные системные данные, к примеру, учетные записи пользователей), а следующей командой развернуть образ на другом устройстве с идентичной аппаратной платформой. При серийном производстве можно распараллелить тиражирование образа, устанавливая его по сети с помощью служб развертывания Windows, которые поддерживают широковещательную передачу содержимого образа на клиентские устройства.
Таким образом, ОС Windows Embedded Standard позволяет разрабатывать специализированные системы, сочетающие технологии «настольных» Windows с физической компактностью и возможностями для встраивания, а штатные средства разработки обеспечивают возможность эффективного построения прототипа системы, интеграции ее модулей, производства и сопровождения.