Windows CE在嵌入式工业中的应用思考(2)

• Windows CE在嵌入式工业中的应用思考(2)

• http://developer.51cto.com  2009-05-28 13:39  佚名  chinaitlab  我要评论(0)

随着应用对象的扩大和微电子技术、软件技术的发展,嵌入式系统逐渐从单片机发展到高性能嵌入式微处理器和嵌入式操作系统。本文详细分析Windows CE 3.0的实时性、通用性、模块化、Win32兼容等性能特点。根据工业控制系统对系统平台的一般要求,如实时性、可靠性、图形界面、开发环境和成本等,分析Windows CE在工业控制领域的优缺点,并指出Windows CE在工业控制中有很好的应用前景。

4  Windows CE在嵌入式控制系统中的应用分析
嵌入式操作系统是一种应用广泛的系统软件,工业控制是它的传统应用领域,在这一领域里已有一些比较成功的嵌入式操作系统。但是,随着应用对象的扩大和技术的进步,实际应用对工业控制系统的功能和性能提出了许多新的要求。例如,适应恶劣的工作环境,熟悉和友好的用户界面,统一的编程界面,强大的通信功能和多媒体功能等,这些嵌入式操作系统很难满足工业应用的新需要。由于Windows CE 2.1及以前版本的实时性较差,在工业控制领域应用较少,主要应用在移动式（或便携式）产品和信息家电领域。Windows CE 3.0的出现极大地改善了它的实时性能,为Windows CE进入工业控制领域奠定了基础。
虽然Windows CE 3.0作为嵌入式系统平台在工业控制领域还未被广泛采用,但前景非常广阔。许多著名的工业控制器生产商已经开发出基于Windows CE 3.0的工业控制产品,如西门子AG公司的多功能操作面板MP系列,Cybectec公司的变电站现代化平台SMP(Substation Modernization Platform)等。工业控制操作系统需要严格的实时处理功能,高可靠性,良好的开放性,对人机界面、开发环境、可操作性、成本等也有特别的要求。
（1）  实时性
实时性是指能够在限定时间内执行完规定的功能,并对外部的异步事件作出反应的能力。实时性的强弱以完成规定功能和作出响应时间的长短来衡量。提高硬件的处理能力可以在一定程度上提高计算机控制系统的实时性,但是当硬件确定以后,控制系统的实时性能主要由操作系统来决定。无论从汽车制造到工业自动化,还是从电子通信到交通运输,Windows CE 3.0均可为具备确定性响应能力的应用程序提供内建实时支持。
（2）  可靠性
工业控制系统对可靠性要求很高,计算机控制系统发生故障或死机对于企业安全高效生产带来不利的影响。可靠性主要包含两个方面的含义：一是控制计算机本身要连续稳定运行,二是系统检查出故障后要有保持安全状态的能力。虽然软硬件抗干扰技术、热冗余技术可以在一定程度上提高工业控制系统的可靠性,但是操作系统的可靠性仍然影响着工业控制系统的运行。
稳定性方面,在实时控制操作系统中,一般要提供源代码或者提供许可证,由控制器生产商来保证系统的稳定性。控制器生产商根据应用需要定制Windows CE操作系统,经过一段时间的完善和测试以后投入使用。测试的方式和时间由生产商确定。通过这种方式定制的操作系统一般情况下可以稳定运行,但微软公司既没有保证Windows CE连续运行的时间,也不公开源代码。从这个意义上说,Windows CE的稳定性受到质疑。此外,在工控设备中,因为产品缺陷而造成事故,厂商要承担赔偿责任。对操作系统也一样。因此,微软对这一问题的态度,也是Windows CE能否很好地应用到工业控制领域的因素之一。
从故障角度来看,实时操作系统在应用中是以内核模式工作的,应用的故障会立刻造成系统崩溃。Windows CE内核具有内存管理功能,可以检查出应用造成的系统异常,抑制由于应用不正常直接破坏系统的危险性。所以Windows CE比一般的实时系统健壮。
（3）  人机界面
不同对象对工业控制系统的人机界面HMI（Human Machine Interface）要求差别很大。在一般的实时嵌入式操作系统中,图形功能弱,虽然也有提供图形库的,但没有更强的功能。Window CE 不仅支持图形和窗口,具有多媒体功能,而且还可以利用丰富灵活的控件库在Windows CE环境下为嵌入式应用建立各种图形用户界面。Windows CE 支持256色,显示分辨率可以设定,支持触摸屏。因此,Windows CE 完全可以满足工业控制系统对人机界面的要求。
（4）  开放性
Windows CE具有良好的通信能力,广泛支持各种通信硬件、局域网连接以及拨号连接,并提供与PC、内部网以及Internet的连接,包括用于应用级数据传输的设备至设备间的互连。Windows CE具有良好的可扩展性,用户可根据实际需要定制合适的硬件,开发自己的模块和组件,集成到运行Windows CE的设备上。
（5）  开发成本和开发环境
工业控制设备的生产批量小,开发环境所占比重大,所以易用、廉价的开发环境对控制设备生产商十分关键。Windows CE的开发成本低,生成和调试工具方便易用。Windows CE Platform Builder 3.0提供了迅速创建Windows CE嵌入式系统需要的全部软件工具。Platform Builder主要包括Windows CE Add-on Pack（插件包）、各种调试工具及Embedded Visual Tools（由面向嵌入式系统开发而进行优化的Embedded Visual Basic和Embedded Visual C++组成）。
5  结论

到目前为止,工业控制系统中的自动化设备仍然受专用硬件或工业化PC平台的限制。专用硬件通常十分耐用,并能抗恶劣环境,但是只能用于单一的、特定的用途。虽然工业化PC比专用硬件更具有灵活性,但是由于振动、灰尘、潮湿、高温以及其它环境问题的影响,工业化PC平台经常会出现故障和数据丢失。Windows CE操作系统是一个适合下一代互连工业自动化设备的理想小体积嵌入平台。由于采用MSMQ（Microsoft Message Queuing）这样的先进应用服务,使Windows CE实现与生产现场IT设施的全面集成成为可能。它还具有很强的实时性能,支持确定性的响应时间控制。Windows CE能从闪存启动,从而避免了暴露在灰尘、高温和震动环境下,使它可以适应恶劣的生产环境。基于Windows CE的嵌入式控制系统提供统一的、可伸缩的解决方案,将专用硬件的耐用性与PC的灵活性结合在一起。因此Windows CE在工业控制领域有着很好的应用前景。
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