4 Windows CE在嵌入式控制系統(tǒng)中的應用分析

嵌入式操作系統(tǒng)是一種應用廣泛的系統(tǒng)軟件，工業(yè)控制是它的傳統(tǒng)應用領域，在這一領域里已有一些比較成功的嵌入式操作系統(tǒng)。但是，隨著應用對象的擴大和技術的進步，實際應用對工業(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)應用的新需要。由于Windows CE 2.1及以前版本的實時性較差，在工業(yè)控制領域應用較少，主要應用在移動式（或便攜式）產品和信息家電領域。Windows CE 3.0的出現(xiàn)極大地改善了它的實時性能，為Windows CE進入工業(yè)控制領域奠定了基礎。

雖然Windows CE 3.0作為嵌入式系統(tǒng)平臺在工業(yè)控制領域還未被廣泛采用，但前景非常廣闊。許多著名的工業(yè)控制器生產商已經(jīng)開發(fā)出基于Windows CE 3.0的工業(yè)控制產品，如西門子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SMP(Substation Modernization Platform)等。工業(yè)控制操作系統(tǒng)需要嚴格的實時處理功能，高可靠性，良好的開放性，對人機界面、開發(fā)環(huán)境、可操作性、成本等也有特別的要求。

（1） 實時性

實時性是指能夠在限定時間內執(zhí)行完規(guī)定的功能，并對外部的異步事件作出反應的能力。實時性的強弱以完成規(guī)定功能和作出響應時間的長短來衡量。提高硬件的處理能力可以在一定程度上提高計算機控制系統(tǒng)的實時性，但是當硬件確定以后，控制系統(tǒng)的實時性能主要由操作系統(tǒng)來決定。無論從汽車制造到工業(yè)自動化，還是從電子通信到交通運輸，Windows CE 3.0均可為具備確定性響應能力的應用程序提供內建實時支持。

（2） 可靠性

工業(yè)控制系統(tǒng)對可靠性要求很高，計算機控制系統(tǒng)發(fā)生故障或死機對于企業(yè)安全高效生產帶來不利的影響。可靠性主要包含兩個方面的含義：一是控制計算機本身要連續(xù)穩(wěn)定運行，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、熱冗余技術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)的運行。

穩(wěn)定性方面，在實時控制操作系統(tǒng)中，一般要提供源代碼或者提供許可證，由控制器生產商來保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性。控制器生產商根據(jù)應用需要定制Windows CE操作系統(tǒng)，經(jīng)過一段時間的完善和測試以后投入使用。測試的方式和時間由生產商確定。通過這種方式定制的操作系統(tǒng)一般情況下可以穩(wěn)定運行，但微軟公司既沒有保證Windows CE連續(xù)運行的時間，也不公開源代碼。從這個意義上說，Windows CE的穩(wěn)定性受到質疑。此外，在工控設備中，因為產品缺陷而造成事故，廠商要承擔賠償責任。對操作系統(tǒng)也一樣。因此，微軟對這一問題的態(tài)度，也是Windows CE能否很好地應用到工業(yè)控制領域的因素之一。從故障角度來看，實時操作系統(tǒng)在應用中是以內核模式工作的，應用的故障會立刻造成系統(tǒng)崩潰。Windows CE內核具有內存管理功能，可以檢查出應用造成的系統(tǒng)異常，抑制由于應用不正常直接破壞系統(tǒng)的危險性。所以Windows CE比一般的實時系統(tǒng)健壯。

（3）人機界面

不同對象對工業(yè)控制系統(tǒng)的人機界面HMI（Human Machine Interface）要求差別很大。在一般的實時嵌入式操作系統(tǒng)中，圖形功能弱，雖然也有提供圖形庫的，但沒有更強的功能。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在Windows CE環(huán)境下為嵌入式應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)對人機界面的要求。

（4）開放性

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)連接以及撥號連接，并提供與PC、內部網(wǎng)以及Internet的連接，包括用于應用級數(shù)據(jù)傳輸?shù)脑O備至設備間的互連。Windows CE具有良好的可擴展性，用戶可根據(jù)實際需要定制合適的硬件，開發(fā)自己的模塊和組件，集成到運行Windows CE的設備上。

（5）開發(fā)成本和開發(fā)環(huán)境

工業(yè)控制設備的生產批量小，開發(fā)環(huán)境所占比重大，所以易用、廉價的開發(fā)環(huán)境對控制設備生產商十分關鍵。Windows CE的開發(fā)成本低，生成和調試工具方便易用。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）、各種調試工具及Embedded Visual Tools（由面向嵌入式系統(tǒng)開發(fā)而進行優(yōu)化的Embedded Visual Basic和Embedded Visual C++組成）。

5 結論

到目前為止，工業(yè)控制系統(tǒng)中的自動化設備仍然受專用硬件或工業(yè)化PC平臺的限制。專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比專用硬件更具有靈活性，但是由于振動、灰塵、潮濕、高溫以及其它環(huán)境問題的影響，工業(yè)化PC平臺經(jīng)常會出現(xiàn)故障和數(shù)據(jù)丟失。Windows CE操作系統(tǒng)是一個適合下一代互連工業(yè)自動化設備的理想小體積嵌入平臺。由于采用MSMQ（Microsoft Message Queuing）這樣的先進應用服務，使Windows CE實現(xiàn)與生產現(xiàn)場IT設施的全面集成成為可能。它還具有很強的實時性能，支持確定性的響應時間控制。Windows CE能從閃存啟動，從而避免了暴露在灰塵、高溫和震動環(huán)境下，使它可以適應惡劣的生產環(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，將專用硬件的耐用性與PC的靈活性結合在一起。因此Windows CE在工業(yè)控制領域有著很好的應用前景。