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)開發(fā)出基于Windows CE 3.0的工業(yè)控制產(chǎn)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(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，良好的開放性，對(duì)人機(jī)界面、開發(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)間的長短來衡量。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)來決定。無論從汽車制造到工業(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)過一段時(shí)間的完善和測試以后投入使用。測試的方式和時(shí)間由生產(chǎn)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(yùn)行，但微軟公司既沒有保證Windows CE連續(xù)運(yùn)行的時(shí)間，也不公開源代碼。從這個(gè)意義上說，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的，但沒有更強(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）開發(fā)成本和開發(fā)環(huán)境

工業(yè)控制設(shè)備的生產(chǎn)批量小，開發(fā)環(huán)境所占比重大，所以易用、廉價(jià)的開發(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)備仍然受專用硬件或工業(yè)化PC平臺(tái)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(dòng)、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(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?；赪indows 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(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。