4 Windows CE在嵌入式控制系統中的應用分析

嵌入式操作系統是一種應用廣泛的系統軟件，工業控制是它的傳統應用領域，在這一領域里已有一些比較成功的嵌入式操作系統。但是，隨著應用對象的擴大和技術的進步，實際應用對工業控制系統的功能和性能提出了許多新的要求。例如，適應惡劣的工作環境，熟悉和友好的用戶界面，統一的編程界面，強大的通信功能和多媒體功能等，這些嵌入式操作系統很難滿足工業應用的新需要。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的出現極大地改善了它的實時性能，為Windows CE進入工業控制領域奠定了基礎。

雖然Windows CE 3.0作為嵌入式系統平臺在工業控制領域還未被廣泛采用，但前景非常廣闊。許多著名的工業控制器生產商已經開發出基于Windows CE 3.0的工業控制產品，如西門子AG公司的多功能操作面板MP系列，Cybectec公司的變電站現代化平臺SMP(Substation Modernization Platform)等。工業控制操作系統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、開發環境、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行完規定的功能，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的實時性，但是當硬件確定以后，控制系統的實時性能主要由操作系統來決定。無論從汽車制造到工業自動化，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

工業控制系統對可靠性要求很高，計算機控制系統發生故障或死機對于企業安全高效生產帶來不利的影響?？煽啃灾饕瑑蓚€方面的含義：一是控制計算機本身要連續穩定運行，二是系統檢查出故障后要有保持安全狀態的能力。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控制系統的可靠性，但是操作系統的可靠性仍然影響著工業控制系統的運行。

穩定性方面，在實時控制操作系統中，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的穩定性。控制器生產商根據應用需要定制Windows CE操作系統，經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一般情況下可以穩定運行，但微軟公司既沒有保證Windows CE連續運行的時間，也不公開源代碼。從這個意義上說，Windows CE的穩定性受到質疑。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。對操作系統也一樣。因此，微軟對這一問題的態度，也是Windows CE能否很好地應用到工業控制領域的因素之一。從故障角度來看，實時操作系統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異常，抑制由于應用不正常直接破壞系統的危險性。所以Windows CE比一般的實時系統健壯。

（3）人機界面

不同對象對工業控制系統的人機界面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 完全可以滿足工業控制系統對人機界面的要求。

（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、局域網連接以及撥號連接，并提供與PC、內部網以及Internet的連接，包括用于應用級數據傳輸的設備至設備間的互連。Windows CE具有良好的可擴展性，用戶可根據實際需要定制合適的硬件，開發自己的模塊和組件，集成到運行Windows CE的設備上。

（5）開發成本和開發環境

工業控制設備的生產批量小，開發環境所占比重大，所以易用、廉價的開發環境對控制設備生產商十分關鍵。Windows CE的開發成本低，生成和調試工具方便易用。Windows CE Platform Builder 3.0提供了迅速創建Windows CE嵌入式系統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（由面向嵌入式系統開發而進行優化的Embedded Visual Basic和Embedded Visual C++組成）。

5 結論

到目前為止，工業控制系統中的自動化設備仍然受專用硬件或工業化PC平臺的限制。專用硬件通常十分耐用，并能抗惡劣環境，但是只能用于單一的、特定的用途。雖然工業化PC比專用硬件更具有靈活性，但是由于振動、灰塵、潮濕、高溫以及其它環境問題的影響，工業化PC平臺經常會出現故障和數據丟失。Windows CE操作系統是一個適合下一代互連工業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實現與生產現場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、高溫和震動環境下，使它可以適應惡劣的生產環境?；赪indows CE的嵌入式控制系統提供統一的、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在工業控制領域有著很好的應用前景。