Windows embedded standard что это

Windows Embedded 8 Standard: обзор средств разработки

Вступайте в нашу группу в VK https://vk.com/controlengineeringrus , чтобы ничего не пропустить из мира автоматизации

Данная публикация открывает цикл статей, посвященных новейшей (выход состоялся в марте этого года) встраиваемой ОС Windows Embedded 8 Standard.

Поскольку наверняка найдутся читатели, малознакомые или вовсе незнакомые с Windows Embedded, то имеет смысл начать с краткого введения. Термин Windows Embedded является собирательным для всех технологий, продуктов и решений компании Microsoft, ориентированных на применение во встраиваемых системах. В первую очередь это, конечно, специализированные операционные системы. Следует подчеркнуть, что это не одна, не две, а целый спектр ОС, каждая из которых наилучшим образом подходит для решения определенного круга задач. Таким образом, по назначению ОС Windows Embedded можно в первом приближении разделить на три категории:

Семейство ОС для устройств, в основе которых может лежать не только x86-я архитектура, но также ARM, MIPS или SH4 — Windows Embedded Compact. Архитектура данных систем значительно отличается от архитектуры любой из настольных ОС компании Microsoft. Изменения в архитектуре данных систем нацелены на достижение трех основных целей: кроссплатформности (поддержка x86, ARM, MIPS и SH4), компактности (размер ядра составляет порядка 500 кбайт) и поддержки режима реального времени. Характерными примерами использования Embedded Compact являются автомобильные навигаторы, терминалы сбора данных, тонкие клиенты и промышленные контроллеры.
Пожалуй, самый распространенный класс — устройства на базе архитектуры x86 без особых требований по работе в режиме реального времени. В данной категории возможности по выбору ОС значительно шире и представлены тремя направлениями: Embedded Enterprise, Embedded Standard и Embedded Industry (ранее известная как Embedded POSReady). Перечисленные линейки встраиваемых ОС объединяет тот факт, что в их основе лежат настольные ОС. В этом, собственно, заключается их основное преимущество, поскольку при разработке могут быть задействованы существующие наработки, включая драйверы устройств и ПО, разработанное под настольные ОС. Если говорить про отличия между указанными системами, то они заключаются в форме представления функционала классической версии Windows. Системы линейки Enterprise — это полные аналоги соответствующей версии настольной системы, а именно Windows XP Professional, Windows Vista Business/Ultimate, Windows 7 Professional/Ultimate или Windows 8 Professional, со специальными условиями лицензирования для использования во встраиваемых решениях. Системы Windows Embedded Standard (о последней версии в данной линейке и пойдет в дальнейшем речь) представляют собой компонентные версии тех же Windows XP Professional, Windows 7 Ultimate или Windows 8 Professional. Таким образом, размер инсталляции ОС можно варьировать в зависимости от требуемой функциональности, что в свою очередь позволяет повысить производительность и отказоустойчивость решения. Компонентный подход — это не единственный «козырь» линейки Windows Embedded Standard. Данное семейство также обладает уникальными расширенными возможностями по встраиванию ОС в устройства. Примером таких возможностей являются загрузка с USB-накопителей, фильтр клавиатурного ввода, средства подавления нежелательных окон в интерфейсе ОС и сторонних приложений и многое другое, о чем более подробно будет рассказано в следующих статьях. Замыкающая данную категорию систем линейка Industry (ранее POSReady) ориентирована на конкретные вертикальные рынки: сфера обслуживания и (в последней версии, Embedded 8 Industry) промышленная автоматизация. С технической точки зрения, Embedded Industry является заранее скомпонованной версией Embedded Standard, что позволяет быстро разворачивать систему по аналогии с настольной версией и при этом использовать преимущества технологий для встраивания, которые недоступны в линейке Embedded Enterprise. Несмотря на то, что изначально настольная система, а значит и построенные на ее базе встраиваемые версии Embedded Standard и Embedded Industry, не предназначена для работы в режиме реального времени, существуют сторонние расширения реального времени (RTX, IntervalZero и т. д.).
Серверные ОС. Справедливости ради нужно сказать, что системы Embedded Server, как и системы линейки Embedded Enterprise, по большому счету отличаются от продуктов в классическом канале дистрибуции лишь условиями лицензирования.

Подводя итог краткому обзору платформы Windows Embedded, следует отметить два ключевых преимущества данных систем. Во-первых, это единство платформы, что позволяет интегрировать устройства на базе Windows Embedded в уже существующую инфраструктуру и реализовывать сценарии тесного взаимодействия между различными устройствами, включая персональные мобильные устройства, настольные системы и серверные компоненты. Второй важный момент связан со временем доступности и поддержки продуктов. ОС Windows Embedded доступны в течение 15 лет с момента выпуска. В качестве примера можно сказать, что Windows XP Professional до сих пор доступна в канале Windows Embedded, в то время как OEM и тем более Retail-версии уже давно не доступны.

Средства разработки Embedded 8 Standard

Средства разработки встраиваемой ОС Windows Embedded 8 Standard включают следующие инструменты:

мастер установки образа ОС (Image Builder Wizard), далее IBW;
редактор конфигурации образа (Image Configuration Editor), далее ICE;
редактор компонентов (Module Designer);
агент обновления (Windows Embedded Developer Update), далее WEDU;
вспомогательные утилиты.

IBW служит для развертывания ОС на устройстве и представляет собой установочную среду на базе сервисной ОС Windows PE 4.0, в которую интегрирована программа установки и дистрибутив компонентов Embedded 8 Standard. В качестве загрузочного носителя для IBW может быть использован DVD или диск USB-Flash. В поставке средств разработки идет два DVD-диска с IBW: один для x86-й, другой для x64-й архитектуры. Забегая вперед, следует отметить, что средства разработки позволяют создавать собственные версии дисков IBW, например с целью обновления дистрибутива компонентов.

Сразу после загрузки IBW на устройстве запускается программа установки (рис.1). На исходном экране предоставляется возможность интерактивной установки (пункт Install Now ), установки в автоматическом режиме при помощи заранее созданного файла ответов или WIM-файла (пункт Deploy a Configuration File or WIM ) и выход в командную строку для выполнения различных сервисных операций, например подготовки диска (пункт Launch WinPE Command Prompt ). Для установки ОС в ручном режиме следует выбрать пункт Install Now . После ввода ключа продукта и принятия лицензионного соглашения необходимо выбрать шаблон устройства (рис. 2), DigitalSignage, Retail или ThinClient, либо отказаться от использования шаблона.

Шаблон представляет собой функционально законченный набор компонентов и позволяет сократить время на развертывание системы, что особенно ценно на этапе прототипирования. После выбора шаблона есть возможность установить драйверы устройств (рис. 3) и, при необходимости, внести изменения в состав компонентов (рис. 4). Если в конфигурацию образа были добавлены (или удалены) компоненты, то для продолжения процесса установки необходимо выполнить разрешение зависимостей, нажав кнопку Resolve Dependencies (рис. 4). В результате разрешения зависимостей в образ будут добавлены все необходимые или исключены ненужные компоненты. Иногда программа установки не может сделать это автоматически и предлагает выполнить разрешение зависимостей вручную (рис. 5). В рассматриваемом примере после добавления компонента Unbranded Screens , отключающего логотипы компании Microsoft на служебных экранах, возник взаимоисключающий конфликт с компонентом Branded Screens . Для разрешения данного конфликта необходимо выбрать только один из них. После того как разрешение зависимостей будет успешно выполнено, необходимо выбрать раздел на диске для установки ОС. Далее процесс установки переходит в неинтерактивный режим, по завершении которого можно будет продолжить конфигурирование системы, установить драйверы и ПО.

В принципе, для установки ОС достаточно иметь носитель с IBW и собственно устройство. Остальные средства, с которыми мы познакомимся в этой и последующих статьях, являются вспомогательными и требуют установки на ПК под управлением Windows 7 или старше.

Редактор конфигурации образа, ICE, служит для подготовки конфигурационных файлов, которые впоследствии будут использованы в IBW для установки ОС в автоматическом режиме (рис. 1, пункт Deploy a Configuration File or WIM ). При первом запуске ICE необходимо указать размещение каталога компонентов (рис. 6) — при установке с настройками по умолчанию каталог размещается в папке C:\Windows Embedded Catalog . Далее для создания нового конфигурационного файла необходимо в главном меню выбрать File–> New Configuration File . Сразу после создания конфигурационный файл содержит единственный компонент Embedded Core — ядро ОС Embedded 8 Standard (рис. 7). Также можно не начинать «с чистого листа», а воспользоваться одним из шаблонов, которые находятся в папке каталога компонентов.

При помощи каталога компонентов в левой части окна ICE (рис. 7) можно добавлять компоненты в конфигурацию образа, а на панели справа настраивать их параметры. Возможность настройки параметров для каждого компонента позволяет максимально автоматизировать процесс установки ОС. Так же, как и в IBW, для обеспечения работоспособности образа следует выполнить разрешение зависимостей. Средства по проверке и разрешению зависимостей сосредоточены в пункте Validate главного меню. При этом можно выполнить проверку без добавления компонентов в конфигурацию (пункт меню Validate Only ), проверить и добавить необходимые компоненты (пункт меню Add Required Modules ), а также добавить обновления для используемых в конфигурации компонентов (пункт меню Add Applicable Updates ). В случае если автоматически разрешить зависимости не удается, на панели Messages в нижней части окна ICE появляются соответствующие сообщения (рис. 8). Разрешение таких зависимостей выполняется вручную (рис. 9). По завершении компоновки функционала системы, настройки параметров модулей и разрешения зависимостей необходимо сохранить конфигурацию образа в файл для дальнейшего использования в IBW.

Помимо средств по работе с конфигурационными файлами, ICE предоставляет возможность создания собственных сервисных и установочных дисков. Эти функции доступны через пункт Tools главного меню и сосредоточены в разделе Create Media .

Редактор компонентов, Module Designer, служит для разработки собственных модулей. Модуль представляет собой набор файлов и инструкций для их установки в системе. Более подробно с редактором компонентов мы познакомимся в одной из следующих статей.

Агент WEDU служит для поиска и установки обновлений для средств разработки и каталога компонентов ОС и упрощает задачу поддержания рабочего места разработчика в обновленном состоянии. В ходе первоначальной настройки WEDU необходимо разрешить доставку обновлений при помощи Windows Update (рис. 10) и указать размещение каталога компонентов (рис. 11), поскольку по умолчанию обновляются только инструментальные средства, ICE, Module Designer и т. д. Поиск обновлений может выполняться в фоновом режиме либо принудительно, по кнопке Start Scan . Далее доступные обновления (рис. 12) можно выборочно установить или переместить на закладку Hidden Updates . История обновлений хранится на закладке Update History .

В данной статье были освещены особенности платформы Windows Embedded в общем и представлены средства разработки новейшей встраиваемой ОС Windows Embedded 8 Standard. В последующих публикациях мы продолжим изучение данной ОС и в ближайшей статье затронем, пожалуй, самую интересную тему — расширенные возможности Embedded 8 Standard для встраивания в устройства.

Источник

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.