Windows CE操作系统在工业控制领域的应用.doc
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1、Windows CE操作系统在工业控制领域的应用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。WindowsCE是微软公司嵌入式、移动计算平台的基础,它是一个开放的、可升级的32位嵌入式操作系统,是基于掌上型电脑类的电子设备操作系统,它是精简的Windows 95,Windows CE的图形用户界面相当出色。Windows C+E作业系统是Windows家族中最新的成员,专门设计给掌上型电脑(HPCs)所使用的电脑环境。这样的作业系统可使完整的可携式技术与现有的Windows桌面技术整合工作。 Windows CE 被设计成针
2、对小型设备(它是典型的拥有有限内存的无磁盘系统)的通用操作系统,Windows CE 可以通过设计一层位于内核和硬件之间代码来用设定硬件平台。Windows CE具有模块化、结构化和基于Win32应用程序接口和与处理器无关等特点。Windows CE不仅继承了传统的Windows图形界面,并且在Windows CE平台上可以使用Windows 95/98上的编程工具(如Visual Basic、Visual C+等)、使用同样的函数、使用同样的界面风格,使绝大多数的应用软件只需简单的修改和移植就可以在Windows CE平台上继续使用。本文着重分析Windows CE 3.0的实时性、通用性、
3、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,例如实时性、可靠性、图形界面以及开发环境成本等,分析Windows CE在工业控制领域的优缺点以及Windows CE在工业控制中有很好的应用前景。1 嵌入式系统嵌入式系统是指有特定功能或用途的计算机硬、软件的集合体,分为嵌入式软件系统和嵌入式硬件系统。在智能控制设备、便携式智能仪器等应用场合,出于对产品体积、成本等诸因素的考虑,往往要求将智能控制部分安装于设备内部,且占用的空间尽可能小,在这种情况下,处理器没有一般意义的硬盘,只有有限容量的内存及常用的Flash电子盘,这样的系统称为嵌入式系统。嵌入式系统的操作系统和功能
4、软件集成于计算机硬件系统之中,也就是软件与硬件的一体化。嵌入式系统目的性或针对性很强,具有软件代码小、高度自动化、响应速度快等特点,这也是与通用计算机系统的最主要区别。嵌入式技术与实时性有着必然的联系。2 从单片机的应用发展到嵌入式操作系统嵌入式系统开始于20世纪80年代单片机的使用。单片机技术已经渗透到各个领域,且与人们的日常生活密不可分,给人们生活和工业生产带来极大方便。单片机的功能强大,从信号采集、处理到传输都能由单片机来完成。但是,随着网络时代的来临,许多电子设备需要联网和更智能化、更强的计算能力,比如音频、视频的数据采集、处理和传输;丰富的图形界面等。单片机越来越不能满足应用对象的需
5、求,开发工作也变得越来越复杂、庞大。随着微电子技术的进步,芯片的制造成本大大降低,而功能却大大增强,16位和32位的嵌入式微处理器逐渐成为嵌入式系统设计的主流。嵌入式操作系统要有良好的可移植性,能够用在根据应用要求选择的微处理器中;软件开发工作变得规范,容易测试,可实现模块化编程,同时由多个人共同完成1个任务;解决已往开发产品存在的诸多不安全隐患。很多软件厂商迎合嵌入式系统发展的需要,推出了多种不同特点的嵌入式操作系统。3 Windows CE 3.0实时操作系统及其性能分析3.1 Windows CEWindows CE操作系统是微软为实现信息随手可得的设想而努力开发的成果。通过 Windo
6、ws CE,微软提供了标准的开放式平台,极大地减少了硬件制造商(IHV)、软件开发商(SHV)以及最终将采纳新一代非 PC 技术解决方案的客户多方之间的矛盾。Windows CE是一个功能强大的开放的32位实时嵌入式操作系统,适用于快速构建新一代内存少、体积小的智能设备。例如工业控制器、手持式设备、智能电话、机顶盒和零售点设备等。目前的掌上电脑(PDA)、全球定位系统(GPS)、地理信息系统(GIS)、车载PC(Auto PC),有很多采用Windows CE操作系统。3.2 Windows CE 3.0性能特点Windows CE是一个抢先式多任务并具有强大通信能力的嵌入式操作系统。它是一个
7、全新的、可移植的、实时的、模块化的操作系统,具有流行的微软程序开发界面,提供许多快速开发嵌入式系统的工具。WinCE3.0是微软的Windows Compact Edition,是一个通用版本,并不针对掌上产品,标准PC、家电和工控设备上也可以安装运行,但要做许多客户化工作,当然也可以做掌上电脑。 微软鼓励大家在任何硬件平台(WinCE3.0支持5系列CPU: x86, PowerPC, ARM ,MIPS,SH3/4) 上使用(为了和VxWorks,Linux等竞争),所以早期的WINCE运行在不同的硬件平台上,而且可以更换显示方向,以便为不同的平台服务。(1) 新内核Windows CE看
8、上去和Windows 9X/NT很像,但它不是这些操作系统的简化版,也不是从这些系统移植过来的。Windows CE具有全新的内核和任务调度、内存管理策略。(2) 可移植性由于Windows CE操作系统几乎完全是用C语言编写的,所以可移植到众多的32位微处理器上;支持各种处理器家族,包括x86、PowerPC、ARM、MIPS和SH等系列。微软为每个支持的处理器家族提供完整的系统库。Windows CE可以通过OEM适配层OAL(OEM Adaptation Layer)适配到任何硬件平台。OAL是驻留在CE内核和硬件之间的代码层。原始设备制造商使用这些代码把CE适配到自己的硬件上。OAL链
9、接CE的内核和定制的硬件。(3) 实时性Windows CE 2.1及其以前的版本实时性能不强,但Windows CE 3.0及以后的版本实时性能得到明显改善。Windows CE 3.0的实时性能主要通过以下技术实现:支持嵌套中断,高优先级的中断并不需要等待低优先级的中断服务例程(ISR)完成;通过固定高优先级中断服务线程(IST)的最大调度延迟改善线程响应时间;使用Hitachi SH3微处理器,系统可以在25s内启动一个中断服务例程(ISR),在 90170s内启动相应的中断服务线程。如果考虑其它因素,如CPU类型、时钟频率、总线速度等的影响,许多实际的基于Windows CE平台的响应
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