Павло Белевский

Журнал Control Engineering

№ 2 (44)

Дана публікація відкриває цикл статей, присвячених новітній (вихід відбувся в березні цього року) вбудованої ОС Windows Embedded 8 Standard.

Оскільки напевно знайдуться читачі, малознайомі або зовсім незнайомі з Windows Embedded, то має сенс почати з короткого вступу. Термін Windows Embedded є збірним для всіх технологій, продуктів і рішень компанії Microsoft, орієнтованих на застосування у вбудованих системах. В першу чергу це, звичайно, спеціалізовані операційні системи. Слід підкреслити, що це не одна, не дві, а цілий спектр ОС, кожна з яких найкращим чином підходить для вирішення певного кола завдань. Таким чином, за призначенням ОС Windows Embedded можна в першому наближенні розділити на три категорії:

1. Сімейство ОС для пристроїв, в основі яких може лежати не тільки x86-ая архітектура, але також ARM, MIPS або SH4 - Windows Embedded Compact. Архітектура даних систем значно відрізняється від архітектури будь-який з настільних ОС компанії Microsoft. Зміни в архітектурі даних систем націлені на досягнення трьох основних цілей: платформ (підтримка x86, ARM, MIPS і SH4), компактності (розмір ядра складає близько 500 Кбайт) і в режимі реального часу. Характерними прикладами використання Embedded Compact є автомобільні навігатори, термінали збору даних, тонкі клієнти і промислові контролери.
2. Мабуть, найпоширеніший клас - пристрої на базі x86-архітектури без особливих вимог по роботі в режимі реального часу. У даній категорії можливості по вибору ОС значно ширше і представлені трьома напрямками: Embedded Enterprise, Embedded Standard і Embedded Industry (раніше відома як Embedded POSReady). Перераховані лінійки вбудованих ОС об'єднує той факт, що в їх основі лежать настільні ОС. У цьому, власне, полягає їх основна перевага, оскільки при розробці можуть бути задіяні існуючі напрацювання, включаючи драйвера пристроїв і ПО, розроблене під настільні ОС. Якщо говорити про відмінності між зазначеними системами, то вони полягають в формі уявлення функціоналу класичної версії Windows. Системи лінійки Enterprise - це повні аналоги відповідної версії настільної системи, а саме Windows XP Professional, Windows Vista Business / Ultimate, Windows 7 Professional / Ultimate або Windows 8 Professional, зі спеціальними умовами ліцензування для використання у вбудованих рішеннях. Системи Windows Embedded Standard (про останню версію в цій лінійці і піде в подальшому мова) представляють собою компонентні версії тих же Windows XP Professional, Windows 7 Ultimate або Window 8 Professional. Таким чином, розмір інсталяції ОС можна варіювати в залежності від необхідної функціональності, що в свою чергу дозволяє підвищити продуктивність і відмовостійкість рішення. Компонентний підхід - це не єдиний «козир» лінійки Windows Embedded Standard. Дане сімейство також володіє унікальними розширеними можливостями по врахуванню ОС в пристрої. Прикладом таких можливостей є завантаження з USB-накопичувачів, фільтр клавіатурного введення, засоби придушення небажаних вікон в інтерфейсі ОС і сторонніх додатків і багато іншого, про що більш докладно буде розказано в наступних статтях. Замикає цю категорію систем лінійка Industry (раніше POSReady) орієнтована на конкретні вертикальні ринки: сфера обслуговування і (в останній версії, Embedded 8 Industry) промислова автоматизація. З технічної точки зору Embedded Industry є заздалегідь скомпонована версією Embedded Standard, що дозволяє швидко розгортати систему за аналогією з настільною версією і при цьому використовувати переваги технологій для вбудовування, які недоступні в лінійці Embedded Enterprise. Незважаючи на те, що спочатку настільна система, а значить і побудовані на її базі вбудовуються версії Embedded Standard і Embedded Industry, не призначена для роботи в режимі реального часу, існують сторонні розширення реального часу (RTX, IntervalZero і т.д.).
3. Серверні ОС. Справедливості заради треба сказати, що системи Embedded Server, як і системи лінійки Embedded Enterprise, за великим рахунком відрізняються від продуктів в класичному каналі дистрибуції лише умовами ліцензування.

Підводячи підсумок короткому огляду платформи Windows Embedded, слід зазначити два ключові переваги даних систем. По-перше, це єдність платформи, що дозволяє інтегрувати пристрою на базі Windows Embedded в уже існуючу інфраструктуру і реалізовувати сценарії тісної взаємодії між різними пристроями, включаючи персональні мобільні пристрої, настільні системи і серверні компоненти. Другий важливий момент пов'язаний з часом доступності та підтримки продуктів. ОС Windows Embedded доступні протягом 15 років з моменту випуску. Як приклад можна сказати, що Windows XP Professional до сих пір доступна в каналі Windows Embedded, в той час як OEM і тим більше Retail-версії вже давно не доступні.

Засоби розробки Embedded 8 Standard

Засоби розробки вбудованої ОС Windows Embedded 8 Standard включають такі інструменти:

• майстер установки образу ОС (Image Builder Wizard), далі IBW;
• редактор конфігурації образу (Image Configuration Editor), далі ICE;
• редактор компонентів (Module Designer);
• агент поновлення (Windows Embedded Developer Update), далі WEDU;
• допоміжні утиліти.

IBW

IBW служить для розгортання ОС на пристрої і являє собою установчу середу на базі сервісної ОС Windows PE 4.0, в яку інтегрована програма установки і дистрибутив компонентів Embedded 8 Standard. В якості завантажувального носія для IBW може бути використаний DVD або USB-Flesh. У постачанні засобів розробки йде два DVD-диска з IBW: один для x86-ой, інший для x64-ой архітектури. Забігаючи вперед, слід зазначити, що засоби розробки дозволяють створювати власні версії дисків IBW, наприклад з метою поновлення дистрибутива компонентів. Відразу після завантаження IBW на пристрої запускається програма установки (рис.1).

Рис.1. Вибір режиму установки (IBW)

На початковому екрані надається можливість інтерактивної установки (пункт Install Now), установки в автоматичному режимі за допомогою заздалегідь створеного файлу відповідей або WIM-файлу (пункт Deploy a Configuration File or WIM) і вихід в командний рядок для виконання різних сервісних операцій, наприклад підготовки диска (пункт Launch WinPE Command Prompt). Для установки ОС в ручному режимі слід вибрати пункт Install Now. Після введення ключа продукту і прийняття ліцензійної угоди необхідно вибрати шаблон пристрої (рис.2), DigitalSignage, Retail або ThinClient, або відмовитися від використання шаблону.

Рис.2. Вибір шаблону пристрої (IBW)

Шаблон являє собою функціонально закінчений набір компонентів і дозволяє скоротити час на розгортання системи, що особливо цінно на етапі прототипирования. Після вибору шаблону є можливість встановити драйвера пристроїв (рис.3) і, при необхідності, внести зміни до складу компонентів (рис.4).

Рис.3. Установка драйверів (IBW)

Якщо в конфігурацію образу були додані або видалені з неї компоненти, то для продовження процесу установки необхідно виконати дозвіл залежностей, натиснувши кнопку Resolve Dependencies (рис.4).

Рис.4. Додавання / видалення компонентів (IBW)

В результаті всі залежності в образ будуть додані всі необхідні або виключені непотрібні компоненти. Іноді програма установки не може зробити це автоматично і пропонує виконати дозвіл залежностей вручну (рис.5).

Рис.5. Дозвіл залежностей (IBW)

У розглянутому прикладі після додавання компонента Unbranded Screens, що відключає логотипи компанії Microsoft на службових екранах, виник взаємовиключний конфлікт з компонентом Branded Screens. Для вирішення даного конфлікту необхідно вибрати тільки один з них. Після того як дозвіл залежностей буде успішно виконано, необхідно вибрати розділ на диску для установки ОС. Далі процес установки переходить в неінтерактивний режим, по завершенню якого можна буде продовжити конфігурація системи, встановити драйвера і ПО.

В принципі, для установки ОС досить мати носій з IBW і власне пристрій. Решту коштів, з якими ми познайомимося в цій та наступних статтях, є допоміжними і вимагають установки на ПК під управлінням Windows 7 або старше.

ICE

Редактор конфігурації образу, ICE, служить для підготовки конфігураційних файлів, які згодом будуть використані в IBW для установки ОС в автоматичному режимі (рис. 1, пункт Deploy a Configuration File or WIM). При першому запуску ICE необхідно вказати розміщення каталогу компонентів (рис.6) - при установці з настройками за замовчуванням каталог розміщується в папці C: \ Windows Embedded Catalog.

Рис.6. Вибір каталогу (ICE)

Далі для створення нового конфігураційного файлу необхідно в головному меню вибрати пункт File -> New Configuration File. Відразу після створення конфігураційний файл містить єдиний компонент Embedded Core - ядро ОС Embedded 8 Standard (рис.7).

Рис.7. Створення конфігураційного файлу (ICE)

Також можна не починати «з чистого аркуша», а скористатися одним із шаблонів, які знаходяться в папці каталогу компонентів. За допомогою каталогу компонентів в лівій частині вікна ICE (рис. 7) можна додавати компоненти в конфігурацію образу, а на панелі праворуч налаштовувати їх параметри. Можливість налаштування параметрів для кожного компонента дозволяє максимально автоматизувати процес установки ОС. Так само, як і в IBW, для забезпечення працездатності способу слід виконати дозвіл залежностей. Засоби по перевірці і дозволу залежностей зосереджені в пункті Validate головного меню. При цьому можна виконати перевірку без додавання компонентів в конфігурацію (пункт меню Validate Only), перевірити і додати необхідні компоненти (пункт меню Add Required Modules), а також додати поновлення для використовуваних в конфігурації компонентів (пункт меню Add Applicable Updates). У разі якщо автоматично дозволити залежності не вдається, на панелі Messages в нижній частині вікна ICE з'являються відповідні повідомлення (рис.8).

Рис.8. Помилки при вирішенні залежностей (ICE)

Дозвіл таких залежностей виконується вручну (рис.9).

Рис.9. Дозвіл залежностей (ICE)

По завершенню компонування функціоналу системи, налаштування параметрів модулів і залежності не будуть задоволені необхідно зберегти конфігурацію образу в файл для подальшого використання в IBW.

Крім коштів по роботі з файлами, ICE надає можливість створення власних сервісних і настановних дисків. Ці функції доступні через пункт Tools головного меню і зосереджені в розділі Create Media.

Module Designer

Редактор компонентів, Module Designer, служить для розробки власних модулів. Модуль являє собою набір файлів і інструкцій для їх установки в системі. Більш детально з редактором компонентів ми познайомимося в одній з наступних статей.

WEDU

Агент WEDU служить для пошуку і встановлення оновлень для засобів розробки і каталогу компонентів ОС і спрощує завдання підтримки робочого місця розробника в оновленому стані. В ході початкового налаштування WEDU необхідно дозволити доставку оновлень за допомогою Windows Update (рис.10) і вказати розміщення каталогу компонентів (рис.11), оскільки за замовчуванням оновлюються тільки інструментальні засоби, ICE, Module Designer і т.д.

Рис.10. Первісна настройка WEDU

Рис.11. Додавання каталогу компонентів (WEDU)

Пошук оновлень може виконуватися в фонової режимі, або примусово, по кнопці Start Scan. Далі доступні оновлення (рис. 12) можна вибірково встановити або перемістити на закладку Hidden Updates. Історія оновлень зберігається на закладці Update History.

Рис.12. Установка оновлень (WEDU)

***

У даній статті були висвітлені особливості платформи Windows Embedded в загальному і представлені засоби розробки новітньої вбудованої ОС Windows Embedded 8 Standard. У наступних публікаціях ми продовжимо вивчення даної ОС і в найближчій статті торкнемося, мабуть, найцікавішу тему - розширені можливості Embedded 8 Standard для вбудовування в пристрої.

Повний текст статті (Pdf, 6Mb).

Павло Белевский,

Провідний спеціаліст відділу досліджень і розробок,

Департамент вбудованих систем,

ТОВ «Кварта Технології», м.Москва,

[email protected]