Aktuální vydání

celé číslo

07

2020

Řízení distribučních soustav a chytrá města

Měření a monitorování prostředí v budovách a venkovním prostředí

celé číslo

MS Windows XP Embedded – řešení pro vestavná zařízení

číslo 12/2002

MS Windows XP Embedded – řešení pro vestavná zařízení

Zmíníme-li na úvod tohoto článku skutečnost, že v současné době se lze setkat s počítačem téměř na každém kroku, jistě neseme dříví do lesa. Je však pravda, že mnohé z těchto počítačů ani nevnímáme jako „počítač“, nebo si dokonce neuvědomujeme, že v zařízení, které používáme, je počítač skryt. Tyto „skryté“ – v odborné mluvě vestavné (anglicky embedded) – počítače využívají mnoho různých architektur a softwarových řešení, což však výrobcům často komplikuje vývoj takovýchto systémů a uživatelům zejména jejich následné udržování. Proto je i v této oblasti již mnoho let patrný tlak na standardizaci hardwaru i operačních systémů.

Jaké jsou požadavky na vestavné počítače…
Od obecného počítače určeného k zabudování do nějakého zařízení jsou vedle výkonu (který je dán použitou procesorovou jednotkou a periferními obvody) a standardních komunikačních rozhraní v současné době požadovány zejména:

  • možnost jednoduchého připojení do sítí (Ethernet, modem atd.) při použití standardních komunikačních protokolů (TCP/IP, protokol point-to-point – PPP aj.),

  • kvalitní grafické zobrazení (u zařízení vybavených displejem),

  • schopnost ukládat data (v menších i větších objemech),

  • schopnost sdílet data,

  • možnost připojit standardní periferní zařízení (např. tiskárnu),

  • možnost systém rozšiřovat a opravovat s použitím standardních komponent.

…a jak je splnit
Splnit všechny zmíněné požadavky je pro aplikační firmu, zabývající se např. vývojem měřicích systémů, velmi obtížné. Proto je rozumné, když vývojový pracovník sáhne po standardní hardwarové základně (např. PC) a následně po operačním systému podporujícím vybraný hardware a poskytujícím cílovému zařízení veškeré potřebné funkce.

Za nejsnáze dostupné řešení by bylo možné považovat běžný počítač, který má každý na svém stole, přičemž by byl na jeho pevný disk nainstalován běžný operační systém, např. Windows XP Professional. Již na první pohled je ale patrné, že toto řešení nevyhovuje ohledně hardwaru (rozměry, příkon, odolnost a popř. i spolehlivost mechanik, disků apod.) ani ohledně softwaru (potřeba velké kapacity diskové paměti, spousta programových komponent a aplikací, které cílové zařízení nikdy nevyužije, ale které naopak budou na obtíž a v konečných důsledcích mohou být i příčinou jeho menší spolehlivosti).

Co nabízí Windows CE
První, a řekněme úspěšnou, snahou společnosti Microsoft dostat operační systém do malého objemu paměti při možnosti zákaznického konfigurování systémových komponent byl operační systém Windows CE. Tento systém byl primárně určen pro malé přenosné PC „do ruky“ a provozování základních kancelářských aplikací. Díky svým malým požadavkům na kapacitu diskové paměti může být provozován z polovodičových disků (např. compact flash) o kapacitě jednotek až desítek megabytů. Postupem času se objevil také v některých řídicích systémech, většinou však pouze jako součást operátorského panelu – grafického uživatelského rozhraní – a v současnosti je Windows CE podporován mnoha výrobci systémů pro sledování a řízení technologických procesů (SCADA).

Na úrovni ovladačů a aplikačního softwaru však, i přes podobné aplikační rozhraní, není systém Windows CE kompatibilní se „stolními“ operačními systémy Windows, a tudíž je velmi obtížné implementovat ho na konkrétní zákaznickou konfiguraci hardwaru (toto se vyplatí až při stovkách instalací). Není také možné využívat mnohé programy a programové komponenty dostupné pro běžný OS Windows. Pro vývoj vlastní aplikace je nutné používat pouze konkrétní vývojové nástroje rozšířené o jejich speciální sadu (toolkit).

Proč Windows XP Embedded?
Zrekapitulujeme-li uvedené poznatky, pro vestavný PC nejlépe vyhovuje operační systém s funkčními schopnosti stejnými, jako má klasický systém pro stolní PC, podporující veškerý dostupný hardware a umožňující spouštět stávající aplikace a vyvíjet uživatelský software v libovolném dostupném programovacím nástroji. Zároveň musí být možné umístit ho do malého paměťového prostoru (na polovodičový disk) a uživatelsky vybrat a konfigurovat jen ty komponenty systému, které vyžaduje daná aplikace. Přidá-li se k tomuto výčtu vlastností možnost integrace systému s vlastními komponentami a aplikacemi do jednoho instalačního balíku (image), objeví se současný produkt Windows XP Embedded jako ideální řešení pro vestavné aplikace.

Vlastnosti Windows XP Embedded
Protože komponenty operačního systému Windows XP Embedded zcela vycházejí z klasických Windows, je plně zaručena jeho 100% kompatibilita se všemi odpovídajícími aplikacemi a ovladači pro Windows. Naproti tomu jsou tyto komponenty optimalizovány pro běh na „malém“ systému s polovodičovým diskem. Vhodným zkonfigurováním lze docílit i velmi malého obrazu systému na disku (za cenu omezených možností), nebo naopak lze vytvořit systém plně funkční (za cenu větší kapacity diskové paměti). Takto lze např. sestavit speciální síťový směrovač s webovou správou, který však vůbec nepotřebuje grafické rozhraní, a tudíž obraz operačního systému jistě zabere méně místa v paměti, než tomu bude u operátorské stanice s kvalitní grafikou a podporou multimédií.

Na rozdíl od variant Windows pro stolní PC se Windows XP Embedded neinstaluje klasickým způsobem, tedy z instalačního CD či jiného média. Jednak by to u mnohých vestavných zařízení nebylo technicky vůbec možné, jednak je třeba u většiny takových zařízení navíc zajistit úplnou opakovatelnost instalace, často včetně integrace s uživatelskou aplikací (mohlo by být obtížné samostatně instalovat aplikační software). Do počítače v cílovém zařízení se tedy přenáší pouze připravený obraz operačního systému, který byl předtím vygenerován pomocí nástroje dodávaného pod názvem Target Designer.

Funkce nástroje Target Designer
V programovém nástroji Target Designer lze uživatelsky volit a popř. i upravovat kteroukoliv komponentu budoucího operačního systému (tedy služby, ovladače, knihovny atd.). Jelikož se operační systém skládá z tisíců těchto komponent, mezi kterými jsou navíc nejrůznější vazby a závislosti, jsou k dispozici některé pomocné nástroje a funkce, které tento jinak téměř nerealizovatelný úkol usnadňují.

Prvním z těchto nástrojů je detektor konfigurace cílového PC. Ten je třeba spustit na testovacím PC, majícím stejnou konfiguraci hardwaru, jakou bude mít cílové PC. Detektor konfigurace se spouští pod systémem MS- -DOS nebo, lépe, pod operačním systémem na bázi Win32. Detektor zjistí úplnou konfiguraci testovacího (tj. i cílového) PC a zapíše potřebné informace do souboru následně importovaného do nástroje Target Designer, který na jeho základě sám zvolí všechny potřebné komponenty nutné pro správnou činnost detekovaných zařízení. Jestliže se v cílovém PC nachází hardware, který není standardně podporován ze strany Windows XP, je možné vytvořit vlastní systémové komponenty, které budou obsahovat soubory ovladačů a nastavení. V některých případech lze ovladače doinstalovat až do „hotového“ systému.

Dalším důležitým krokem je výběr těch systémových komponent, které bude potřebovat pro svou funkci cílová aplikace. Mohou jimi být např. grafické uživatelské rozhraní, konkrétní síťové služby, knihovny atd. Bude-li se daná aplikace přímo integrovat do obrazu operačního systému, je nutné v nástroji Target Designer nejdříve vytvořit příslušné objekty a následně je také zahrnout do seznamu vybraných. Má-li být minimalizována potřebná kapacita diskové paměti, je v této fázi velmi důležitá přímá komunikace s autorem cílového aplikačního softwaru či podpůrných programů.

Po skončení uvedené druhé fáze, která je klíčová, zastane svou nepostradatelnou úlohu automatická kontrola závislostí mezi jednotlivými komponentami. Jedná se o proces časově poměrně náročný, neboť je třeba vykonat mnoho kontrol a projít velmi obsáhlou databázi systémových komponent. Je velmi pravděpodobné, že výsledkem prvního průchodu bude sada doporučení, co do programového systému ještě přidat, a celou kontrolu bude asi třeba několikrát opakovat.

Konečným výsledkem celého snažení je úplný seznam potřebných komponent, na jehož základě je možné vygenerovat obraz programového systému pro cílové PC. Vygenerovaný obraz lze přenést na paměťové médium použité v dané aplikaci (např. compact flash), s využitím speciální utility instalovat zaváděč programového systému a po instalaci paměťového média do cílového počítače celý systém poprvé spustit. Při tomto prvním spuštění je automaticky spuštěn tzv. First Boot Agent, který kontroluje konfiguraci systému a připraví jej pro regulérní provoz vygenerované instalace Windows XP Embedded. Jestliže tato instalace již obsahuje cílovou aplikaci, bude tato po opakovaném uvedení do chodu spuštěna a zařízení je možné předat do používání. V opačném případě lze do systému běžným postupem doinstalovat potřebné programy (systém však musí obsahovat komponenty, které tuto činnost umožní).

Závěr
Přesto, že některé z možností použití operačního systému Windows XP Embedded již byly zmíněny, je vhodné na závěr uvést určité oblasti, které se k jeho využití přímo nabízejí: jde především o řídicí a vizualizační systémy jednoduchých strojů i celých technologií a výrobních komplexů, integrované informační systémy, měřicí techniku a sběr dat, inteligentní síťová zařízení (směrovače, brány, firewaly aj.), kontrolní a zabezpečovací systémy a systémy pro zpracování či distribuci obrazu a zvuku. Příležitostí se nabízí skutečně velmi mnoho a obecně lze říci, že o vestavném výpočetním systému je možné uvažovat všude tam, kde specializované využití počítače převládá nad jeho provozem pro kancelářské účely.

Radim Bednář,
Elcom-IPC spol. s r. o.

ELCOM IPC, spol. s r. o.
Místecká 1120/103
Ostrava
tel.: 595 700 345
e-mail: ipc@elcomgroup.cz
http://www.elcomgroup.cz

Inzerce zpět