Embedded 版 (精华区)

发信人: redfox (NetAnt), 信区: Embedded_system
标  题: 微软的另一扇窗:Windows CE
发信站: 哈工大紫丁香 (2001年06月28日17:13:42 星期四), 转信

出版日期: 19990301
微软的另一扇窗:Windows CE
曾永宗

    Sun的高级主管Peter Mandany曾说过:以PC为主的时代即将结束。用在汽车、电视、
电话与游戏机上的处理芯片,必须要有操作系统和应用软件才能发挥它们的作用。除了
Java OS足以担当嵌入式操作系统的重任外,微软Windows CE的实力也不容小视。
    CE代表Consumer Electronics,即消费类电子产品,亦可引申为Compact Embedded--短
小精悍的嵌入式操作系统。事实上,这项技术早已深入到我们的日常生活之中,比如,现在
的汽车大多具备了微电脑控制系统,其中专用的操作系统能帮我们控制引擎的运作和监控
其他组件;智能型洗衣机中的微电脑帮我们处理衣物的清洗;其他如音响、电视、电子字典
、PDA、空调等智能型消费类电子产品都含有微电脑控制系统以及专用的操作系统。
    此外,嵌入式系统更是广泛地应用于系统整合、仪器监控以及特殊设备等,早已自成专
门的领域。目前,已有许多厂商提供嵌入式操作系统,如Microware的OS/9、Integrate d 
Systems的pSOS、Wind River的Vx Works以及QNX的QNX等。

Windows CE及其特性

    Windows CE是一套模块化设计的操作系统,其编程界面遵循Win32架构。对传统桌上型
Windows家族操作系统采用的架构和技术,如MFC、COM、ActiveX、TAPI、SAPI、Direc tX
、ADO等,Windows CE均支持。
    许多厂商一直在不断地尝试改造Windows或DOS,以满足开发消费类电子产品的需求, 
但却面临着一些本质上的问题与困难。这是因为传统的桌上型Windows或DOS并不是针对该
领域设计的,因此,先天有许多根本不适用的基因。事实上,Windows CE并非直接用Win 
dows 95/98或Windows NT的原码修改而成,而是参考Windows操作系统的架构,针对这个市
场重新设计的一套纯32位操作系统。
    既然目标着眼于消费类电子市场,Windows CE在设计上便与桌上型操作系统的方向不
尽相同。首先,系统本身要小到能放入ROM或Flash Memory(内存)中;其次,系统要能够支持
各种硬件平台,并且能够自行选择所需要的核心模块加以组装。在网络方面,它内建了网络
功能模块。Windows CE有以下特点:
    1. 所需内存容量小
    对于掌上型装置,其内存容量的限制条件通常是十分苛刻的。而Windows CE在这方面
的设计具有弹性组合的特性,下面是几个组合例子:
    · 基本组合
    核心模块加文件系统,所需容量约为250KB～350KB,可以应用在极小型的Win32系统上

    · 基本网络组合
    上述模块再加上通信模块,所需容量约为350KB～500KB,可以应用在小型的网络系统上
;
    · 基本图形界面组合
    上述模块再加上输入模块与GDI绘图模块,所需容量约为450KB～750KB,可以应用在需
要图形界面的系统上;
    · 基本视窗组合
    上述模块再加上视窗管理模块与共用组件模块(COM),所需容量约为750KB～1MB,可以
制作自定义的操作界面;
    · 基本Shell组合
    上述模块再加上工作管理器、视窗控制组件、主控台组件、对话盒模块等,所需容量
约为1MB～2MB;
    · 全功能多媒体组合
    上述模块再加上多媒体组件、数据库组件、网页浏览器组件等,所需容量约为2MB～
6MB。可以应用在交互信息接收器或Internet TV上。
    2. 模块化设计
    为了能适应不同产品线的需求,Windows CE采用了模块化设计。OEM厂商可以针对特定
的需要选取操作系统模块,定制出自己的Windows CE。甚至OEM厂商也可以自行替换微软所
提供的操作系统核心模块,代之以自己设计的模块。由于排列组合实在太多,因此,微软在
Windows CE 2.0中提供了5种参考设计组合,而在Windows CE 2.1版提供了7种参考设计组
合。微软提供的这些设计是经过测试的,如果OEM厂商需要设计除此之外的组合,则必须自
行测试,以证明所设计的组合能正常运作。
    使用Windows CE ETK(Embedded Tool Kit)所提供的Sysgen和Build工具,可以在命令
列下,通过修改相关的组合文件制作出特定组合的Windows CE。去年11月微软发布了Pla 
tform Builder,系统软件集成人员能在组合式开发环境下,更方便地从事这方面的设计与
集成工作。
    3. 程序界面
    Windows CE拥有与桌上型Windows家族一致的软件程序开发界面,这对于应用开发人员
来说是一件好事。目前,Winodws CE已经支持的Windows平台程序界面与架构有: 部分
Win32 API、部分MFC Framework、 COM、ATL、ActiveX、 Serial API、 Telephony AP 
I、 SpeechAPI、RAS、 WinINet API和 ADO。其实,只要有市场需求,微软势必会将Win 
dows平台已存在的程序界面架构移植到Windows CE上。
    4. 支持多种硬件平台
    目前Windows CE支持的硬件平台包括:MIPS 3900、4xxx、52xx(MIPS32)、 Hitachi 
的SH3、SH4、Intel的486、Pentium(Platform Builder可支持PentiumⅡ)、NEC的VR410 
1、VR4102与VR43000(MIPS家族)、 Intel的StrongARM、Motorola的MPC821、AMD的Elan 
SC400(x86SX)、Cyrix的GXM(x86家族)、Toshiba的TMPR3910U(MIPS家族)和Philips的PR 
31500(MIPS家族)。
    5. 32位保护模式、平面寻址空间、虚拟内存与多线程
    Windows CE是纯32位保护模式的操作系统。在今天桌上型操作系统中,这些特性是必
须的。但是,在嵌入式操作系统中,并不是所有的系统都提供这些特性。有些嵌入式操作系
统并无执行线程(Thread)的架构,而在开发程序的过程中,这些特色在一些应用场合非常方
便,甚至是必要的。
    Windows CE目前最多可以容许32个执行程序(Process)同时执行,而每个执行程序并没
有限制其所属线程的数目。它的虚拟内存空间可以寻址到2GB,因此,每个执行程序可拥有
32MB的虚拟内存空间。开发人员可以使用标准的Win32 API来配置与管理这些内存。所有
系统文件、登录数据(Registry)等都是直接在系统内存中做读写动作。其好处是万一系统
发生故障,关机重开即可,所有的数据皆会重新从Flash或ROM中载入主内存,不会有" 磁盘
损坏"的问题。
    6. 网络功能
    Windows CE没有理由不将网络功能模块放入操作系统中。无论是针对Winsock、RAS 
、TAPI,还是未来的电缆调制解调器,Windows CE都能提供网络连接功能。当然,由于是基
于模块化的设计,因此在规划组合时,您完全可以不包含网络模块。

Windows CE的种种应用

    小至掌上型电脑、车用电脑,大至笔记本电脑或较复杂的嵌入式系统,Windows CE在不
同的场合有不同的应用,也衍生出不同的套件。本质上,Windows CE操作系统的核心是相同
的,当装配上特定的应用组件与模块之后,便成为微软针对不同应用领域的版本。以下针对
按使用环境划分的种种应用进行深入介绍。
    1. 移动式环境
    这一直是科幻小说中常常出现的想像场景:只要带一张卡片型电脑,甚至是别针型电脑
,就可以实现无线数字通信、影音通信、网络数据库检索以及电子交易等功能。有人就此
提出了新时代高科技游牧民族的观念,人们可以漫游四方,却又可以信手取得各种信息,并
和其他人、其他国家以及远在天边的数据库保持联系与数据更新。目前,Windows CE 在这
方面的产品线有下列几种:
    (1) 掌上型电脑(Palm-sized PC,P/PC)或个人数字助理(PDA)
    目前,虽然3Com的PalmPilot占领着大部分市场,但是,基于Windows CE的掌上型电脑仍
然有雄心进攻这个市场。PDA的发展已经有一段历史,在信息界算是新瓶老酒了,它具有美
丽的远景,然而始终没有达到较大的市场规模。苹果的Newton叫好却不叫座,然而在3C om
的PalmPilot热卖后,我们终于看到了PDA这个叫好不太叫座的信息产品已开始出现一片曙
光。
    而基于Windows CE的掌上型电脑呢?只是另一台PalmPilot吗?触摸显示屏、手写体识
别、语音识别与输入、单手即可操作等,这些特色并没有什么了不起,其他品牌的PDA也或
多或少具备这些功能。除了应用程序与系统开发可以和桌上Windows的开发资源共享之外
,使用Windows CE的掌上型电脑乍看似乎没有什么过人之处。但是,当它具备了自动同步信
息(Active Sync)、主动式桌面(Active Desktop),以及移动网页频道(Mobile Channe l)
与拨号上网的功能时,情况就不一样了。
    使用Windows CE的掌上型电脑与台式机、服务器的数据库以及全球信息网的信息自动
同步。当您外出时,无需手忙脚乱地将办公室中桌面机内的各项信息输入到掌上型电脑内
;而当您回到办公室时,也无需再费神地把在外所存入掌上型电脑的信息转回桌面机中。通
过移动式频道,您的掌上型电脑功能可以超越一般简单的传呼机,接收声音与图文并茂的网
页信息。
    (2) 汽车电脑(AutoPC,A/PC)
    目前,装有Windows CE的汽车电脑已经具备了语音识别输入及电脑语音的功能。汽车
电脑是与汽车的CD和收音机系统结合在一起的,因此,Windows CE的汽车电脑版本包含了对
CD系统模块及USB、ATA磁盘机等设备的支持,甚至具有影像显示模块(应用在汽车视听系统
或地图导航系统)。此外还有控制收音机的模块(可以用口语命令来选台或点播CD)与导航
模块。而这些模块在其他版本的Windows CE上比较少见。
    汽车电脑可以收发电子邮件,甚至结合移动电话的通信与信息传呼服务。将来还可能
集成为地图信息导览系统或更高档的卫星导航系统。当然,个人信息的自动同步也是不可
或缺的必要功能,最终将实现车上、路上与办公桌自动同步、信息零时差的理想。
    (3) 手持式电脑(Handheld PC,H/PC)
    笔记本电脑外型有愈来愈小的趋势。但是,即使今天已经有小到如记事本尺寸的次笔
记本型电脑,人们还是希望能把Windows 95/98的机器放到口袋中。"口袋中的Windows"就
是Windows CE在手持式电脑的市场定位。整个Office套件在Windows CE的"口袋版本"(P 
ocket Version)都看得到,例如Pocket Word、Pocket Excel、Pocket PowerPoint、Poc 
ket Outlook等,甚至NetMeeting将来也可能移植成Pocket版。而网络功能、网络浏览器
Pocket IE与自动同步,也都是内置的功能;对数字摄像机的支持也可以在Casio或Sharp的
机种上看到。
    手持式电脑是Windows CE家族中最接近桌上型Windows 98的一个版本。其功能几乎与
台式PC或笔记本电脑相差不大,甚至在性能上有向上攀升的趋势。
    (4) 迷你型笔记本电脑(Mini NoteBook/Handheld PC Pro)
    这个版本的Windows CE更前进了一步,像USB、LAN、键盘、鼠标、硬盘、光盘、软盘
等皆并入系统模块中,俨然已经具备了桌上型/笔记本电脑操作系统的架势。显示尺寸和分
辨率都比较高,整体尺寸比手持式电脑稍大,而比次笔记本电脑小。不过,由于和亚笔记本
电脑市场重叠的部分极多,因此,这个版本的Windows CE是成是败,仍然是未知数。它在成
本上也许有优势,但在性能上Pocket版总是比桌上型版弱些。所以,在性价比上,两者各有
千秋,其未来的发展难下断言。
    (5) Smart Phone
    还记得电影《The Saint》中主角的那台Nokia智能型移动电话吗?打开机身,立刻变成
手持式电脑。只要有内置Modem,就可以拨号上网收发电子邮件,也可以浏览网页,更能使用
电子银行查看瑞士银行的户头。微软已与Qualcomm合资成立子公司,以Windows CE合力进
军无线通信与信息服务的市场。
    2. 家用环境
    虽然常常听到"人类已经进入信息时代"的说法,可是,今天一般人获取信息的方法仍然
相当原始。除了电脑族懂得上网搜寻资料外,对电脑外行的人来说,虽然渴望信息,但对此
依然有很高的门槛无法跨越。那为什么不将存取信息变得像使用电视一样简单呢?这个想
法引发了许多厂商生产制造出Internet TV、网络电视以及更进一步的交互信息服务电视
机。可惜的是,这样的产品立意虽佳,但至今大多在市场上吃了败仗。
    这类设备所牵涉到的不仅仅只是一台Internet TV,而是后端的整体信息服务内容与网
络基础建设。单纯的Internet TV只解决了一半问题:对电脑外行的人可以很轻松地连上全
球信息网,但是,下一步呢?网海茫茫,一般人仍要去跨越另一个门槛。遇到拨号网络堵塞时
,让人觉得要"进入信息时代"还有很长的路。
    Windows CE在家用交互信息接收器的市场上是非常积极的参与者。试想,电视的市场
远远大于桌上型电脑。面对这块未来的大饼,Windows CE在家用市场上自然也规划了发展
蓝图。Windows CE特别为家用市场制作了一份套件,以满足这方面的需求。
    (1) Internet TV
    这是Windows CE进入家用产品市场的第一步。其内置的IE针对在电视上浏览网页进行
了特别设计,并且以网页界面为导向。使用者不需要知道如何去设定拨号网络,只要打开开
关,它就会自动上网(拨号号码、帐号和密码)。使用者可以利用遥控器的按钮来点选网页
的选单或是链接。目前,对动态网页的支持并不齐全,对多媒体的支持也尚不完备。
    (2) ASTB(Advanced Set-Top Box)
    此版本的家用Windows CE将是功能比较完整的交互式Set-Top Box。WebTV、电缆调制
解调器、多媒体、交互式节目表等将会放入这个版本的Windows CE。通过配备后端的广播
服务器、媒体服务器以及信息服务器,信息服务厂商能给消费者提供交互式的信息服务,并
同时观看电视节目。
    (3) MediaPlayer
    此版本的Windows CE可以制作DVD/VCD/CD播放器。待DVD-RAM及硬件的运算能力再提
高之后,就可以加入实时影音编码功能而成为数字录放机。
    (4) WebPhone
    结合电话和平面液晶式触控屏可以进行简单的网页浏览,并提供电话传呼留言服务。
配备后端信息服务器,提供另一种方式的交互式信息服务。
    (5) Game Console
    此版本的Windows CE运行在Hitachi的SH4上,并且是全世界第一个支持DirectX和Di 
rectShow(用来提供播放VCD/CD的功能)的Windows CE,同时也将是第一个具有Windows C 
E版本的WebTV平台,并具备上网能力。其实,假若Dreamcast只是一个单纯的Game Consol 
e,它不会平白无故地支持WebTV、DirectShow与上网功能。因此,SEGA Dreamcast朝ASTB 
前进的目标十分明显,其策略也十分犀利:借游戏市场的威力进入家庭,而后一统交互信息
服务的天下。
    (6) 家庭信息应用
    这算是家用版Windows CE的最终理想,也正是SEGA的Dreamcast接近的目标。家庭中的
视听娱乐、家庭影院、交互信息、视频通信、电子商务、网络银行等,皆可由一台机器包
办,而且可以扩充服务。它与PC最大的不同在于,按动遥控器就能完成各项操作,而不必精
通电脑。
    3. 商用环境
    只要配备Windows Terminal Server,Windows CE的视窗终端机版(Windows-BasedTe 
rminal,WBT)就能连上视窗终端机服务器。根据"瘦"客户机的理念,终端机本身的成本十分
低廉,而且所有的应用程序和桌面数据皆存放在远端的服务器上,终端机本身只是单纯的图
形视窗终端机而已。
    WBT版的Windows CE对于办公室环境、银行、音乐唱片城以及百货公司等深具吸引力
。
    4. 嵌入式环境(Embedded CE)
    传统嵌入式操作系统其实也具有相当规模的市场。在这个市场中,操作系统的实时能
力通常是必要的。目前,Windows CE的实时能力仍然是一大弱点,对于现有的实时操作系统
,在短期内不具备威胁性。但是,Windows CE挟其开发上的优势,在3.0版以后如果能做到真
正实时,那么,它将是对系统集成、仪器监控等嵌入式市场投下的一颗大炸弹。

Windows CE的缺点

    Windows CE并非完美无暇,目前仍存在下列缺点:
    · 不具备实时操作系统的能力;
    · 对多媒体的支持仍在开发当中,且进度缓慢;
    · 操作系统核心的稳定性尚未经过大量市场的考验;
    · 周边装置的驱动程序支持仍不够完整;
    · 家用娱乐产品线的进度仍然缓慢。
    凭借相同的程序界面架构、相同的开发经验和相同的开发工具,微软利用桌上型电脑
操作系统盟主的优势,以Windows CE强力进军消费类电子与嵌入式系统的市场。
    当个人电脑的市场总值逐渐萎缩之际,另一个新兴的市场正在悄悄地酝酿当中。在摩
尔定律的推动下,硬件的性能越来越强而成本越来越低。届时,智能型消费类电子产品将会
成为深具市场竞争力的杀手级商品,而且也会真正地将人类带入信息时代。


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