Системы семейства Microsoft Windows CE [WinCE] являются открытыми, масштабируемыми ОС, позволяющими компоновать ОС для широкого диапазона современных небольших устройств, которые соединяют в себе компьютерные, телефонные и сетевые возможности. Устройство, на которое может быть установлена Windows CE, обычно проектируется для специализированного использования, часто работает автономно и требует маленькой ОС, которая имеет детерминированные реакции на прерывания.
Последней версией из этого семейства является система Microsoft Windows CE 5.0, в которой объединены возможности систем реального времени и последние технологии Windows. В отличие от других ОСРВ Windows CE проектировалась так, чтобы она была совместимой с универсальными ОС.
ОСРВ Windows CE является модульной с небольшим ядром и необязательными модулями, которые выполняются как независимые процессы. Планирование в Windows CE осуществляется на основе приоритетов. Поддерживается защита ядра и процессов друг от друга. Кроме того, возможен режим работы, когда отсутствует защита между процессами и ядром.
Android или Windows CE? Плюсы и минусы автомобильных магнитол.
Следует отметить, что прерывания обрабатываются как потоки и имеют уровни приоритетов потоков. Windows CE поддерживает также нити (fiber), являющиеся потоками, которыми ядро не управляет. Каждая нить выполняется в контексте потока, который ее создал; их можно использовать для создания планировщика внутри потока. Такие нити используются в экзотических или унаследованных приложениях, но они непригодны в системах реального времени.
Windows CE имеет ограничение на физическую память – 512MB. Microsoft ввел это ограничение для того, чтобы Windows CE могла выполняться на большом диапазоне встраиваемых процессоров без проблем совместимости, поскольку некоторые из этих процессоров способны управлять физической памятью в 512MB. Однако физическая память может быть отображена в адресные регионы, размер которых превышает 512MB.
RAM в устройстве Windows CE разделяется на две области – хранилище объектов и программная память. Хранилище объектов напоминает постоянный виртуальный диск RAM. Данные в таком хранилище запоминаются во время приостановки или операции частичной переустановки (soft reset). Когда операция возобновляется, система находит ранее созданное хранилище объектов и использует его. Программная память состоит из оставшейся RAM, она работает как RAM в персональном компьютере – запоминает стеки и области для динамически выделяемой памяти (heaps) выполняющихся приложений.
Во время старта Windows CE создает единое виртуальное адресное пространство в 4GB, которое затем разделяется на две секции – ядро и пользовательское пространство, как и в универсальной ОС Windows. Далее пользовательское пространство делится на 64 слота по 32MB, из которых 32 резервируются для процессов (отсюда ограничение на число процессов в системе). Все процессы разделяют виртуальное адресное пространство, но не имеют доступа друг к другу. В виртуальном адресном пространстве в 32MB находится все, что нужно процессу – программа, данные, область динамической памяти (heap). Если процесс имеет соответствующие права доступа, он может получить память сверх ограничения в 32MB, обратившись к специальному процессу (VirtualAlloc) или используя файлы, отображаемые на память (memory mapped files).
Эволюция мобильной версии Windows: какой она была и что с ней стало?
Windows CE реализует страничное управление виртуальной памятью. Размер страницы зависит от платформы, но, по возможности, используется размер в 4KB. Есть возможность запретить страничную организацию, что важно для систем реального времени. В этом режиме модуль перед выполнением целиком загружается в память. Тогда страничная подкачка (paging) не повлияет на выполнение приложения.
В обычной конфигурации для защиты ядра и процессов друг от друга используется MMU. Есть возможность сконфигурировать Windows CE без защиты памяти между процессами и ядром, что позволяет достичь большей производительности системы.
- механизмы защиты от одновременного доступа – критические секции, мьютексы и семафоры,
- механизмы взаимодействия – события и очереди сообщений.
В отличие от других ОСРВ Windows CE поддерживает обобщенные функции ожидания для различных типов объектов (мьютексов, семафоров, событий, процессов и потоков). Преимущество таких функций состоит в том, что можно ожидать многие объекты сразу, пока один из них не подаст сигнал. Критические секции можно использовать только внутри одного процесса. Вычислительные семафоры и мьютексы могут быть использованы как внутри одного процесса, так и между процессами.
В Windows CE используется наследование приоритетов, чтобы избежать проблемы инверсии приоритетов.
Windows CE позволяет построить, отладить и внедрить настроенную ОС из предлагаемого набора компонентов с помощью инструмента Platform Builder. Процесс разработки ОС Windows CE показан на рис. 14.
На рис. 15 приведена архитектура ОС Windows CE.
Введение адаптационного уровня производителя в архитектуру Windows CE позволило повысить ее эффективность.
Хотя Windows CE имеет модульную структуру, которая позволяет создавать минимальные конфигурации для небольших систем, она все-таки остается сложной и требует относительно большого пространства на диске, поэтому она не является хорошим выбором для глубоко встраиваемых систем.
Источник: citforum.ru
8.4.1 Операционная система Windows ce 5.0
На рисунке 73 приведена архитектура операционной системы Windows CE. Здесь OEM – уровень производителей оборудования, OAL – уровень адаптации, Core dll – блок библиотек, отвечающих за взаимодействие с ядром.
В былые времена эта операционная система использовалась в наладонных компьютерах, которые функционально недалеко ушли от записной книжки, а сегодня Windows CE является основной платформой для построения автомобильных навигаторов, что дает возможность создавать многофункциональные устройства с мультимедийным уклоном. Дело в том, что ОС не только поддерживает установку стороннего софта, но и имеет многозадачность, благодаря чему устройства на Windows CE обладают весьма неплохим набором функций. Естественно, поддерживается и сенсорный экран. Сегодня интерфейсом Windows CE (пятой версии) могут похвастаться автомобильные и карманные навигаторы, особенно известные среди них модели от Nokia, Mitac Mio, LG, Clarion, GlobalSat, Pocket Navigator и других.
Контрольные вопросы по разделу
1 Перечислите ключи реестра Windows 2000. За что отвечает ключ реестра HKEY_PERFORMANCE_DATA?
2 На какие две части делится операционная система Windows 2000?
3 Дайте определение управляющим объектам, находящимся в ядре операционной системы Windows 2000. На какие два класса они подразделяются?
4 Какие интерфейсы прикладного программирования поддерживает Windows 2000? Как реализуется вызовы Win32 API?
5 Объясните, каким образом Windows 2000 поддерживает программы MS-DOS?
6 Перечислите три основных интерфейса операционной системы UNIX.
7 Для чего служат обработанный и необработанный телетайп?
8 Какие два вида мультипроцессоров существуют и чем они отличаются?
9 Кратко опишите три основных вида реализации операционных систем на мультипроцессорах.
10 Сформулируйте требования для операционных систем реального времени. Какие вы знаете операционные системы реального времени?
11 Чем отличается Windows CE 5.0 от других версий операционных систем семейства Windows.
Источник: studfile.net
Операционная система Windows CE
ОС Windows CE [39] рассчитана на значительно большие объемы ресурсов, чем PalmOS, но, соответственно, обеспечивает гораздо больший объем возможностей. Windows CE является членом семейства ОС Windows и в большей части функций обеспечивает общий cтандартный API Win32 этого семейства и общий с остальными членами семейства интерфейс пользователя, но в некоторых случаях принятые в Windows CE решения являются специфичными.
Windows CE является многозадачной системой с вытесняющей многозадачностью. Определенные свойства Windows CE дают основание говорить о ней как о системе реального времени. В системе обеспечиваются абсолютные приоритеты, выполняется только процесс (нить) с наивысшим приоритетом.
Если два или более процессов имеют высший приоритет, то квант времени (по умолчанию размер кванта — 100 мсек) делится между ними поровну. Всего имеется 256 градаций приоритета, но только 8 самых низших из них возможны для пользовательских процессов, остальные зарезервированы за системными процессами. Windows CE поддерживает вложенные прерывания и «инверсию» приоритетов — повышение приоритета нити, если она захватывает критический ресурс. Windows CE является 32-разрядной системой и обеспечивает в основном тот же API Win32, что и другие ОС Windows. Ядро Windows CE может адресовать до 256 Мбайт физической памяти, но в виртуальном адресном пространстве объем которого — 4 Гбайт, физическая память отображается в младшие 2 Гбайт, как показано на рисунке 7.3.
Рисунок 7.3 Виртуальное адресное пространство Windows CE
В старшей части памяти адресное пространство от 2 до 3 Гбайт отводится для совместно используемой памяти (в терминологии Windows — файлов, отображаемых в память), а пространство от 3 до 4 Гбайт делится на «слоты» с номерами от 1 до 32, каждый из которых представляет адресное пространство одного из процессов. Таким образом, в системе может выполняться одновременно до 32 процессов, частное адресное пространство каждого процесса — 32 Мбайт (не считая файлов, отображаемых в память). «Слот» 0 отображается на физическую память, он отдается активному в текущий момент процессу.
В адресном пространстве каждого процесса, помимо кодов процесса, создаются области памяти для статических данных, куча и стек для каждой нити процесса. Для статических данных выделяются отдельные области памяти — для изменяемых и для неизменяемых данных.
Для каждого процесса создается куча по умолчанию (384 страницы по 1 Кбайт), но процесс может создавать новые кучи в пределах своего адресного пространства. Выделенные в куче блоки памяти не перемещаются, что может приводить к фрагментации памяти в куче. Размер стека для нити — 1 Мбайт, и он не может быть изменен.
Количество нитей в процессе ограничено только возможностью выделения памяти для стеков нитей. Память для стека выделяется по мере необходимости, постранично. Если для растущего стека нити не хватает страниц памяти, нить блокируется.
Программы, выполняемые в Windows CE, могут находиться в RAM- или в ROM-памяти. Если программа находится в ROM-памяти, но не содержит изменяемых данных, она выполняется «на месте». Если же программа содержит изменяемые данные, она для выполнения копируется в RAM-память. Копирование происходит постранично, по требованию.
Общие области памяти, называемые в Windows файлами, отображаемыми в память, в адресное пространство процесса не входят. Они могут использоваться для получения процессом дополнительной памяти сверх лимита 32 Мбайт.
Управление внешними данными
Управление внешними данными в Windows CE основывается на концепции «хранилища объектов» (object store). Хранилище объектов играет ту же роль, что и дисковая память в настольных вычислительных системах: оно обеспечивает постоянную память для хранения приложений и их сохраняемых данных. Хранилища объектов могут быть трех типов: файловые системы, базы данных и реестры (registry), причем все они могут разделять одну и ту же физическую память. Однако, первые два типа могут также размещаться и в ROM-памяти, на внешних устройствах или в отдельных системах, реестры же — только в RAM-памяти. Объектами, находящимися в хранилище, могут быть:
файл (метаинформация файла);
порция (chunk) данных файла (размер порции — 4 Кбайт);
запись базы данных (до 4 Кбайт);
расширение записи базы данных (до 4 Кбайт);
база данных (метаинформация базы данных).
Каждый объект имеет уникальный (в пределах тома) идентификатор, который используется для доступа к объектам.
Windows CE работает с тремя типами файловых систем: файловая система в ROM-памяти, файловая система в RAM-памяти и файловая система FAT на внешних устройствах, картах расширения памяти и PC Card. Разработчики могут создавать и регистрировать и другие файловые системы. Независимо от того, на каком физическом типе памяти располагается файловая система, работа с нею выполняется через стандартный файловый API Win32. Для упрощения операций с памятью Windows CE не применяет концепцию текущего каталога, но все ссылки на объекты содержат полный маршрут.
База данных в Windows CE представляет собой нечто, являющееся упрощенным вариантом СУБД. API баз данных в Windows CE оригинальный. База данных состоит из записей. Каждая запись состоит из полей (свойств). Запись может состоять из переменного количества полей, память выделяется только под реально существующие поля.
Каждое поле предваряется 4-байтным заголовком, в котором содержится идентификатор поля и код типа данных в поле. Каждая запись предваряется 20-байтным заголовком, содержащим метаданные записи. Вся база данных имеет символьное имя (до 32 символов) и тип (целое число).
Для базы данных может быть создано до 4 индексов быстрого поиска — каждый по значению какого-либо одного поля. При открытии базы данных (системный вызов CeOpenDatabaseEx) может быть указан один из этих четырех индексов, и в течение этого сеанса работы с базой данных используется только индекс, заданный при открытии. Прежде, чем читать или писать запись базы данных, ее следует найти.
Системный вызов CeSeekDatabase ищет в базе данных запись, поиск может задаваться: по абсолютному или относительному значению поля, по абсолютному или относительному номеру в заданном при открытии базы данных индексе, по идентификатору объекта-записи. Если запись найдена, указатель поиска устанавливается на эту запись.
Последующие операции чтения или записи оперируют с той записью, на которую установлен указатель поиска. Работа с содержимым базы данных выполняется при помощи системных вызовов CeReadRecordPropsEx и CeWriteRecordProps. Эти вызовы позволяют соответственно читать поля записи или записывать поля в запись. Для определения того, с какими именно полями работает системный вызов, должен быть определен массив идентификаторов полей. Чтение значений полей записи может выполняться не только в локальную кучу программы, но и в любую доступную программе область памяти.
Реестры Windows CE хранят конфигурационные установки: данные о приложениях, драйверах, настройки пользователей и т.п. Реестры организованы в иерархическую структуру с ключами и значениями. Ключ может содержать значение или другие ключи — в этом ключ подобен каталогу файловой системы. В иерархической структуре ключей возможно не более 16 уровней. Windows CE поддерживает три «корневых» ключа, в которые записываются другие ключи, задающие параметры соответствующего типа:
HKEY_LOCAL_MACHINE — данные о конфигурации аппаратуры и о драйверах;
HKEY_CURRENT_USER — конфигурационные данные пользователя;
HKEY_CLASSES_ROOT — конфигурационные данные приложений.
Ограничение на длину ключа — 255 символов, ограничение на размер значения — 4 Кбайт. Для работы с реестрами используется API Win32.
Windows CE продолжает развиваться, но наряду с этой ОС фирма Microsoft предлагает также Windows NT Embedded. Последняя обеспечивает примерно ту же функциональность, но ориентированную не на карманные ПК, а на вычислительные устройства, встраиваемые в различную аппаратуру и строится на ядре Windows NT. Эта технология развивается в новой версии ОС для встроенных применений — Windows XP Embedded. Эта ОС строится на базе ядра Windows 2000 (Windows NT 5) и обеспечивает функциональность, аналогичную Windows CE и Windows NT Embedded. Основное нововведение в Windows XP Embedded — развитая библиотека компонентов и средства разработки приложений.
Источник: kazedu.com