摘要： 文章介紹了微軟的嵌入式操作系統產品線，分析了WinCE 6.0和.NET Micro framework技術特點。根據嵌入式系統的要求，還比較了微軟和嵌入式Linux、 VxWorkss的差異和各自特色。

　　關鍵詞： 嵌入式操作系統;WinCE;Windows Mobile;單片機;.NET Micro framework

引言

　　在嵌入式操作系統領域，微軟的Windows Mobile正在智能手機市場快速增長，“2007 Windows 硬件工程大會”及“2007 移動與嵌入式開發者大會”的資料顯示，全球55個國家的110個運營商采用Windows Mobile，近50家設備制造商生產了100多款Windows Mobile手機和便攜式設備。微軟的其他嵌入式軟件發展也非常快，51%的零售商考慮使用基于Windows Embedded的POS (銷售點)系統，2005年有60%的瘦客戶端運行著WinCE。微軟最新發表的面向單片機的.NET Micro Framework在2006發布后，今年3月在美國的ESC(嵌入式系統大會)又發表了一個擴展版本。由此可見，微軟的嵌入式操作系統正在成為商業嵌入式操作系統的重要選擇。

　　但是比較起不少已經有20多年歷史的老牌嵌入式操作系統公司，微軟還是一個新兵，整個產品線還在發展和豐富之中。

　　微軟嵌入式產品發展歷史

　　在探討微軟的嵌入式操作系統技術細節之前，讓我們先了解一下其名稱、相互關系和發展歷史。微軟從96年發表WinCE第一個版本，到目前為止，可以看到有兩個主要嵌入式操作系統品牌。其一是針對移動終端的操作系統Windows Mobile，在5.0 版本之前，Windows Mobile分為針對智能手機的版本Windows Mobile for SmartPhone，針對PDA 手機的版本Windows Mobile for Pocket PC Phone，針對PDA 的版本Windows Mobile for Pocket PC。

　　其二是微軟的嵌入式操作系統平臺Windows Embedded ，這個平臺目前包括微軟核心的嵌入式實時操作系統-Windows CE(簡稱WinCE), 它可以支持各種便攜設備和廣泛的嵌入式應用。嵌入式XP—Windows Embedded XP(簡稱XPE)，是模塊化的XP版本，支持各種嵌入式應用。嵌入式POS系統-Windows Embedded for POS(簡稱WEPOS)，一個專門為零售終端定制的嵌入式XP版本。

　　微軟這些嵌入式操作系統里面實際上只有兩個內核，一個是WinCE 內核，包括Windows Mobile也是使用這個內核，目前Windows Mobile 5.0 和6.0版本使用的都是WinCE 5.x 版本的內核。該版本2004年推出，是目前廣泛使用的一個產品。WinCE 目前的最新版本是6.0，2006年底正式發布。另外一個內核是XPE和WEPOS 使用的Windows XP的核心。

　　由此可見微軟在嵌入式系統的策略，即WinCE 和Windows Mobile 是具有硬實時的嵌入式操系統，目標是移動和通用的嵌入式設備，如手機、導航、PMP、機頂盒、工業控制設備和醫療儀器等。Windows Embedded XP 是一個非實時的可以嵌入的操作系統，目標是瘦客戶機、零售機器、工廠生產線控制和技術外設存儲和顯示設備。另外，微軟最新推出的.NET Micro Framework是針對微型設備和單片機市場的一個新產品，它補償WinCE不能支持的更小型的嵌入式應用。

　微軟嵌入式平臺核心-WinCE 技術特色

　　WinCE 是一款典型的嵌入式操作系統，具有層次化和模塊化的體系結構。WinCE分為硬件、OEM(委托制造)、操作系統和應用軟件四個清晰的層次，硬件層即WinCE 可以支持不同的微處理器和外設，如x86、ARM、XScale 等，OEM層是指引導程序(boot loader)、設備驅動等，操作系統層是內核模塊、圖形模塊、文件和存儲模塊、設備管理和加載系統的服務模塊組成，應用軟件層是WinCE自身的應用軟件，如MS Office、Media Player、IE和第三方應用軟件。應用軟件層和操作系統層有一個Win32 本地API和基于.Net Compact Framework的被管理代碼。

　　WinCE內核

　　WinCE 是微內核操作系統，這是目前嵌入式操作系統都在使用的先進的內核技術，例如，VxWorks、QNX和最新的L4內核都實現了微內核技術。微內核是指在內核里面只實現一些基本服務，如進程調度、進程間通信和中斷處理等，其他的服務和功能都放在內核外。顯然，微內核的好處是易于移植到不同的處理器和硬件平臺，內核外的服務如設備驅動和文件管理模塊是運行在不同的地址空間，這樣相較于整個系統都是平板結構的實時內核(如uc/os-II、nucleus、threadx)要更加安全和可靠。微內核的核心也非常小巧，一般幾K~幾十K字節。當然事物永遠是辨正的兩個方面，微內核系統因為要經常在內核態和用戶態之間轉換，所以系統的某些性能和實時響應能力可能要比平板結構的實時內核要低(不同的性能指標取決于不同的微內核系統的設計)。

　　同Windows一樣，WinCE每個運行程序都是一個進程，WinCE 5.0 版本支持32個進程，每個進程有32M的虛擬地址空間，WinCE 6.0 則可以支持3.2萬個進程，每個進程有2G的虛擬地址空間。WinCE 是一個基于搶占的多線程操作系統。在線程這一級，WinCE 可以實現類似嵌入式操作系統任務的調度、通訊、同步功能。為了支持可以搶占的硬實時調度，WinCE 已經實現了優先級反轉機制(priority inversion)。

　　6.0版本的WinCE內核相較以前的5.0有了很大的改進，重要的一點就是把一部分關鍵文件、圖形管理和驅動程序放到內核里面，好處是減少了模塊在用戶態和內核態切換的開銷，還減少了應用程序訪問這些模塊調用的開銷。WinCE 6.0的內核結構見圖1。

圖1 WinCE 6.0的內核結構

WinCE 的BSP

　　嵌入式操作系統是運行在不同的微處理器上，如手機和移動設備大量使用的ARM體系結構的CPU，市場上有三星ARM2410/2430、TI OMAP730/1710/2430和Marvel XScale體系的PXA270等，除此之外，還有數字電視、IP機頂盒系統使用的MIPS體系結構，如東芝、博通、IDT等公司的芯片。當然，x86在各種通用嵌入式系統方面也有大量的應用。

　　微軟的嵌入式操作系統也是使用BSP(Board Support Package)的概念支持各種CPU和硬件平臺的移植工作，在WinCE 5.0里已經有包括三星2410、Marvel PXA270等許多流行的BSP，微軟的OEM廠商如研華、飛思卡爾、NXP等也提供他們移植的OEM BSP。WinCE 6.0將會在CE5.0支持ARM V4基礎上支持ARM V6，包括三星、飛思卡爾的ARM11核的SoC都將得到支持。在x86方面，微軟依托在桌面系統的強勢，得到了眾多IPC(工業PC)和EPC(嵌入式PC)廠家的擁戴和支持。

　　在BSP結構方面，新的WinCE6.0的內核和OAL是完全獨立的兩個模塊，好處是在修改BSP后，內核不需要重新構建了，減少了多次構建、測試和發布內核的過程，提高了系統的可靠性。這種結構還可以讓微軟發布針對OEM的內核，而OEM可以因為自身知識產權的考慮，以二進制方式向最終用戶發布BSP(如圖2)。WinCE自身包含OEM BSP 定制和發布工具，這樣OEM可以很方便地發行自己的BSP SDK包。

圖2 內核和BSP的結構

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