Встраиваемые системы и ОС для них

Встра?иваемая систе?ма, встро?енная систе?ма (англ. embedded system) — это специализированная компьютерная система, в которой сам компьютер обычно встроен в устройство, которым он управляет.

Очень малое энергопотребление, порядка от 0,5 до

20 ватт

Маленькие размеры

Отсутствие больших систем отвода тепла (охлаждения). Зачастую ЦПУ не охлаждается вообще или используется небольшой радиатор.

ЦПУ и системная логика, а также некоторые другие ИС, часто совмещены на одном кристалле (System On Crystal = SOC)

Основой построения встроенных систем могут служить одноплатные или однокристальные микроконтроллеры, специализированные или универсальные ЦПУ, ПЛИС. Интересной особенностью некоторых видов встроенных систем является использование довольно устаревших процессоров семейства x86 (например i386, i486, Pentium) и их клонов из-за малого энергопотребления и низкой стоимости (порядка 1-5 долларов США). Также многие виды встроенных систем используют ЦПУ архитектуры ARM.

На данный момент достаточно большое количество фирм (в тои числе в России) производит одноплатные компьютеры на основе микроконтроллеров и ЦПУ с RISC архитектурой. Среди них Advantech, AAEON, Advanced Micro Peripherals (AMP), Ampro Computers, Diamond Systems, iBASE, InnoDisk, Fastwel (Россия), Lippert, Octagon Systems, RTD Embedded Technologies, Tri-M Systems — Engineering, SanDisk, STEC. Примерами встроенных систем могут служить банкоматы, авионика, КПК, телекоммуникационное оборудование и тому подобные устройства.

Некоторые встроенные системы используются в массовых количествах (например, устройства RFID). Встроенные системы являются привлекательной целью для создателей вредоносного кода из-за своей распостранённости и относительной беззащитности. Постепенно возникает вредоносный код для встроенных систем (Cabir, RFID-вирус); к счастью, этот процесс пока затрудняется разнородностью встроенных устройств, отсутствием доминирующего ПО, и ограниченной функциональностью некоторых видов устройств. С другой стороны, задача антивирусных компаний и исследователей компьютерной безопасности также осложнена этими обстоятельствами, а также маломощностью встроенных систем, зачастую не позволяющей пользоваться распостранённым антивирусным ПО.

Основными производителями CPU для встраваемых систем являются VIA technologies, Transmeta Corporation, Infineon Technologies.

Операционные системы для встраеваемых систем

Во встраеваемых системах для управления используются операционные системы реального времени (ОС РВ) .

Операционная система реального времени ОС — это ОС, реагирующая в предсказуемое время на непредсказуемое появление внешних событий. Иногда ОСРВ называют интерактивными системами постоянной готовности. В категорию ОСРВ их относят исходя из маркетинговых соображений и если интерактивную программу называют «работающей в реальном времени», то это лишь означает, что запросы от пользователя обрабатываются с задержкой, незаметной для человека. Иногда понятие системы реального времени отождествляют с «быстрой системой», но это не всегда правильно, так как важно не время задержки реакции ОСРВ, а то, чтобы этого времени было достаточно для рассматриваемого приложения и оно было гарантированно.

Иногда различают системы «жёсткого» и «мягкого» реального времени. ОС «жёсткого» реального времени гарантирует выполнение каких-то действий за определённый интервал времени, ОС «мягкого» реального времени, как правило, успевает выполнить действия за заданный промежуток времени, но полностью не гарантирует этого. Большинство программного обеспечения ориентировано на «мягкое» реальное время.

Для подобных систем характерно:

• гарантированное время реакции на внешние события (прерывания от оборудования);
• жёсткая подсистема планирования процессов (высокоприоритетные задачи не должны вытесняться низкоприоритетными, за некоторыми исключениями);
• повышенные требования к времени реакции на внешние события или реактивности (задержка вызова обработчика прерывания не более десятков микросекунд, задержка при переключении задач не более сотен микросекунд)

Классическим примером задачи, где требуется ОСРВ, является управление роботом, берущим деталь с ленты конвейера. Деталь движется, и робот имеет лишь маленький промежуток времени, когда он может её взять. Если он опоздает, то деталь уже не будет на нужном участке конвейера, и следовательно, работа не будет сделана, несмотря на то, что робот находится в правильном месте. Если он спозиционируется раньше, то деталь ещё не успеет подъехать, и он заблокирует ей путь.
Windows CE (она же WinCE) — это вариант операционной системы Microsoft Windows для наладонных компьютеров, мобильных телефонов и встраиваемых систем. Windows CE не является «урезанной» версией Windows для настольных ПК и основана на совершенно другом ядре. К основным недостаткам системы можно отнести полное отсутствие нужных программных приложений. Поддерживаются архитектуры x86, MIPS, ARM и процессоры Hitachi SuperH.

Основные конкуренты WinCE — это VxWorks, eCos, OSE, QNX, LynxOS, Symbian OS, OS-9, а также различные производные Linux (например, uClinux) и, наиболее известный, PalmOS. Некоторые производители устройств также изготавливают свою собственную систему.

Windows CE оптимизирована для устройств, имеющих минимальный объём памяти: ядро Windows CE может работать на 32 КБ памяти. С графическим интерфейсом (GWES) для работы Windows CE понадобится от 5 МБ. Устройства часто не имеют дисковой памяти и могут быть сконструированы как «закрытые» устройства, без возможности расширения пользователем (например, ОС может быть «зашита» в ПЗУ). Windows CE соответствует определению операционной системы реального времени.

На базе Windows CE основано множество платформ, включая Handheld PC, Pocket PC, Pocket PC 2002, Pocket PC 2003, Pocket PC 2003 SE, Smartphone 2002, Smartphone 2003, Windows Mobile, а также множество промышленных устройств и встроенных систем. Приставка Sega Dreamcast имела поддержку Windows CE. Самой Windows CE в изначальной поставке не было, но она могла запускаться на приставке с CD. Некоторые игры использовали данную возможность.

Часто названия Windows CE, Windows Mobile, Pocket PC используют как взаимозаменяемые. Это не совсем правильно. Windows CE 3.0 — это модульная операционная система, которая служит основой для устройств нескольких классов. Любой разработчик может купить инструментарий (Platform Builder), который содержит все эти компоненты и программы, позволяющие построить собственную платформу. При этом такие приложения, как Word Mobile / Pocket Word, не являются частью этого инструментария.

Windows Mobile лучше всего представлять себе как набор платформ, основанных на Windows CE. В настоящее время в этот набор входят платформы: Pocket PC, SmartPhone и Portable Media Center. Каждая платформа использует свой набор компонентов Windows CE, плюс свой набор сопутствующих особенностей и приложений.

Windows CE .net — это кодовое название Windows CE версии 4.2.

Windows Embedded CE 6.0 (кодовое имя «Yamazaki») является шестой версией операционной системы Windows Embedded, ориентированной на предприятия, изготавливающие промышленные контроллеры и устройства бытовой электроники. В Windows Embedded CE 6,0 полностью переделано ядро, которое поддерживает свыше 32000 процессов, по сравнению с 32 в предыдущих версиях. С 32 Мб до 2 Гб поднялось выделяемое для процессов виртуальное адресное пространство.

Windows Embedded CE 6.0 был выпущен 1 ноября 2006 года.
Windows CE 6.0 R2 был выпущен 15 ноября 2007 года.
Windows Embedded CE 6.0 также является основой для Windows Mobile 7 (кодовое имя «Photon»).

QNX — коммерческая POSIX-совместимая операционная система реального времени, предназначенная преимущественно для встраиваемых систем. Считается одной из лучших реализаций концепции микроядерных операционных систем.

Как микроядерная операционная система, QNX основана на идее работы основной части своих компонентов, как небольших задач, называемых сервисами. Это отличает её от традиционных монолитных ядер, в которых ядро операционной системы — одна большая программа, состоящая из большого количества «частей», каждая со своими особенностями. Использование микроядра в QNX позволяет пользователям (разработчикам) отключить любую ненужную им функциональность, не изменяя ядро. Вместо этого, можно просто не запускать определённый процесс.

Система достаточно небольшая, чтобы в минимальной комплектации уместиться на одну дискету, вместе с этим она считается очень быстрой и должным образом «законченной» (практически не содержащей ошибок).

QNX Neutrino, выпущенная в 2001 году, перенесена на многие платформы, и сейчас способна работать практически на любом современном процессоре, используемом на рынке встраиваемых систем. Среди этих платформ присутствуют семейства x86, MIPS, PowerPC, а также специализированные семейства процессоров, такие, как SH-4, ARM, StrongARM и xScale.

Версия для некоммерческого использования доступна для скачивания на веб-сайте разработчика.

LynxOS — Unix-подобная операционная система реального времени, разработанная для встраиваемых систем, совместимая со стандартами POSIX и, в последнее время, с операционной системой GNU/Linux. LynxOS используется преимущественно в авиации, системах управления промышленными процессами и в области телекоммуникаций.

ChorusOS — микроядерная операционная система реального времени, разработанная для встраиваемых систем. В 1997 году Sun Microsystems купила Chorus systems, компанию, создавшую ChorusOS. В августе 2002 года Основатели Chorus Systems организовали новую компанию VirtualLogix и занялись разработкой встраиваемых систем, используя Linux и ChorusOS.

Nucleus — операционная система реального времени, созданная Accelerated Systems, подразделением по встраиваемым системам компании Mentor Graphics для различных процессорных платформ. Получила распространение в телевизионных декодерах, мобильных телефонах, и других переносных и карманных устройствах. Nucleus используется Garmin International в GPS-модуле, предназначенном для гражданской авиации.

OS-9 — многозадачная, многопользовательская операционная система реального времени, разработанная Microware Systems Corporation.
Используется для интерактивных и встраиваемых систем. В наши дни OS-9 принадлежит компании RadiSys Corporation расположенной в штате Орегон (США).

VxWorks — операционная система реального времени (ОСРВ), разрабатываемая компанией Wind River Systems (США).
Как и большинство других ОСРВ, VxWorks включает в себя многозадачное ядро с вытесняющим планировщиком и быстрым откликом на прерывания, средства межпроцессного взаимодействия и синхронизации, а также файловую систему и сетевую подсистему (стек протоколов TCP/IP). В комплект поставки входят средства для кросс-компиляции, мониторинга производительности (WindView), удаленной символьной отладки, а также эмуляции различных процессоров. Дополнительно поставляется значительное количество различных стеков протоколов, графических подсистем, и др. как от самой Wind River Systems, так и от третьих фирм. Множество поддерживаемых VxWorks встраиваемых платформ является одним из самых обширных среди ОСРВ.

Последняя версия интегрированной среды разработки Wind River Workbench (поставляющаяся с VxWorks версий 6.x, впрочем как и 5.x) построена на основе среды Eclipse. Предыдущая проприетарная среда разработки называлась Tornado.

• Аппарат Mars Reconnaissance Orbiter на орбите Марса (используется система VxWorks)
• Зонды Spirit и Opportunity, а также аппарат Mars Reconnaissance Orbiter используют VxWorks на платформе POWER. Система используется и в других космических миссиях, например Deep Impact.
• Планируется использование в новейших авиалайнерах Boeing 787.
• Коммуникационное оборудование многих компаний (например, Nortel, 3COM, Alcatel и др.).
  
• Linksys WRT54G (ver.5,6. ), NetGear WGR614 (ver. 5,6,7)
• Некоторые PostScript-принтеры.
• Медицинское оборудование компании Siemens AG (в частности, магнитно-резонансные томографы).
• Последние системы интерфейсов BMW iDrive

ОС2000 — Операционная система реального времени (ОС РВ) разработанная НИИСИ РАН по заказу МО РФ для микропроцессоров MIPS и Intel.
Эта ОС РВ предназначена для разработки программного обеспечения для систем (программно-аппаратных комплексов), работающих в режиме жёсткого реального времени.
Поддержка устройств:

• сетевые устройства Ethernet (протоколы NFS, FTP, Telnet), для Intel-версии поддержка ограничена ISA- и PCI-картами фирмы Realtek, NE2000-совместимых карт.
• накопительные устройства — флоппи- и жёсткие диски (файловые системы vfat и tar)

Имеется поддержка графической клиент-серверной подсистемы X Window System, ипользуемой в Unix-системах.

Windows 10 помогает компаниям достигать большего

Воспользуйтесь инструментами, которые помогут вам успевать больше, сделать свою защиту надежнее и упростить управление устройствами с помощью облачных технологий.

Интеллектуальные средства безопасности

Создайте упреждающую схему защиты для своего бизнеса с помощью нашей расширенной системы безопасности на основе облачной аналитики.

Простое обновление

Инструменты, которым доверяют ИТ-специалисты, упростят им задачи развертывания и обновления и помогут стать полезнее для вашего бизнеса.

Гибкие средства управления

Разверните комплексную систему управления устройствами на своих условиях с поддержкой локальных, облачных и комбинированных сред.

Повышение продуктивности

Интуитивный пользовательский интерфейс со встроенными инструментами и функциями помогает пользователям эффективно взаимодействовать и работать.

Подробнее о разных выпусках Windows 10

Windows 10 предлагает целый набор полезных функциональных возможностей и средств обеспечения безопасности для компаний и обычных пользователей.

Windows 10 Корпоративная

Для организаций с высокими требованиями к безопасности и комплексному управлению.

Windows 10 Pro

Надежная основа для любого бизнеса.

Windows 10 Pro для рабочих станций

Для людей с высокой рабочей нагрузкой и потребностью в обработке данных.

Windows 10 IoT для Интернета вещей

Основа для вашей интеллектуальной границы.

Устройства с Windows 10 для бизнеса

Лучшие устройства в мире работают на базе Windows 10.

Ваша компания все еще использует Windows 7?

Узнайте больше о завершении поддержки Windows 7, которое наступит 14 января 2020 г.

Новые возможности Windows 10 и Microsoft 365

Обновление Windows 10 за ноябрь 2019 г.

Подробнее о новейших функциях Windows 10 можно узнать в нашем блоге для ИТ-специалистов.

Диспетчер конечных точек (Майкрософт)

Представляем надежное интегрированное решение для управления.

Аналитика компьютеров

Централизованные средства отслеживания и контроля помогут вам оптимизировать процессы развертывания и обновления.

Ознакомьтесь с другими решениями Windows

Microsoft 365

Сочетание Windows 10, Office 365 и Enterprise Mobility + Security.