Proč používat Windows Embedded?

Článek poskytuje přehled komerčně dostupných vestavných operačních systémů Windows Embedded, shrnuje možnosti jejich použití a licenční politiku.

Průmyslová automatizace je obrovská oblast vhodná pro uplatnění vestavných (embedded) systémů. O tom není sporu a naši čtenáři jsou o vývoji zejména v oblasti hardwaru velmi dobře informováni. Pokud jde o operační systémy, věnovali jsme se zejména „specialitám“ a metodám, jak software pro vestavné systémy vyvíjet – z nedávné doby připomínám seriál Josefa Strnadela Návrh časově kritických systémů, který byl postupně uveřejňován v číslech 10/2010 až 04/2011; v současné době se chystá jeho volné pokračování. Pro ty, kteří nechtějí nic vyvíjet, a jen si vybrat vhodný operační systém pro řídicí systém svého stroje nebo zařízení, může jako první vodítko sloužit článek Jaký operační systém pro průmyslový aplikační software? (Automa č. 6/2012, str. 49).

Trh s vestavnými systémy

Jaká byla motivace společnosti Microsoft vstoupit do oblasti vestavných systémů? Operační systémy od firmy Microsoft jsou široce rozšířené v oblasti osobních počítačů i serverů, ale vestavné systémy představují ještě relativně nový, ovšem dynamicky se rozvíjející trh. Není to jen průmyslová automatizace, ale také dopravní technika, platební terminály, pokladny a bankomaty, herní automaty, proměnné reklamní panely, navigační systémy, inteligentní domácí spotřebiče, zdravotnická technika atd. Různé oblasti použití s sebou přinášejí různé požadavky na operační systémy. Někdy se zákazníci snaží použít zde klasické operační systémy určené pro běžné počítače nebo servery. To není šťastná volba – tyto systémy nejsou určeny pro nepřetržitý provoz, problematické může být jejich zabezpečení, lze je jen omezeně přizpůsobit použité hardwarové platformě a požadavkům uživatele a problematické může být i jejich licencování.

Co jsou Windows Embedded?

Windows Embedded je skupina operačních systémů, které mají vlastnosti a nástroje potřebné pro běh aplikačních programů vestavných systémů. Jsou cenově výhodné, nabízejí jednoduchý model licencování, a co je důležité pro průmyslovou automatizaci, splňují požadavky průmyslových standardů a zaručují dlouhodobou dostupnost, až patnáct let od uvedení na trh, stejně jako dlouhodobou technickou podporu po dobu až deseti let po skončení prodeje produktu.

Cenová výhodnost operačních systémů třídy embedded by mohla vést ke snaze používat je u zařízení, kde je těžké prohlásit, zda jde o vestavný systém nebo ne. Jaká je tedy vlastně definice vestavného systému? Vestavný systém musí splňovat tyto tři podmínky:

• zařízení, v němž se vestavný systém používá, musí mít vyhrazenou funkci,
• operační systém v něm musí být nainstalován nebo předinstalován výrobcem zařízení, až na výjimky včetně aplikačního programu,
• zařízení musí mít zakoupenou licenci a platný certifikát COA (Certificate Of Authenticity).

Skupiny vestavných operačních systémů od firmy Microsoft

Windows Embedded Compact

Windows Embedded Compact jsou operační systémy určené uživatelům, kteří potřebují systém opravdu velmi úsporný z hlediska požadavků na hardwarové zdroje nebo systém, který je schopen pracovat v reálném čase. Tyto operační systémy jsou známé také jako Windows CE. Windows CE je systém od počátku navržený přímo pro vestavné systémy, není tedy odvozený z žádné verze běžných Windows. Vývojář nejenže má plnou kontrolu nad tím, které komponenty a funkce do operačního systému začlení, ale prostřednictvím programu Shared Code má přístup i ke zdrojovému kódu systému (z 95 %, popř. i více) a může jej podle svých potřeb modifikovat. Koncový uživatel tuto možnost již nemá, jednak aby neodborným zásahem nezpůsobil víc škody než užitku a jednak aby nebylo možné kopírovat modifikace navržené vývojářem systému bez jeho vědomí. Systém lze proti neoprávněným změnám chránit zapisovacím filtrem (podobně jako jiné vestavné operační systémy). Lze jej chránit celý, nebo i jen jeho část, a nechat tak uživatelům možnost konfigurovat ho.

Windows Embedded Standard

Operační systémy Windows Embedded Standard, mezi něž paří např. Windows Embedded Standard 7, Windows Embedded Standard 2009 nebo Windows XP Embedded, lze přizpůsobit potřebám dané úlohy, tzn. že zákazník se může sám rozhodnout, které komponenty a funkce do systému začlení. Tak lze vytvořit spolehlivý, bezpečný a rychlý systém s malými požadavky na hardware. Předností je také to, že koncový uživatel nemusí operační systém registrovat a aktivovat. Vše je předinstalováno dodavatelem zařízení a plně funkční. Dokonce ani při změně hardwaru není třeba žádná nová aktivace operačního systému, vše funguje jako dříve.

Existují specializované verze vestavných systémů, např. Windows Embedded POSReady pro pokladní terminály a kiosky nebo NavReady pro navigační přístroje.

Windows Embedded Enterprise

Operační systémy Windows Embedded Enterprise na první pohled nelze rozeznat od běžných operačních systémů, např. Windows XP Professional, Windows 2000, Windows 7 Professional a Ultimate atd. Rozdíl je jen ve způsobu licencování. Způsob po­užití, ovládací i vývojové nástroje jsou shodné jako u běžných operačních systémů. Možnosti přizpůsobení aplikaci jsou však velmi omezené. Co je však důležité zmínit, i zde Microsoft zaručuje až patnáctiletou dostupnost a desetiletou technickou podporu. Tyto operační systémy jsou vhodné např. pro vyhrazené průmyslové počítače, dispečerské stanice apod.

Stále populární Windows XP Professional pro průmyslové použití se ještě prodává, a to do roku 2016, více informací lze nalézt na www.xpzije.cz.

Pro různá průmyslová zařízení, měřicí přístroje a jiné specializované použití je stále k dispozici MS DOS, který je možné si zakoupit a legálně využívat.

Windows Embedded Server

Podobně jako u Windows Embedded Enterprise, také skupina Windows Embedded Server obsahuje operační systémy shodné s běžnými serverovými operačními systémy, které se liší jen způsobem licencování a dostupností. V této skupině produktů je možné najít např. Windows Server for Embedded Systems, Data Protection Manager, Forefront Unified Access Gateway, Windows Storage Server, SQL Server a další serverové operační systémy a aplikace.

Tyto produkty jsou hodné pozornosti všech, kdo se zabývají dodávkami podnikových serverů a podnikové informační infrastruktury. Windows Server for Embedded Systems dokáže v mnoha případech plnit stejné funkce jako běžný podnikový server pro ukládání dat, ale s mnohem jednodušší licenční politikou a příznivější cenou. Jediné, co je třeba splnit, jsou uvedené tři podmínky pro vestavné systémy. Na tomto serveru tedy nemůže být provozováno účetnictví, ale může být využíván např. k ukládání specifických dat o výrobě získaných z řídicího systému, k ukládání obrazových záznamů z bezpečnostních kamer, k ukládání zdravotnických záznamů nebo na něm může běžet specializovaná vestavná (embedded) aplikace pro průmyslové použití.

Možnosti propojení s okolím

Vestavné systémy mohou používat i jiné operační systémy než Windows. Výběr je široký. Proč tedy sáhnout právě po Windows od firmy Microsoft? Mnohé průmyslové aplikační programy pracují na klasických operačních systémech Windows, které nejsou přizpůsobeny pro průmyslové použití a nemají funkce, které  použití v průmyslu vyžaduje. Pro vývojáře je proto logickou cestou využít Windows Embedded, protože to nevyžaduje složité přepisování a přizpůsobování programů jiné platformě. Dalším důvodem je možnost propojení a komunikace s okolím. Operační systémy Windows jsou velmi rozšířené a většina kancelářských systémů ve výrobních podnicích je založena právě na nich. Jsou-li v nižších úrovních řízení použita windows v jejich vestavné verzi, je přenos informací směrem nahoru i horizontálně mnohem snazší, než když je třeba na míru vytvářet softwarová rozhraní (obr. 1). V moderní automatizaci sice existují nástroje, které komunikaci v heterogenním prostředí významně ulehčují (viz např. článek Konference OPC Day Europe v časopise Automa, č. 7/2012, str. 13 a 14), ale když je vše založeno na jedné softwarové platformě, je situace přece jen mnohem jednodušší. Nové možnosti se otevírají s rostoucím využíváním cloudů, kdy zařízení nejsou připojena na firemní server, ale na vzdálený server, o nějž se stará tým specialistů poskytovatele služby. Výpočty v cloudu usnadňují sdílení dat, zlepšují spolehlivost ukládání dat a mohou snížit náklady na provoz informačního systému podniku. Microsoft podporuje cloud computing, a použít pro tuto koncepci informačního systému jednotnou platformu včetně Windows Embedded je proto výhodné. 

Jak koupit vestavný operační systém?

Michal Šastinský, výkonný ředitel firmy Elbacom International, která se specializuje výhradně na distribuci a podporu vestavných operačních systémů od firmy Microsoft, přirovnává postavení vestavných systémů postavení Vatikánu uprostřed Itálie: vestavné systémy jsou sice od firmy Microsoft, ale platí pro ně úplně jiná licenční pravidla, mají odlišnou cenovou politiku a jiné distribuční kanály.

Jak tedy celý proces nákupu vestavného operačního systému probíhá? Vystupují zde čtyři zúčastnění: společnost Microsoft, její partner – distributor vestavných operačních systémů, zákazník, který je současně výrobcem stroje nebo zařízení (OEM), kde bude vestavný systém nainstalován, a koncový uživatel (zákazník a koncový uživatel může být jedna a ta samá firma). Výrobce strojů a zařízení nejprve kontaktuje partnera společnosti Microsoft, který se distribucí dané skupiny operačních systémů zabývá – tedy např. Elbacom. Od něj dostane vývojovou sadu softwaru. Ta je jako ukázková verze plně funkční po dobu 180 dní. Veškeré konfigurace vytvořené ve vývojové verzi např. nástroji Target Designer, Platform Builder nebo Image Configuration Editor ovšem zůstanou zachovány i po uplynutí této doby a lze je použít i v plné verzi vývojového prostředí. Druhou možností, kterou má zákazník, je ihned zakoupit plnou, neomezeně funkční verzi vývojového softwaru – to je výhodné pro zákazníka, který je již rozhodnutý a nechce ztrácet čas. Distributor potom zákazníkovi zašle návrh smlouvy Microsoft CLA (Customer License Agreement), podle níž bude zákazník nakupovat licence a sady OEM Pre-installation Kit (OPK). OPK jsou sady obsahující vše potřebné pro instalaci vestavných systémů (instalační DVD, konfigurační nástroje, manuál a klíč – Product Key). Smlouvu Microsoft CLA uzavírá zákazník se společností od 1. září 2012 probíhá celý proces elektronickou cestou a elektronicky se také smlouva Microsoft CLA podepisuje. Od zákazníka to nevyžaduje žádné speciální požadavky na elektronický podpis, protože vše je obsaženo v on-line rozhraní dané licenční aplikace Microsoft. Distributor aktivně zabezpečuje a pomáhá zákazníkovi v průběhu celého procesu uzavření smlouvy Microsoft CLA. O jejím finálním schválení je zákazník informován e-mailem a elektronicky podepsanou smlouvu si může stáhnout ve formátu PDF. Teprve poté může od distributora začít nakupovat potřebné licence a OPK. Je třeba pamatovat na to, že vyřízení smlouvy Microsoft CLA může trvat až dva týdny a bez ní není možné zakoupit žádnou OEM licenci. Smlouva Microsoft CLA má časově omezenou platnost, ale nezmění-li se verze Microsoft CLA, lze ji automaticky obnovit. Smlouva nezavazuje zákazníka k žádnému minimálnímu odběru zboží. Každé zařízení obsahující operační systém Windows Embedded, které zakazník vyrobí, musí být licencované. Na základě zakoupené licence zákazník může prodávat svoje stroje a zařízení s vestavnými systémy koncovým uživatelům. Ti se již nemusí starat o žádné licence, aktivace ani nic podobného, systém na jejich zařízení pracuje bez omezení. To, že zařízení obsahuje Windows Embedded, uživatel pozná podle nálepky COA (Certificate Of Authenticity), která musí být na zařízení před jeho distribucí umístěna. Uživatel se zavazuje plnit podmínky EULA – End User License Agreement, které stanovují, jak může daný produkt používat. Zákazník musí zařízení dodat uživateli s předinstalovaným operačním systémem a zpravidla i s aplikačním softwarem; výjimky (např. u systému POSReady) jsou stanoveny v dodatečných licenčních podmínkách daného produktu.

Kam pro další informace

Tento článek vznikl na základě přednášky pana Michala Šaštinského z firmy Elbacom International. Firma Elbacom se specializuje na dodávky vestavných operačních systémů Microsoft a na jejích stránkách www.elbacom.com/cz-sk lze najít další informace o popisovaných produktech. Propagační videozáznamy jsou na www.youtube.com/elbacom. Další informace speciálně o Windows Embedded Standard lze najít na www.embeddedstandard.cz, o Windows Embedded Servers na www.embeddedserver.eu. Firma Elbacom také pořádá odborné semináře; jejich seznam najdou zájemci na www.elbacom.com/cz-sk/eventsnebo se o nich dozvědí na webu časopisu Automa (www.automa.cz), popř. prostřednictvím skupiny Automa na www.linkedin.com.

Autor děkuje panu Šaštinskému za poskytnuté informace a korekturu článku.

Petr Bartošík

Obr. 1. Začlenění vestavných systémů do struktury informačního systému podniku