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微軟在操作系統領域共有3大分支，其中之一是已經成為歷史的DOS/Win9X，而另一分支則是正在桌面環境上發光發熱的NT架構，最新一代產品為Vista，而CE這一分支算是微軟針對個人計算機以外的產品所開發的操作系統家族統稱，使用在PDA或智能型手機上的就稱為Windows Mobile，要使用這個名稱必需要通過微軟認證，而應用在其它用途，如機上盒、VoIP電話、收銀機等則維持Windows CE的名稱，不需通過認證，但是在授權費用方面則是有所不同。基本上，不同名稱只是在于啟用元件的不同而已，基本核心都完全一樣。而我們將在這篇所討論的，就是基于CE架構之下的行動裝置操作系統架構。 圖說：Windows CE的發展歷程。 手持式智能型裝置市場動態 目前占較大比例的Windows嵌入式應用，仍在行動裝置方面，根據Gartner最新的調查顯示，雖然2006年全年的智能型手機及PDA的銷售量，相較起2005年將會有超過75%的成長，成長力道大多集中于智能型手機上，PDA方面沒有明顯的增長。而根據IDC的調查，2006年第三季的手持式智能裝置的銷售量卻呈現減少的趨勢，IDC將其歸咎于缺乏新產品線，使得廠商在營銷上缺乏動力，比如說，占銷售比例最大的依然是Palm，約有4成左右，但是其熱銷的機種已經有超過1年以上的年齡，算起來已經是垂垂老矣，其次便是Windows CE 架構的產品，HP、Dell以及MIO這三家總和起來約有4成5左右，但是由于微軟的操作系統遲未更新，在使用觀感大致不變的情況之下，新機種的推出并未給消費者帶來太多新鮮感，因此也都各自有程度不等的衰退。 Windows CE 5.0的特性與應用趨勢 Windows CE是微軟在嵌入式系統的重頭戲，相關的發展歷程已經超過十個年頭，雖然依照慣例，初期貧弱的效能與菜單現，曾經一度被業界當作笑話看，但是憑借著微軟雄厚的財力以及多變的商業手法，到后來已經在嵌入式應用占據了一片山頭，軟硬件的發展不僅帶動了相關產業的進步，許多廠商也因此而崛起或者是沒落，而自從Windows CE 5.0推出以來，由于系統核心架構上的限制，雖然在資料安全性方面獲得了加強，但是換來的代價卻是效能的低落，硬件廠商也被迫不得不在某些重視即時反應的應用中，采用較為高階的硬件，以彌補因為操作系統本身的設計問題而造成的效能減損，甚至某些廠商就采取不升級到Windows CE 5.0，而是采用舊版的4.0(2003/2003se)，雖然在某些情況之下資料會有遺失的風險，但是在效能表現上明顯好上許多，相關原因后述。 即便如此，Windows CE 5.0的推出仍使得微軟在嵌入式應用中又前進了一步，因為就商業經營來說，Windows CE 5.0是一款非常成功的產品，雖然偏弱的性能表現廣為使用者詬病，但是其廣泛的應用程序支持及多媒體表現卻又讓它成為消費者的最愛。Windows CE 5.0與前一版操作系統的差別主要是在儲存能力以及檔案系統方面的改進。對于OEM制造廠商來說，Windows CE 5.0最占優勢的一項改進，就是QFE快速修復功能的增強，透過QFE機制，裝置需要進行功能更新或者是除錯時，就只需要下載特定部分的組件進行更新即可，廠商無須釋放出新版的完整ROM檔，除了降低更新的麻煩以外，也減少了因為存儲器常駐更新而導致潛在資料喪失危險的問題。 圖說：Windows CE 5.0的存儲器管理模型。 至于在針對行動式智能裝置的Windows Mobile 5.0中，則是增加了幾個重大的更新，其中之一就是加入了3G網絡的支持，雖然3G的推廣受到應用不足以及價格高昂的阻礙，到目前還不算相當普及，但是其可進行高速網絡傳輸的能力，對特定商務或消費端領域仍有相當大的幫助，因此未來潛力仍不可小看。Windows Mobile 5.0另一個最大的改變之處，就是為了檔案保全的問題，而采用了不同于以往的檔案儲存以及執行方式。將原先僅設計來作為儲存之用的ROM也拿來供給程序執行使用，所有包含記憶卡、內部存儲器等可供儲存的區塊都將會被加載視為單獨的實體，程序執行階段可以直接在ROM部分進行，因此資料的儲存就不需要在耗用額外的電力去維持，除了省電以外，也可以確保當系統突然斷電時，資料仍可以完整被保留住而不會憑空消失。 但世事難兩全，確保了資料的安全性，卻帶來了性能的極大耗損，由于智能型裝置所使用的ROM是屬于讀取快但是寫入慢的存儲器，在執行階段就已經可以看出效能較舊版Windows Mobile為差，但相差幅度還不算大，可是只要當Windows Mobile 5.0要進行分頁動作，或者是要將快取中的資料寫回ROM中時，此時裝置就會表現出明顯的呆滯狀況，不僅無法回應使用者的操作，程序的執行有時也會被迫中斷。雖然這部分可以藉由加大分頁大小來取得改善，但是加大分頁大小，就等于減少了可用隨機存取存儲器的大小，同時間所能執行的程序數量就會減少，甚至有些存儲器需求量大的程序就會無法執行。由于Windows Mobile 5.0有釋出部分的程序原始碼給制造商自行修改設定，每一個別廠商在這方面的考量點不同，因此不同廠商所制造出來的硬件雖然在規格上相近，卻可能會有截然不同的性能或穩定性表現等類似情況發生。 微軟逐漸拋開封閉心態 采用開放原始碼 微軟在推廣這一版操作系統時，其中一個主打的賣點就是開放原始碼，不過Windows CE 5.0版中只有約開放56%的原始碼，其它部分仍屬于微軟的業務機密，這也在Windows CE 5.0剛推出時造成了一陣爭議，只開放一半的原始碼，使得微軟與競爭對手比較起來，誠意明顯不足。不過相較起過去微軟的表現，已經算是相當大的讓步了。而拜此所賜，雖然WM5的產品效能表現比起采用其它操作系統的產品要稍嫌不如，但是在廠商努力最佳化的情況之下，使得差距不至于被拉的太大，穩定性也要遠勝于過去舊版本的產品。 透過微軟的分享原始碼管理計畫(Microsoft Shared Source Directive)，開發者能夠在這些開放的原始碼中任意變更自己所需要的關鍵功能，添加自訂的功能或者是修正錯誤等等，而拜微軟封閉所賜，每家廠商所自行修改的程序碼可以不必如嵌入式Linux般必須遵照GPL規范釋放出來，在可藏私的的情況之下，廠商的支持也越趨熱烈，這也是開放原始碼社群所始料未及的一點。而專屬開發工具Platform Builder不僅彈性大，規范也定義的相當明確，因此廠商也很容易在第一時間整合進自家專屬的功能或硬件元件，以提升市場競爭力。舉例來說，5.0版原先架構并不支持802.11i、802.11n 以及WPA2等標準，但是廠商仍然可以自行改寫推出支持的Windows CE 5.0產品，以技術優勢和市場上其它類似產品做出明顯區隔。 Windows CE 5.0的其它重要功能 裝置的智能化也是Window CE 5.0的另一項主打，除了透過針對UPnP標準的強化支持，使其無線網絡應用可以更為靈活而且傻瓜化，這有助于類似Location Free產品及DLNA標準的整合與推廣。而另外一個重要功能則是之前也有提過的，就是整合了DirectX的子集合，Windows CE 5.0平臺可以提供完整的DirectX8 DirectX3D的硬件加速能力，這對于特定娛樂應用的硬件來說，是非常有利的一點，而就目前的產品設計趨勢來說，許多手持裝置也已經逐漸邁入3D顯示的領域，不僅是應用于導航、應用程序界面，或者是游戲娛樂等，導入Direct3D的支持，也能讓產品更具未來性。雖然截至目前為止，采用這項3D功能的商業應用仍相當少，但是隨著開發環境益發成熟的Windows CE 6.0發布以后，以其更為杰出的系統架構與整體效率，相信采用者也會隨之增加， Windows CE 5.0集舊有大成 6.0版核心變革帶來性能大躍進 圖說：Windows CE 6.0的存儲器管理模型。 雖然Windows CE 5.0引進了許多更為杰出的新設計，但是明顯需要依靠更高性能的硬件來改善其執行效能，也成了制造商詬病的對象，因此在市面上的手持式產品中，除了高階機種以外，甚少見到具備低階硬件產品中采用Windows CE 5.0，大多是采用其它如Symbian等效率表現較佳的作業程序取而代之。不過這樣的情況在Windows CE 6.0發表之后，可望會有相當大幅度的逆轉，對于硬件端設計來說，Windows CE 6.0的架構可以更為有效的利用總體運算以及其它硬件資源， 首先從核心架構來談，Windows CE 3.0到5.0使用的雖然是重新架構過的核心，以支持更為關鍵的即時應用，但是其核心構成基礎仍有很大一部分是從更舊版產品中延伸應用而來，因此許多在存儲器管理以及執行緒處理方面仍有許多積弊未除。而由于Windows CE 是一款32位元的操作系統，因此系統平時是執行于4GB的虛擬定址存儲器中，但是從Windows CE 1.0版到5.0版，都是采用分層保留的方式來進行這4GB虛擬空間的管理，其中2GB會被系統核心所保留，而較低層的2GB空間則是被分配作為存儲器分頁使用，每個執行中的程序則是可以各自分配到32MB的虛擬記憶”槽”，這些程序有很大部分是屬于核心或系統的服務方面，包含了硬件裝置的管理、視窗繪圖以及事件子系統、檔案系統等等。 圖說：Windows CE 6.0的系統架構。 Windows CE 6.0大幅改變了核心定址以及資源分配的機制，舊版CE同時間只能有32個程序執行于各自分配的32MB虛擬存儲器空間中，6.0版則是大幅放寬了限制，最大可同時執行32,000個程序，而且每個程序可擁有獨立分配的2GB虛擬存儲器，在此同時，核心服務、硬件裝置的驅動程序、視窗繪圖以及事件子系統、檔案系統等服務都被轉移到系統核心保留空間中。不過這樣的改變也會帶給使用者疑慮，畢竟過去NT 4.0就曾經上演過類似的戲碼，將驅動程序從使用者模式轉移到核心模式，雖然可以大幅改進應用的速度，但是一個體質不良的驅動程序，可能就會拖垮整個系統，因此在硬件驅動程序的開發上，就必需要有個有效標準來規范，最好還要導入如WHQL之類的驅動程序驗證服務，以避免影響整個系統的穩定性。 Windows CE 6.0的新變革 Windows CE 6.0依舊把眼光投注在ARM架構中，新的BSP與編譯器也都支持了ARM的最新體系，但是其它嵌入式處理器的支持也沒有被忽視，威盛公司最新的處理器也在不久前宣稱支持了Windows CE 6.0操作系統。而6.0版也是微軟首個導入次世代檔案系統ExFAT的操作系統，雖然到目前為止其細節還不明了，但是根據已有的信息指出，ExFAT在Windows CE 6.0中，擔當了總管所有外接儲存媒體的中界層的角色，廣為產業界所稱贊的是，這能夠解除過去傳統FAT檔案系統的32GB單一容量限制。ExFAT同樣也解除了單一檔案只能在2GB以下的限制，這對于硬件廠商以Windows CE發展大容量儲存管理伺服架構，有著相當大的幫助。加上一些安全機制，我們可以把ExFAT視為Windows CE 6.0上的NTFS加強版。 VoIP也是Windows CE 6.0另一個持續加強的重點，除了在應用程序層的整合更進一步以外，操作系統核心也具備直接支持的能力，因此硬件開發上可以更容易的在Windows CE環境上進行各種網絡的語音通訊服務。而因應這樣的趨勢，6.0版自然也把過去5.0版的缺失補正過來，在網絡堆疊協定方面，直接支持了802.11i、WAP2、802.11e(無線QoS)、藍牙A2DP/AVRCP的AES加密等等，為無線通訊建立了一個穩定、安全以及可靠的應用環境。 而從使用者觀點來看，Windows CE 6.0擴展了超越以往版本總和的承諾，這些功能包括了最新的多媒體能力，諸如Windows Media 10/11的支持、，對于網絡多媒體裝置的原生整合能力，在Platform Builder開發工具中，甚至也加入了行動媒體中心的支持，可以藉由Windows Media Connect 2.0大幅強化多媒體應用的支持能力，并且可以與其它微軟的操作系統或硬件裝置做同步統合的動作。這些功能包含了以下項目：
雖然在核心部分做出這么大的更新，但是Windows CE 6.0的儲存上并沒有如微軟其它操作系統般的飛漲(Vista甚至需要超過10GB的初始儲存安裝空間!)，相較起5.0版，6.0在體積上也不過增加了5%左右，雖然這對嵌入式系統產業來說是理所當然，但對于微軟可以說是另一項奇跡。 Windows CE 6.0帶給開發者的好處 圖說：Windows CE的模擬器。 在開放原始碼的歷史中，微軟要寫下另一個新的里程碑，100%對產品開發者釋放出原始碼，且可允許廠商進行自訂的變更或訂做，而無須釋放出經過修改的程序碼，雖然在廣義上并不能視為真正開放，但是為這些喜歡藏私留一手的廠商來說，無疑是增加競爭力的最佳手段之一。而作為開發工具的Visual Studio 2005 PRO將會作為Windows CE 6.0的整體套件之一，內建的許多開發工具與定義對于開發者來說相對便利許多。 Windows CE 6.0支持了Windows .NET Compact Framework 2.0作為應用程序管理開發以及Win32、 MFC、 ATL、 WTL和STL等程序開發界面提供給開發原生應用程序的開發者使用。具備了如此勢力龐大以及完整的開發環境作為支持，開發者與制造商也可確保后續的支持不虞匱乏。 而在硬件方面，根據微軟方面的說法，在不變更原有的硬件架構之下，導入Windows CE 6.0可以大幅改善原有程序的執行效率，并且也容許同時間有更多程序同步執行，由于每個程序都具備有獨立的執行空間，特定程序當掉，也不會影響到其它應用程序或系統執行，提供給使用者比起以往舊版系統更強的穩固性與更大的彈性。而目前逐漸風行的多核心處理架構上，Windows CE 6.0也可以在不變更程序開發者原有程序模型的狀況之下，提供最佳化的核心工作自動分配與指定，當然，如果有需求的話，程序開發者依然可以自行決定指定核心的方式。 市場上的實際應用與結論 圖說：Windows CE 6.0的開發平臺。 截至目前為止，臺灣已經有研華科技在針對物流、倉儲管理、公共服務以及領域維護方面的應用，進行基于Windows CE 6.0操作系統下的工業級掌上型終端機的開發，而精技計算機則是開發了可應用于搜集資料、RFID、BarCode管理的垂直市場PDA，采用Windows CE 6.0中的cell core元件，縮短GPRS端的資料傳輸設計時程。而各大手持式智能裝置的開發者也都已經在著手導入Windows CE 6.0，實際產品預計將會于2007年第二季之后逐漸浮現臺面。 100%開放原始碼的創舉對于微軟來說是個相當大的突破，雖然這有一大部分是因為嵌入式Linux所帶來的競爭挑戰所致，但是鷸蚌相爭的結果，帶給開發伙伴的好處也遠大于過去采用封閉模式的流程，而延續過去Windows CE 5.0的成果，Windows CE 6.0也將會繼續在嵌入式應用、行動裝置、GPS、智能型手機等市場繼續攻城掠地，不過在面對市場上諸多對手的競爭，微軟仍須做出更多的改進。比如在修正漏洞方面可以更快速的反應、并且提供給開發者更大的支持力度等等，當開發者甜頭吃的夠多，自然也會對Windows CEWindows CE架構更為忠誠，出現在市面上的產品自然也會更為成熟。 |
