Ende 2009 hat Microsoft den Nachfolger von Windows XP und Windows Vista auf den Markt gebracht - Windows 7. Neben der Vollversion wird Mitte 2010 eine Embedded-Variante offiziell als Release zur Verfügung stehen: „Windows Embedded Standard 7", kurz WES7. Für die bisherige XP-basierende Windows- Embedded-Variante „Windows Embedded Standard 2009" wird bis zum Jahr 2018 Support erhältlich sein. Nach der bereits sehr stabilen, öffentlichen WES7-CTP-Version (Community Technical Preview vom Herbst 2009) ist seit Februar eine RC-Version (Release Candidate) verfügbar.

Generell sind die Windows-Embedded-Versionen skalierbar, das bedeutet, der Umfang des Betriebssystems lässt sich auf die Bedürfnisse der Hardware zuschneiden. Welche Vorteile bringt nun die neue WES7-Version speziell für den Einsatz in der Automatisierungstechnik? Zunächst enthält WES7 alle neuen Basisfunktionen von Windows 7: Mit der Unterstützung von 64-Bit-CPUs wird der adressierbare Speicherbereich für Anwendungen erweitert.

Die ersten Hersteller von Visualisierungssoftware bieten ihre neuesten Produkte mutig ausschließlich auf Basis der 64-Bit-Variante an. Auch die Multitouch-Funktion wird in aktuellen Bedienkonzepten ihren Einsatz finden. Mit Windows 7 hat Microsoft ebenso das Thema Security aufgewertet.

Neben der Benutzerkontensteuerung UAC (User Account Control) stehen in der Embedded- Variante künftig Funktionen wie „AppLocker" und „BitLocker" zur Verfügung. Der AppLocker bietet die Möglichkeit, über drei Regeltypen (Erlauben, Verweigern und Ausnahmen) die Ausführung von User-Applikationen auf dem Rechner flexibel zu reglementieren.

Der „Problem Steps Recorder" (PSR) zeichnet bei Bedarf automatisch alle Interaktionen am Bildschirm auf, während der Bediener versucht, ein Problem nachzustellen. Zu den von jeder Aktion erzeugten Screenshots können weitere Hinweise eingetragen werden, bevor der komplette Report zur besseren Reproduzierbarkeit an den Zulieferer gesendet wird.

Image Configuration Editor - Hilfe beim Betriebssystem-Abbild

Robustheit bieten darüber hinaus die so genannten „Embedded-Enabling- Features": Mit Hilfe von „Enhanced Write Filter" (EWF), „File Based Write Filter" (FBWF) und „Registry Filter" (RF) lässt sich der Schreibzugriff fein skalieren - von kompletten Partitionen, über Verzeichnisse bis hin zu einzelnen Dateien oder Einträgen in der Registry.

Der größte Vorteil von Windows Embedded Standard 7 liegt für Maschinenbauer und Geräteanbieter jedoch in einer deutlich größeren Flexibilität bei der Erzeugung und Handhabung der Images: Wenn bisher eine PC-basierte Steuerung in unterschiedliche Länder mit einer lokalisierten Betriebssystemoberfläche ausgeliefert werden sollte, musste der Maschinenbauer stets neue Images in der jeweiligen Sprache vom OEM erzeugen lassen.

Dabei wurden die Sprachpakete vom Target-Designer direkt aus 12 000 möglichen Komponenten ausgewählt und in das Image integriert. WES7 überzeugt hier mit einem komplett überarbeiteten Konzept: Zunächst wird nur ein sogenanntes Core-Image erzeugt, auf dessen Basis alle weiteren Komponenten vom OEM oder Maschinenbauer nachträglich installiert werden können. Beim Design der Betriebssystem-Images hilft das neue Tool „Image Configuration Editor" (ICE), das neben den bisherigen Projekt-Templates „Minimum" und „Thin-Client" nun auch direkt eine Option „Industrial Automation" bereithält.

Anschließend können aus 300 Komponenten - die im Vergleich zum früheren Target-Designer deutlich besser strukturiert sind -, die gewünschten Funktionalitäten des Betriebssystems festgelegt werden.

Zudem stellt der ICE wichtige Hinweise zu Voreinstellungen übersichtlich dar, zum Beispiel: „Write Filter per Default nicht aktiv." Nach Abschluss der Betriebssystemkonfiguration erzeugt der ICE ein sogenanntes Answer-File im XMLFormat. Nach einem Validierungsprozess, der gegebenenfalls fehlende Komponenten aufzeigt, kann dieses Answer-File auf einem präparierten Boot-Medium (USB-Stick) bereitgestellt werden.

Präpariert heißt: Der „Image Building Wizard" (IBW) muss darauf installiert sein. Der IBW stellt dann das im Answer-File vorkonfigurierte Image direkt auf der Zielhardware zusammen. Dabei können OEMs Einstellungen wie das Tastaturlayout und die Zeitzone noch manuell modifizieren.

In der Praxis relevanter ist jedoch der „AutoUnAttend"-Modus, der das Image ohne Nachfrage erzeugt. Windows Embedded Standard 7 unterstützt auch das Booten aus einer VHD-Datei (virtuelle Hard-Disk). Der IBW legt in diesem Fall das Betriebssystem nicht in der gewohnten Verzeichnis- und Dateistruktur auf dem Datenträger ab, sondern erzeugt eine bootbare VHD-Datei. Der Vorteil: Eine Maschinensteuerung kann durch Aufspielen einer einzigen VHD-Datei runderneuert werden.

Image-Größe überproportioniert

Der „Image Configuration Editor“ (ICE) von WES7 mit einer typischen Industrial- Automation-Konfiguration.

© Beckhoff

Ein mit dem Core-Template „Minimum" erzeugtes Image benötigt fast 600 MByte Speicher. Auch das vom Template „Industrial Automation" erzeugte Image kann mit 1,5 GByte nicht als schlank bezeichnet werden; allerdings sind dann diverse optionale Komponenten wie .Net-Framework, Internet Explorer IE8, Internet Information Server (IIS7), Remote Desktop Protocol (RDP) und Diagnostic-Tools enthalten.

Da über die letzten Jahre die Speicherpreise kontinuierlich gesunken sind, hat der größere Speicherbedarf auch im Automatisierungsbereich keine Relevanz. Wahre Begeisterung dürfte das Tool „Deployment Image Servicing and Management" (DISM) auslösen, das sowohl online als auch offline die Bearbeitung von Images erlaubt: Die Online-Option ermöglicht das Hinzufügen beziehungsweise Löschen von Features, während das Image im Gerät läuft.

Der Offline- Mode funktioniert jetzt sogar auf einem nicht gebooteten Datenträger: Wird eine CF-Karte mit WES7-Image aus einem Automatisierungsgerät herausgenommen und in einen Notebook-Adapter gesteckt, lassen sich trotzdem Betriebssystem- Komponenten zum CF-Karten- Image hinzufügen oder löschen. Bislang war es gar nicht möglich, in ein nicht laufendes Betriebssystem Komponenten offline auf einer CF-Karte nachzuinstallieren.

Auch der „Package-Scanner" unterstützt den Offline- und Online-Modus und schafft zusammen mit DISM flexible Möglichkeiten: Der Package-Scanner erstellt eine Liste der mit ICE und IBW konfigurierten sowie der nachträglich vom Kunden oder OEM installierten Komponenten.

Sollen komplett alle Hinweise auf das eingesetzte Betriebssystem eliminiert werden, so bietet WES7 eine überarbeitete Version des Brandings an: Anwender sehen keinerlei Texte, Bilder oder Hinweise, welche auf die Microsoft-Herkunft deuten - auch nicht beim Booten. Message- Blocker und der Message-Filter erlauben es, einzelne Nachrichten erst gar nicht zur Anzeige gelangen zu lassen, können deren Auftreten intern jedoch dennoch protokollieren.

Hardware - die Anforderungen steigen

Windows Embedded Standard 7 kann nicht auf beliebig alten Hardware-Plattformen zur Ausführung kommen. Neben der Verfügbarkeit der Treiber sind als minimale Anforderungen 512 MByte RAM sowie eine 900-MHz-CPU und ein ACPI-kompatibles BIOS mit Advanced Configuration and Power Interface notwendig.

Das „Industrial Automation Image" kommt in der aktuellen CTP-Version mit einer 2 GByte großen CF-Karte knapp aus. Windows Embedded Standard 7 bietet - bei vergleichbarer Performance - gegenüber Windows XP wesentliche Vorteile: OEMs und Kunden profitieren von dem flexibleren Image-Handling während des gesamten Lifecycles: angefangen beim Design und dem Erzeugen der Images bis zum nachträglichen Update beziehungsweise bis zu den Erweiterungen der Image- Funktionalität.

Die Technologien, wie die „Windows Communication Foundation" (WCF) oder die „Windows Presentation Foundation" (WPF), erlauben in Kombination mit dem Multitouch-Support die einfache Umsetzung neuer Bedien- und Kommunikationskonzepte.

Autor: Stefan Hoppe ist Produktmanager TwinCAT bei der Firma Beckhoff Automation in Verl und „Microsoft Most Valuable Professional" (MVP) für Embedded Windows.