Программирование для карманных компьютеров

Владимир Волков

Эта книга предназначена для того, чтобы читатель смог быстро научиться создавать мощные и эффективные приложения для наладонных компьютеров Pocket PC. Рынок программ для карманных компьютеров сейчас бурно развивается, и именно в этой отрасли программист-одиночка может успешно соперничать с большими корпорациями, которые создают программное обеспечение. Прочитав эту книгу, читатель сможет уверенно и быстро разрабатывать достаточно сложные приложения для Pocket PC. Огромное количество разнообразных примеров позволит быстро совершенствоваться и развиваться, обогащая свой опыт работы. Книга предназначена для начинающих программистов.

Глава 1

Pocket PC с разных точек зрения

Внутреннее устройство Pocket PC

Если не брать в расчет сам факт миниатюрности и отсутствие некоторых привычных на настольном ПК устройств, таких как клавиатура и мышь, то можно считать, что Pocket PC является полноценным компьютером. Мало того, по своим параметрам он является куда более производительной машиной, чем многие, совсем недавно сошедшие со сцены компьютеры.

Как и в каждом настольном компьютере, сердцем Pocket PC является микропроцессор, установленный на материнскую плату и соединенный с различными периферийными устройствами при помощи шины. Поскольку основное достоинство Pocket PC это компактность и мобильность, то устройств, подключаемых к нему, существует не очень много. Сначала их вообще не было, но со временем все же появились мобильные клавиатуры и некоторые другие внешние устройства. Поэтому Pocket PC вполне следует известному изречению «все свое ношу с собой».

Большинство современных Pocket PC снабжено следующими устройствами и органами управления:

♦ TFT-экран. Для Pocket PC стандартным является размер 320x240 пикселов. Экран играет роль и клавиатуры, и мыши, поэтому для работы с ним в состав Pocket PC обычно входит стилус, при помощи которого осуществляется щелчок на определенной области экрана.

♦ Кнопка питания.

♦ Кнопка включения диктофона.

♦ Программируемые кнопки (кнопки приложений).

♦ Навигационная кнопка.

♦ Светодиоды индикации состояния батарей и соединений.

♦ Разъем подключения кабеля соединения с настольным компьютером.

♦ Слот для подключения расширений.

♦ Слот для подключения дополнительной памяти.

♦ IRDA-устройство для беспроводной связи на короткие расстояния в инфракрасном диапазоне.

♦ Антенна (если Pocket PC оснащен встроенным адаптером Wi-Fi для беспроводной связи).

♦ Микрофон.

♦ Микродинамик.

♦ Разъем для наушников.

♦ Кнопки мягкой и жесткой перезагрузки.

♦ Аппаратный регулятор громкости (присутствует только в некоторых моделях).

Внутри корпуса Pocket PC, как уже упоминалось, находится системная плата с установленным на ней микропроцессором и микросхемами дополнительных устройств. Также на материнской плате размещены платы памяти ROM и RAM.

Pocket PC производится множеством фирм на основе разных типов микропроцессоров. Несмотря на то что 80 % этих устройств работают с микропроцессорами ARM, среди наладонников присутствуют также устройства на чипах MIPS и SH. Средства разработки от Microsoft поддерживают создание программ для всех видов процессоров, включая x86, который применяется для запуска на эмуляторе, в то время как сторонние производители средств разработки ограничиваются каким-либо одним типом.

Более подробно о всех типах микропроцессоров, которые сертифицированы для работы с Windows CE, вы можете узнать на русском сайте Microsoft по адресу: http://www.msembedded.ru/processors.aspx.

Pocket PC с точки зрения программиста

Windows CE и Pocket PC

Для программиста общение с устройством — это прежде всего общение с его операционной системой. Даже те программисты, которые пишут драйверы на языке ассемблера, машинных кодах или языке C, все равно пишут их для определенной операционной системы.

Но ознакомившись с историей развития Pocket PC мы можем обнаружить, что с этими компьютерами связывают очень уж много названий операционных систем. В списке находятся Windows CE 2.11, Windows CE 3.0, Windows CE 4.0, Windows CE 4.1, Windows CE 4.2, Windows CE 5.0, Windows CE.NET, Pocket PC 2000, Pocket PC 2002, Windows Mobile 2003, Windows Mobile 2003 SE и Windows Mobile 5.0.

Дело в том, что Windows CE — это модульная, настраиваемая в очень широком диапазоне операционная система, которая в своем чистом виде нигде не используется. Когда производитель создает устройство, то после окончательной компоновки всех комплектующих, определения установленных и подключаемых устройств, органов управления и всего спектра выполняемых функций, наступает этап сборки операционной системы. Из выбранной версии Windows CE создается операционная система для конкретного устройства. Эта операционная система практически собирается из модулей Windows CE как конструктор. В качестве отдельных деталей к ней добавляются модули, которые разрабатывает сам производитель устройства и, возможно, дополнительные приложения. Такая операционная система для Pocket PC в ее современном исполнении называется Windows Mobile for Pocket PC, а первые ее варианты назывались Microsoft Pocket PC. Версии Windows Mobile обычно меняются вместе с версиями Windows CE, из которых они собираются.

В таблице 1.1 показано, как соответствуют друг другу поколения устройств и версии соответствующих операционных систем.

Таблица 1.1. Соответствие поколений устройств Pocket PC, версий Windows Mobile и Windows CE

Нельзя не признать, что Microsoft остается верной своей давней традиции обратной совместимости. Начиная с версии Windows CE 3.0, подавляющее большинство программ, созданных для более ранних версий, запускается и на более свежих версиях OS. Практически все программы, предназначенные для Pocket PC 2002, без особых проблем запускаются на Pocket PC 2003 без перекомпиляции, если при их создании были использованы обращения только к документированным возможностям программных интерфейсов.

Название Windows CE.NET является общим для всех версий Windows CE 4.x. Дело в том, что начиная с версии Windows CE 4.0, Microsoft объявила о включении в состав Windows CE своей новой технологии. NET в виде специального исполнения для встраиваемых устройств Compact Framework (CF). В версию Windows CE 4.0 CF была включена со статусом Beta, в версию 4.1 включалась окончательная реализация, а в версию 4.2 вошла уже. NET Framework service pack 2.

Несмотря на то, что Pocket PC — маленький компьютер и выглядит почти как детская игрушка, программирование для него является вполне серьезным делом. Операционная система Windows Mobile (Windows CE) предоставляет программисту подмножество функций Win32 API и других программных интерфейсов, с которыми программисту приходится взаимодействовать на настольном компьютере.

Достаточно простая схема, отображающая архитектуру операционной системы, приведена на рис. 1.1.

Рис. 1.1. Схема архитектуры Windows Mobile для Pocket PC.

Расшифровка терминов, использованных в этой схеме, приведена в следующем списке.

OAL (OEM Adaptation Layer) — минимальное программное обеспечение, необходимое для того, чтобы стандартное ядро операционной системы начало взаимодействовать с устройством. Обычно OAL включает в себя код загрузки ядра и набор нестандартных драйверов.

GWES (Graphics, Windowing, and Events Subsystem) включает в себя графический интерфейс устройства (GDI, Graphics Device Interface) и компоненты пользовательского интерфейса.

Windows CE предоставляет программисту богатейший набор разнообразных API, позволяющий взаимодействовать со всеми устройствами и подсистемами OS.

Core OS Interface отвечает за базовые операции операционной системы по управлению объектами ядра, памятью системы, сообщениями, системным временем, вызовами отладки, динамическими загружаемыми библиотеками.

Блок DLL содержит процедуры управления загрузкой и выгрузкой динамических библиотек, а также вызовом функций из них. Интерфейс Fiber предназначен для создания потоков, управляемых «вручную». В блок Memory Management входят процедуры и функции для управления распределением памяти. Интерфейс Power Management предназначен для управления потреблением электропитания. Интерфейс Message Queue Point-to-Point позволяет с минимальным использованием ресурсов осуществлять обмен сообщениями между окнами, устройствами и ядром. Блок Process and Thread отвечает за создание процессов и потоков, реализацию и управление многопоточной моделью.

Интерфейс Time обслуживет все системные потребности в определении времени, от получения и установки текущего системного времени до миллисекундного измерения временных интервалов. API ToolHelp используется для отладки, а API Pointer обеспечивает управление графическим курсором. Блок Stylus занимается организацией взаимодействия программы с командами, подаваемыми пользователем при помощи стилуса. Блок Authentication отвечает за управление безопасностью системы и занимается защитой от неавторизованного доступа. Он поддерживает механизмы авторизации и аутентификации, отвечающие протоколам NTLM и Kerberos. Блок Cryptography содержит механизм шифрования информации. Механизм опознавания систем, пользователей, приложений и сервисов, с которыми устанавливается контакт через сеть, управляется блоком Сertificates. Блок RAS API и Dial-Up Networking занимается установкой подключения к удаленному компьютеру, а через него к локальной или глобальной сети при помощи протокола PPP. В блоке Fonts содержится интерфейс управления системными шрифтами, а блок MLang отвечает за определение и преобразование текстовых ресурсов одной кодировки в другую. Интерфейс к функциям программно-организованной клавиатуры Pocket PC организован при помощи API Software-Based Input Panel (SIP API).

Блок JScript 5.5 отвечает за поддержку одноименного скриптового языка общего назначения. Организация доступа к Active Directory Service реализована при помощи технологии Lightweight Directory Access Protocol (LDAP). Блок Multilingual User Interface (MUI) отвечает за многоязычный интерфейс пользователя. Он позволяет создавать приложения, которые могут переключать свой интерфейс с одного языка на другой. Очередь сообщений Message Queuing (MSMQ) позволяет приложениям обмениваться сообщениями в распределенных сетях. При помощи блока Network User Interface (NetUI) производится определение конфигурации сетевых и модемных подключений. В API Object Exchange Protocol (OBEX) входит набор функций, позволяющий устройствам обмениваться данными в упрощенном порядке через IrDA или Bluetooth.

Набор интерфейсов для работы с хранилищем данных и реестром содержит в себе дополнительные функциональные блоки. В блоке Database реализована работа со встроенной базой данных Windows CE, представляющей собой легкую файловую базу данных. Она позволяет использовать элементарную функциональность по созданию, хранению, сортировке и доступу к полям записей. Блок File I/0 содержит набор функций и процедур доступа к файлам и каталогам, а также методы для их создания, удаления и переименования. API File Mapping позволяет связывать виртуальное адресное пространство процесса с определенной частью файла или целым файлом, давая возможность процессу получить доступ к содержимому файла через указатели, а также позволяя разделять доступ к файлу между несколькими процессами.

При помощи File System Driver (FSD) файловая структура хранилища данных (например, карты памяти) встраивается в общую структуру файловой системы устройства. В API Registry содержится набор функций для работы с реестром. Информационная модель Pocket Outlook Object Model (POOM) позволяет использовать интерфейсы Pocket Outlook для организации пользовательской информации, которая имеет сходную структуру. Разработчик может использовать эту модель для хранения информации об адресх, контактах и расписании пользователя. API Windows Networking API/Redirector обеспечивает доступ к файловой системе на удаленном компьютере. Блок Virtual Private Networking позволяет объединять Pocket PC и настольный компьютер в единую сеть, а блок Waveform Audio отвечает за воспроизведение звуков. Поддержка протоколов HTTP и FTP и высокоуровневые функции работы с WinSock реализуются при помощи API Windows Internet Services (WinInet), в то время, как API Windows Sockets предоставляет доступ к разнообразным сетевым транспортным протоколам.

Легко заметить, что Windows CE с точки зрения богатства интерфейсов программирования мало в чем отличается от настольного компьютера. Можно сказать, что, программируя для Pocket PC, вы будете работать практически со всеми интерфейсами, с которыми можно работать, создавая приложения для полноценной операционной системы Windows. Разница состоит лишь в том, что количество функций, макросов, COM-интерфейсов и структур в Windows CE меньше, чем в полновесной операционной системе. Это и понятно. Какие-то функции оказались лишними из-за разницы в наборе управляющих компонентов компьютера, а другими пришлось пожертвовать для того, чтобы обеспечить работу операционной системы и приложений в оперативной памяти размером 32 Мбайта.

На самом деле разработчики Microsoft проделали большую работу, создавая Windows CE и заставляя ее работать в условиях ограниченных ресурсов. Невольно закрадывается мысль о том, что если бы такая же работа была проделана с десктопными и серверными моделями, то нам долго не пришлось бы беспокоиться об апгрейте наших компьютеров.

Инструменты программирования для Pocket PC

Компания Microsoft предлагает разработчикам приложений для Pocket PC множество разных инструментов, полностью покрывающих все потребности в создании приложений самого разного назначения, размера и функциональности. В этом разделе будут кратко описаны средства разработки и их предназначение. Естественно, основным источником сведений в этом случае будет сайт Microsoft, в частности опубликованная там в мае 2005 года статья Introduction to Development Tools for Windows Mobile-based Devices.

Мы обсудим следующие инструменты программирования:

♦ eMbedded Visual Tools 3.0;

♦ eMbedded Visual C++ 4.0;

♦ Visual Studio.NET 2003;

♦ Visual Studio.NET 2005.

eMbedded Visual Tools 3.0 и Pocket PC 2002 SDK

Этот набор инструментов включает в себя четыре составные части:

♦ eMbedded Visual Basic;

♦ eMbedded Visual C++ 3.0;

♦ Pocket PC 2002 SDK;

♦ Smartfone 2002 SDK.

Все четыре части устанавливаются из одного установочного файла.

eMbedded Visual Basic

В этой среде вы можете создавать приложения, которые будут работать на Pocket PC 2002, Pocket PC 2003 и Pocket PC 2003 SE, то есть приложения для наиболее распространенных сегодня платформ.

Несмотря на то, что Microsoft настоятельно рекомендует отказаться от этого инструмента, я считаю, что он отлично подходит для тех, кто хочет освоить программирование для Pocket PC. Преимущества среды eVB заключаются в быстроте и легкости освоения как языка, так и среды разработки, в огромном количестве примеров кода и приложений в Интернете, в простоте и понятности кода. К недостаткам можно отнести лишь ограниченное число встроенных элементов управления, медлительность приложений, вызванная интерпретирующей природой языка, необходимость иметь на устройстве run-time библиотеку, и некоторую ограниченность применения. Например, в этой среде нельзя создавать компоненты ActiveX.

Среда разработки eVB дает возможность быстро создавать приложения с несколькими экранными формами, которые позволяют работать чаще всего с текстовой информацией. Это могут быть всякого рода тестировщики знаний, маленькие обучающие программы, записные книжки или игры, к которым можно отнести шашки и логические головоломки.

eMbedded Visual C++ 3.0

Приложения, созданные в eVC 3.0, получают полный доступ ко всей функциональности Pocket PC 2002 и будут работать на Pocket PC 2003 и Pocket PC 2003 SE, если написаны с использованием только документированных функций API.

Приложения, написанные на eVC 3.0, выполняются гораздо быстрее, чем приложения, написанные на eVB. При помощи eVC разработчик практически не ограничен в своих возможностях. Можно создавать приложения, которые компилируются в «родной» код устройства, динамически загружаемые библиотеки и компоненты ActiveX. Среда eVC позволяет использовать легкую интеграцию с COM и WinAPI, а библиотека MFC предоставляет в распоряжение разработчика шаблоны для создания сложных приложений с функциональностью, которая в eVB была просто недоступна. Но за все надо платить, и сложные многофункциональные приложения потребуют много сил на изучение среды, языка, детального знакомства с вызовами API и внимательного отслеживания правильности использования памяти вашими программами. Это важно и для «большого» компьютера, но на Pocket PC с его ограниченными ресурсами утечки памяти могут иметь весьма плачевные последствия.

eMbedded Visual C++ 4.0 и Pocket PC 2003 SDK

Пакеты eVC 4.0 и Pocket PC 2003 SDK поставляются как два отдельных комплекта установки. При этом, если вы хотите разрабатывать полноценные приложения для Pocket PC 2003, то вам надо будет еще установить и Service Pack 2. Если же вы собираетесь использовать eVC 4.0 для разработки приложений для Pocket PC 2003 SE c поддержкой VGA-экрана разрешением в 192 dpi и возможностью поворота ориентации экрана с книжной на альбомную, то необходимо установить Service Pack 4, дополнительные образы для эмулятора и загрузить с сайта Microsoft пакеты Mobile Application Development Toolkit и Developer Resources for Windows Mobile 2003 Second Edition. Ссылки на загрузку всех дополнительных ресурсов можно найти в нижней части той же страницы на сайте Microsoft, с которой будет производиться загрузка eVC 4.0.

Все, что было сказано о eVC 3.0, остается верным и для eVC 4.0, с той лишь разницей, что разработчик получает возможность создавать полнофункциональные приложения для Pocket PC 2003 и Pocket PC 2003 SE. При этом eMbedded Visual Basic был исключен из числа инструментов разработки для Pocket PC 2003, как утверждает Microsoft, «по многочисленным просьбам трудящихся». Однако у меня есть подозрение, что просто надо было освободить место на устройстве для среды исполнения. NET CF, поэтому и была удалена библиотека run-time для Visual Basic.

Visual Studio.NET 2003

Как уже было сказано ранее, пакет разработки Visual Studio.NET 2003 нельзя загрузить с сайта компании Microsoft. Однако именно эту среду компания Microsoft в свое время позиционировала, как один из основных инструментов разработки для Pocket PC 2003. В этой среде разработчик может использовать языки Visual Basic.NET и C#. На обоих языках можно создавать приложения только для исполнения в среде. NET Compact Framework.

Работать с обоими этими языками — одно удовольствие. За счет введения общих стандартов языки стали похожи друг на друга, а также на Pacsal и Java одновременно. Visual Basic стал полностью объектно-ориентированным, что добавляет ему функциональности, а программам придает стройность и структурированность. Большинство приложений общего назначения в Visual Studio.NET 2003 удобно создавать и отлаживать. Собственно говоря, для этого Visual Studio.NET 2003 и создавалась. Если же вам надо создавать приложения, которые выполняют очень интенсивные видеооперации или ведут интенсивные расчеты, тогда вам придется выбрать eVC.

Visual Studio 2005

Этот инструмент разработчика пока находится в стадии Beta, и его можно бесплатно загрузить с сайта компании Microsoft, как и соответствующий ему SDK (Windows Mobile SDK 5.0).

Разрабатывая Visual Studio 2005, Microsoft пошла по пути комплексного решения и совместила разработку как управляемого, так и чистого кода для компактных устройств. Список возможностей Visual Studio 2005 приведен ниже.

♦ Разработка родного кода для Windows Mobile 2003, Windows Mobile 2003 Second Edition или Windows Mobile 5.0 на языке C++.

♦ Разработка управляемого кода для выполнения под управлением. NET Compact Framework 1.0 на платформах Windows Mobile 2003, Windows Mobile 2003 Second Edition или Windows Mobile 5.0 на языках C# или Visual Basic.NET.

♦ Разработка управляемого кода для выполнения под управлением. NET Compact Framework 2.0 на платформе Windows Mobile 5.0 на языках C# или Visual Basic.NET.

Таблица 1.2. Назначение и возможности инструментов разработки

Таблица 1.3. Инструменты. NET Compact Framework и их поддержка мобильными ОС

♦ Разработка управляемого кода для выполнения под управлением. NET Compact Framework 2.0 на платформе Pocket PC с операционной системой Windows Mobile 2003 на языках C# или Visual Basic.NET.

Вся эта информация в более наглядном виде показана в табл. 1.2 и 1.3.

Порядок установки

Все инструменты разработки от Microsoft вполне мирно уживаются на одном компьютере, но только при условии их правильной установки. Чтобы установить средства разработки в правильном порядке, сначала надо удалить все установленные на данный момент среды от Microsoft и перезагрузить компьютер. После этого установить инструменты разработчика в необходимом порядке.

1. Установить Microsoft ActiveSync 4.0. Все инструменты разработки для мобильных устройств требуют наличия ActiveSync 4.0 для разработки и поставки приложений.

2. Установить eMbedded Visual Tools — 2002 Edition, Pocket PC 2002 SDK и Smart-phone 2002 SDK.

3. Установить eMbedded Visual C++ 4.0 и Service Pack 4.

4. Установить Visual Studio.NET 2003.

ПРИМЕЧАНИЕ.

Устройство Pocket PC 2003 и эмулятор Pocket PC 2003 уже содержат в себе предустановленную. NET Compact Framework. На более ранние устройства надо предусматривать включение среды выполнения. NET Compact Framework в комплект поставки. При отладке устройств в среде разработки. NET Compact Framework, при необходимости, устанавливается на устройство автоматически.

5. Установить Pocket PC 2003 SDK.

6. Если вы собираетесь тестировать и отлаживать приложения с высоким разрешением и альбомной ориентацией экрана, то нужно установить эмулятор для Pocket PC 2003 Second Edition.

7. Установить Developer Resources for Windows Mobile 2003 Second Edition.

8. Установить Visual Studio 2005.

9. Установить Windows Mobile 5.0 SDK.