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TinyOS任务调度的研究与改进

TinyOS任务调度的研究与改进
TinyOS任务调度的研究与改进

TinyOS任务调度的研究与改进

李明,丁恩杰

中国矿业大学信电学院,江苏徐州(221008)

E-mail:lmsiee@https://www.wendangku.net/doc/3317750915.html,

摘要:本文介绍了TinyOS任务调度机制,指出TinyOS调度策略的特点及不足。采用一种改进式NPEDF算法对TinyOS的调度器进行实时性改造,并详细描述了具体改进方案。实验测试的结果证明了这种改进策略的有效性。

关键词:TinyOS,任务调度,实时性,NPEDF

中图分类号:TP316.89

1.引言

传感器技术、嵌入式计算技术、微电子技术、无线通信技术以及半导体与微机电系统制造技术的飞速发展和相互融合使得具有感知、计算和通信能力的低功耗多功能无线传感器网络得以实现。近年来,无线传感器网络(WSN-Wireless Sensor Networks)被广泛应用于国防军事、国家安全、环境科学、交通管理、医疗卫生、反恐、灾害监测等领域[1]。

无线传感器网络操作系统(WSNOS)是无线传感器网络的支撑技术之一。它是WSN 应用程序的基本软件环境,核心是任务调度。目前面向无线传感器网络的操作系统主要有TinyOS、MANTIS OS[2]、SOS、SenOS[3]、PEEROS[4]等,其中最为流行的是加州大学伯克利分校开发的TinyOS[5]。它采用基于组件的架构方式,在传感器网络天生就严格限制内存的条件下,可以用最小代码快速来创新和实现各种应用。目前,它已经被成功的应用到多种硬件平台上,具有很高的应用价值和研究意义。

本文主要研究了TinyOS现有的任务调度策略,在分析出应用TinyOS可能存在的问题的基础上,结合嵌入式实时操作系统的相关理论,提出了一种改进式NPEDF算法,并用这种算法对TinyOS调度器进行实时性改造。最后,通过实验对改进前后的TinyOS进行测试,以此来验证本文采用的调度算法对无线传感器网络通信性能的影响。

2.TinyOS 2.0任务调度策略

TinyOS 2.0采用任务和事件驱动相结合的两级并发模型,任务调度策略采用简单的先进先出(FIFO)算法。在这种模式下,一般的轻量级线程(即任务)用于对时间要求不高的应用中,它实际上是一种延迟计算机制[6]。任务之间互相平等,不允许抢占;事件多由中断产生,可抢占当前运行的任务。当队列中没有任务也没有事件产生时,处理器进入休眠模式。TinyOS 2.0的调度模型如图1所示。

图1 TinyOS 2.0二级调度模型

TinyOS 2.0的任务调度策略具有以下特点:

(1)任务之间没有优先级,不能相互抢占,所有任务共享一个执行空间,节约了系统运行时的内存开销;

(2)任务由系统中的一个单向任务队列进行管理,任务调度遵循FIFO方式,避免了可抢占调度的复杂设计和死锁等问题;

(3)TinyOS调度器是能量有效的。当任务队列为空且无事件产生时,处理器自动处于睡眠状态,并由随后硬件中断产生的事件唤醒,有利于系统节能;

(4)两级的调度结构可以实现优先执行少量同事件相关的处理,同时打断长时间运行的任务。

3.TinyOS 任务调度策略的改进

TinyOS只是搭建了基本的调度框架,只实现了软实时[7],而无法满足硬实时[8],这对嵌入式系统的可靠性会产生影响。另外,它现有的FIFO调度算法由于无法区分关键任务和非关键任务而无法满足某些任务的实时性需求,这势必会影响无线传感器网络的通信性能,因此有必要对TinyOS调度器进行实时性改造。

目前存在很多实时调度算法,比较常见的有基于静态优先级的调度算法、最早时限优先算法、时间片轮转算法等。本文采用一种改进式的非抢占最早时限优先(NPEDF)的调度算法对TinyOS任务调度器进行实时性改造。

3.1 NPEDF调度算法

NPEDF调度算法是Jeffay最早在1991年提出的,应用于周期或非周期性任务,其中非周

期性任务可以在任何时间被唤醒,但它们连续的两次被唤醒之间的时间间隔被指定[9]。一个任务一旦执行就要执行完成,调度程序只是在一个任务执行完成后才决定下一个要执行的任务。定义一个由n 个周期性任务组成的任务集12,{,...,}n τττΤ=,每个任务i τ有两个描述属性—i e 和i p ,分别代表任务i τ的执行时间和执行周期。如果下列两个方程被满足:

11n

i i i

e p =≤∑ (1) 1

111,1,,,i i i j j j

L i i n L p L p L e e p ?=??<≤?<<≥+∑ (2) 则NPEDF 调度算法就能够保证任何按照周期非递减排序的周期性任务集可调度。

3.2 TinyOS 任务调度改造具体设计

TinyOS 是基于组件的操作系统,具体应用由不同的系统组件和用户组件通过接口组装而成。另外,应用TinyOS 时,需要先对其进行编译然后烧写到传感器节点上,因此,可以把它当作普通的应用程序。基于这样的思想,我们完全可以对TinyOS 进行改造,开发出实时调度的系统组件。

与TinyOS 现有的FIFO 调度策略不同,改进后的调度器有两组完全不同的任务集:实时任务集和非实时任务集,对于实时任务集采用改进的支持优先级划分的任务调度算法,而对于非实时任务集采用先进先出的调度策略。当实时任务集中有任务时,优先分配处理器,没有任务时,即可切换到非实时任务调度。因此TinyOS 原来的任务队列相当于维护了两个队列链表,将它们分别定义为m_line 和d_line ,但任务总数不变,仍为256个。在模块组件的实现体中对描述任务等待队列的数据结构也要作相应改动,除了原有的三个变量m_head 、m_tail 和m_next[NUM_TASKS]之外,还增加了3个8位无符号整型变量d_head 、d_tail 和d_next[NUM_DTASKS],1个32位无符号整型变量d_time[NUM_DTASKS]。非实时任务入队的操作与未修改的代码一致,按照到来的先后顺序排列。实时任务到来时按照其执行时限确定优先级,按照优先级的高低进行排序。描述实时任务等待队列的数据结构是d_head 、d_tail 和d_next[NUM_TASKS]。d_head 保存队首任务的任务号,用于调度器取队首任务执行;d_tail 保存队尾任务的任务号,用于调度器向任务队列中加入一个新任务;d_next[i]数组用于保存任务i 的下一个任务的任务号;d_time[i]数组保存任务i 从入队时刻开始运行到任务截止时的时刻。新任务入队时需要判断其优先级,以确定它在任务队列里的位置。

实时任务提交函数流程如图2所示。

图2

确定任务优先级的方法是:定义deadline为任务执行时距离任务结束所要求的绝对时限的时间差值,任务入队时的时刻与deadline的和值为任务运行的截止时间d_time[id]。若队列中没有任务,则直接进入队列;若队列中已有任务,则将新任务的d_time与队列任务的d_time 依次作比较,以d_time越靠前优先级别越高的原则将新任务插入合适的位置,在队列中优先级比新任务低的原有任务则依次退后一个位置。

任务调度中增加了一个时钟中断的事件处理函数,每隔一定时间间隔来检查当前运行任务的任务号。定义一个计数变量,初始化值为任务的最大执行时间。如果与上次检查的任务号一致,则将任务执行的计数变量减1,并检查是否为0。若为0,则说明任务执行超时,终

止此任务,并将currentTaskID赋值为NO_TASK后,退出检查。如不为0,说明任务未超时,继续执行此任务;如果这次检查的任务号与上次的不一致,则说明上次检查的任务已执行完成,现在执行的是新任务,将计数变量赋值为任务最大执行时间,并将lastTaskID赋值为currentTaskID;如果currentTaskID为NO_TASK,说明此时无任务执行,则退出检查,并转入休眠模式。流程图如3所示。

对设计并实现的实时调度组件进行分析,得出这次任务调度改进的特点如下:

(1)设计改变了TinyOS自带的TinySchedulerC调度器的组件和接口的结构。定义了一个实时任务接口,增加了一个时钟中断的事件处理函数和对popPush()等函数体的实现做了修改。组件中只是增加了有限的变量和简单操作,系统的开销较小;

(2)将任务划分为两种:非实时任务和实时任务,并且规定实时任务首先被调度,从而保证了重要任务的实时性要求;

(3)任务具有优先级,可以解决TinyOS原来的FIFO调度造成的长任务可能阻塞短任务的问题;

(4)任务入队时由于调度器要判断新任务的优先级,因此与FIFO调度相比,调度开销

会有所增加。

(5)由于是非抢占的EDF调度,因此各个任务的优先级在入队时确定,运行时不会改变,因此处理器中有任务在执行时,新到的任务不论优先级如何,只能在队列中排队。这样可能导致以下两种情况发生:若系统中一直存在高优先级的任务执行,则低优先级任务将得不到执行,会出现“任务饥饿”的情况;若低优先级任务设计执行时间过长,则后来的高优先级任务将得不到及时的响应。

(6)增加了一个时钟中断函数,判断当前任务运行超时即退出,这样避免了低优先级的任务长时间占据处理器资源影响高优先级任务的实时性,也避免了任务进入死循环而导致系统“瘫痪”情况的发生。

3 负责任务超时检查的事件处理流程

4.性能测试

实验选择在CrossBow公司开发的MPR2400型号的MicaZ节点上进行测试。

实验由3个MicaZ节点,一台笔记本电脑组成。其中一个节点A被设置成基站,通过串口与笔记本电脑相连;一个节点C作为发送器,以10个包/秒的速率发包;另外一个节点B作为接收方,将收到的数据包转发给基站,同时也周期性的启动一定数量的本地任务,这些任务在每个周期的开始全部进入任务队列,紧接着顺序发送数据包。每个本地任务需要运行大约100ms的时间,数据包从C节点发送到经过B节点转发至A节点需要50ms的时间。若数据包在任务执行周期的下一个周期被接收则被视为丢包。在B节点上分别运行基于NPEDF和FIFO 算法的TinyOS,统计节点A每秒能够成功收到的包的平均数,通过串口在电脑上显示。实验装置图如下:

图4 硬件测试装置图

通过对A节点每秒收到B节点成功转发的数据包数,得出以下结论:

图5 A接收数据包数与B本地任务数的关系

从图上可以看出,当B节点上本地任务数较少时,基于NPEDF算法的调度器和基于FIFO 算法的调度器都能成功的将所有的数据包被B节点接收并转发至A节点。但是随着B节点上启动本地任务数的不断增加,FIFO调度在数据转发过程中出现了丢包,而且丢包率随之显著增大,而NPEDF调度则仍然能够将大部分数据进行转发,几乎没有丢包率。

上述结果也能从侧面反映出B节点执行任务的顺序。FIFO调度按照任务队列中的先后顺序取任务,而任务入队时采取先进则排序靠前,很明显该实验中B节点调度器取任务的顺序是先本地任务后接收、转发数据任务;而NPEDF调度器执行任务调度时取任务虽然也是按照先后顺序,但是任务入队时,已经根据其运行时限排过序,但由于改进的NPEDF算法是不可抢占的,因此首先执行的应该是第一个本地任务,其次是接收、转发数据任务,即优先运行数据转发任务,保证了该任务的实时性。也就说,基于NPEDF算法的TinyOS调度器能保证关键任务的实时性。

5.结论

本文分析了TinyOS任务调度模型,指出它现有的FIFO调度算法可能无法满足某些任务实时性需求的不足,进而提出对TinyOS调度器进行实时性改造。文中采用了一种改进式NPEDF调度算法来提高系统实时性,在NPEDF基础上通过增加一个时钟中断程序以避免任务长时间运行而导致的系统瘫痪。实验结果证明,改进后的TinyOS对实时任务的响应性较高,能够及时的处理通信任务,从而使通信状况得到了改善。

参考文献

[1] 王瑞荣,陈碧.低功耗自组织无线传感器网络[J].计算机测量与控制,2005,13(9):881-883.

[2] 邱祎,桑楠.无线传感器网络基于μC/OS—Ⅱ的低功耗改进[J].单片机与嵌入式系统应用,2007(4):5-7.

[3] Lee Winnie Louis, Amitava Datta, and Cardell-Oliver https://www.wendangku.net/doc/3317750915.html,work Management in Wireless Sensor

Networks[EB/OL].[2008-03-30].https://www.wendangku.net/doc/3317750915.html,.au/~winnie/Network_Management_in_WSNs.pdf, 2005.

[4] Mads Bondo Dydensborg.Connection Oriented Sensor Networks[D].Copenhagen: Faculty of Science

University of Copenhagen Denmark, 2004.

[5] J Hill, R Szewczyk, A Woo, et al.System architecture direction for network sensors[C]. Cambridge:

International Conference on Architecture at Support Languages and Operating Systems, 2000.

[6] 王鹦鹉.基于智能传感器的实时系统任务调度分析[D].杭州:浙江大学计算机科学与技术学院,2006.

[7] H King.Scheduling real-time tasks with reduced context switches[D].PH. D. Dissertation. Department of

Computer Science, Hlionis Institute of Technology, Chicago, IL. 1997.

[8] A Burns, Wellings.A. Real-time system and programming languages[Z].2ed. Harlow, England: Addison

Wesley Longman. 1997.

[9] K Jeffay, D F Stanat , C U Martel.On non2preemptive scheduling of pe2 riodic and sporadic tasks [A] .

Proceedings of the 12th IEEE Symposium on Real-Time Systems [C]. San Antonio ,Texas , IEEE Computer Soci2 ety Press ,December 1991. 129 – 139.

Study and Improvement on TinyOS Task Scheduling

Li Ming, Ding Enjie

School of Information and Electrical Engineering China University of Mining and Technology

Xuzhou, Jiangsu (221008)

Abstract

In this paper, TinyOS task scheduling policy is studied and its character and fault is pointed. Then a kind of improved NPEDF strategy is adopted to improve TinyOS scheduler, with the way how the scheduling module is changed to enforce this scheme. Finally, the validity of this policy is proved through experiment.

Keywords: TinyOS, task scheduling, real-time, NPEDF

作者简介:李明,女,1982年生,中国矿业大学硕士研究生,主要研究方向是无线传感器网络操作系统。

Tinyos操作系统简介

Tinyos操作系统简介 Tinyos简介 最近看了篇关于TinyOS简介的文章,摘录出来保存下,介绍tinyos编程入门的资料不少,但从操作系统 的角度分析tinyos是有必要的,毕竟TinyOS做为无线传感网络操作系统中最重要的一种,也是最常用的 一种,分析它的实现机制有助于以后改进针对无线传感网络的操作系统,也是嵌入式操作系统的一类。 An open-source operating system designed for wireless embedded sensor network. More specifically, it is designed to support the concurrency intensive operations required by networked sensors with minimal hardware requirements. TinyOS Features ? No Kernel: Direct hardware manipulation. ? No Process Management: Only one process on the fly. ? No Virtual Memory: Single linear physical address space. ? No S/w Signal or Exception: Function call instead. ? No User Interface, power constrained. ? Unusually application specific H/w and S/w. ? Multiple flows, concurrency intensive bursts. ? Extremely passive vigilance (power saving). ? Tightly coupled with the application. ? Simulator: TOSSIM, PowerTOSSIM

TinyOS在windows中安装步骤

1.TinyOS 1.1概要 TinyOS应用程序都是有一个或多个组件链接起来,从而形成一个完整的可执行程序。组件中实现了功能接口,同时也能使用其它组件提供的接口。 在接口定义中可以申明命令函数和事件函数,命令函数由接口提供者实现,事件函数由接口使用者实现。对于一个组件而言,如果它要使用某个组件接口中的命令,它必须实现这个接口的事件。一个组件可以使用或提供多个接口以及同一个接口的多个实例。 组件有两种类型:模块(module)和配置(configuration)。模块提供应用程序代码,实现一个或多个接口;配置则是用来将其它组件装配起来,将各个组件所使用的接口与其它组件提供的接口连接在一起,进行导通。每个应用程序都由一个顶级配置所描述,其内容就是将该应用程序所用到的所有组件导通起来,形成一个有机整体。 TinyOS应用程序必须包含Main 组件,Main组件是首先被执行的一个组件。确切的说,在TinyOS 中执行的第一个命令是Main.StdControl.init(),接下来是Main.StdControl.start()。 Main组件完成以下功能:芯片初始化,外围电路初始化,操作系统调度数据结构初始化,子组件初始化,启动子组件件,进入调度死循环从而将控制权交给操作系统,一旦没有任务可以调度就进入休眠状态以降低系统功耗。 TinyOS的调度系统是TinyOS系统的核心部分。它采用先进先出的排队策略,任务之间不可以抢占,但是中断可以抢占任务,中断是否可以抢占中断则是应用程序自己控制的。即如果中断处理程序进入中断以后执行了关中断的操作,那么这个中断将是不可抢占的,否则在服务的过程中就有可能被抢占掉。另外还要注意,在中断服务程序里面是可以创建任务的。 1.2在Cygwin下的安装 在/etc/bash.bashrc文件中增加以下内容: export TOSROOT=/opt/tinyos-2.x export TOSDIR=$TOSROOT/tos export CLASSPATH=C:\cygwin\opt\tinyos-2.x\support\sdk\java\tinyos.jar export CLASSPATH="$CLASSPATH;." export MAKERULES=$TOSROOT/support/make/Makerules export PATH=/opt/msp430/bin:/opt/jflashmm:$PATH 安装以下软件包: rpm -ivh --ignoreos c:/downloads/avr-binutils-2.17tinyos-3.cygwin.i386.rpm rpm -ivh --ignoreos c:/downloads/avr-gcc-4.1.2-1.cygwin.i386.rpm rpm -ivh --ignoreos c:/downloads/avr-libc-1.4.7-1.cygwin.i386.rpm rpm -ivh --ignoreos c:/downloads/avarice-2.4-1.cygwin.i386.rpm rpm -ivh --ignoreos c:/downloads/avr-insight-6.3-1.cygwin.i386.rpm

安装TinyOS需要六个步骤

安装TinyOS需要六个步骤。 1.Installing a Java 1.5 JDK. 安装java jdk 1.5需要配置环境变量 2.Install Cygwin. 安装Windows下的Linux模拟器,cygwin 3.Installing native compilers. 安装单片机工具,AVR或MSP430,根据自己需要。 4.Installing the nesC compiler. 安装nesC和TinyOS_tool 5.Installing the TinyOS source tree. 安装TinyOS2.0.2主文件。 6.Installing the Graphviz visualization tool 安装Graphviz并配置环境变量 一.安装JDK 1.5 下载JDK 2.5 在SUN的官方网站https://www.wendangku.net/doc/3317750915.html,/. 安装并配置JDK的环境变量。 二.安装Cygwin 下装Cygwin-1.2a于https://www.wendangku.net/doc/3317750915.html,/dist-1.2.0/tools/windows/cygwin-1.2a.tgz 这个版本TinyOS官方测试过,和TinyOS兼容度高。 三.安装单片机工具 下载以下五个rpm包 1.avr-binutils- 2.15tinyos- 3.cygwin.i386.rpm(https://www.wendangku.net/doc/3317750915.html,/di st-2.0.0/tools/windows/avr-binutils-2.15tinyos- 3.cygwin.i386.rpm) 2.avr-gcc- 3. 4.3-1.cygwin.i386.rpm(https://www.wendangku.net/doc/3317750915.html,/dist-2.0.0/t ools/windows/avr-gcc-3.4.3-1.cygwin.i386.rpm) 3.avr-libc avr-libc-1.2.3-1.cygwin.i386.rpm(https://www.wendangku.net/doc/3317750915.html,/dist-2.0.0/too ls/windows/avr-libc-1.2.3- 1.cygwin.i386.rpm) 4.avarice avarice-2.4-1.cygwin.i386.rpm(https://www.wendangku.net/doc/3317750915.html,/dist-2.0.0/tools/ windows/avarice-2.4-1.cygwin.i386.rpm) 5.insight (avr-gdb) avr-insight- 6.3-1.cygwin.i386.rpm(https://www.wendangku.net/doc/3317750915.html,/dist-1.2.0/to ols/windows/avr-insight-6.3 -1.cygwin.i386.rpm) 下载完成之后把五个包都拷贝到Cygwin的tmp文件夹(在Windows操作即可) 依次安装(要按照顺序安装,它们之间有依赖关系),安装命令如下。 cd /tmp

tinyos编译环境搭建(windows)

将Tinyos2.x移植到cc2530 编译环境的搭建 流程:在windows下建立cygwin平台,并搭建Tinyos的编译环境,然后将基于Tinyos的应用程序编译成hex文件,通过仿真器下载到cc2530片子上运行。 原材料:硬件(cc2530节点,仿真器等)、软件(Cygwin,Keil,TinyOS 2.x,编译环境配置软件包,SmartRF04 Flash Programer等)。注意:硬件是原来在IAR下能正常使用的CC2530开发硬件就OK声明:一.里面很多东西我借鉴了网上的资料,并写在后面的参考文献中。并对一些内容进行了修改和强调,以及我遇到的一些问题的解决方法。 = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = 1.安装Keil (Keil uVersion4) 这些资源网上很多,百度和谷歌都可以搜到(注:一定要下载keil uVersion4,不可以下载4以下的版本,因为要运行的是cc2530,4以下的版本会找不到相关的编译平台环境) 2.安装java 1.5 JDK 我开始用1.6了的,反正一直没成功,不知道是不是这个原因。最好就用1.5这个版本吧。安装完了在命令行中:java –verson ,出现“java version “1.5.0”表示是1.5版本了。 3.安装Cygwin (1)下载Cygwin,我是在这里下载的:https://www.wendangku.net/doc/3317750915.html,/index.php/Installing_TinyOS_2.0.2#Manual_installation_on_your_host_OS_with_RPMs,在Setp 2: Install Cygwin中第一步有个cygwin-files.zip,点击即可下载。 这个地址好像也可以下载:https://www.wendangku.net/doc/3317750915.html,rmatik.uni-freiburg.de/people/aslam/cygwin-files.zip (2)安装时先解压下载的cygwin,点击setup.exe即可,默认安装在c盘下。选项基本上不用变,都是默认选项:”install from Local Directory”->Root Directory: c:\cygwin, Install for: All Users, Default Text file type: Unix/Binary->当问到”Select local Package directory”时,选择自己解压的cygwin目录即可,如:“D:/cygwin-files”,最后等一会时间即可完成安装。 (3)启动桌面上的Cygwin快捷图标,cygwin第一次运行会设置一些东西,并创建一个home目录,里面创建了一个用户,名为windows系统的用户名。 注意:此时自己在cygwi菜单n根目录下创建一个opt目录,后面会用到。(如果你安装cygwin后有这个目录就不同了,反正我安装后没有这个目录,后面的操作会在这个目录下自动放置一些文件) 4.下载Tinyos开发必备的编译工具的安装包(共4个) NesC编译工具:nesc-1.3.0-1.cygwin.i386.rpm TinyOS相关工具: tinyos-deputy-1.1-1.cygwin.i386.rpm tinyos-tools-1.3.0-1.cygwin.i386.rpm tinyos-2.1.0-2.cygwin.noarch.rpm 这些东西在这里能够找到(呵呵):https://www.wendangku.net/doc/3317750915.html,/dist-2.1.0/tinyos/windows/ 5.安装上面的rpm包 (1)在/home目录下是你的主目录,我的是.Adminstrator将刚才的那4个rpm包拷贝到\home\Adminstrator下(即C:\Cygwin\home\john下),进入到该目录:cd /home/Adminstrator,ls一下可以看见这4个文件。 (2)安装rpm包 rpm -ivh nesc-1.3.0-1.cygwin.i386.rpm rpm -ivh tinyos-tools-1.3.0-1.cygwin.i386.rpm

TinyOS2.x安装

一.TinyOS安装 官方说明: https://www.wendangku.net/doc/3317750915.html,/tinyos-2.x/doc/html/install-tinyos.html https://www.wendangku.net/doc/3317750915.html,/index.php/Installing_TinyOS_2.1#Manual_installation_on_your_host_OS_ with_RPMs 开发基础:熟悉Linux环境及常用Linux命令;熟悉嵌入式系统开发流程;精通模块设计的思想;能深刻理解交叉编译和MAKE等概念;熟悉C,nesC两种编程语言;对C++,JAVA有一定了解;对ZigBee协议熟悉且具有一定的通信基础,能深刻理解地址、通道等概念。 1.JAVE JDK 安装 首先,我们安装JAVE 开发工具JAVE JDK : Java SE Development Kit (JDK) 5/6下载地址:https://www.wendangku.net/doc/3317750915.html,/javase/downloads/index.jsp 下载的默认文件名为:jdk-6u10-windows-i586-p.exe / jdk-1_5_0-windows-i586.exe 安装过程只需下一步……下一步便可…… 然后,我们需要设置电脑的环境变量,需要新建两个环境变量,以便使用JDK 具体过程如下: 右击我的电脑——〉属性——〉高级——〉环境变量——〉 系统变量(S)栏——〉新建(W)——〉新建系统变量对话框 如下图:

变量名(N):JAVA_HOME 变量值(V):JDK安装的路径,默认路径为:C:\Program Files\Java\jdk1.6.0_10 C:\Program Files\Java\jdk1.5.0 变量名(N):CLASSPATH 变量值(V): .;%JAVA_HOME%\lib\dt.jar;%JAVA_HOME%\lib\tools.jar;;%JAVA_HOME%\bin;%JAVA_HOME%\jr e\bin; 在用户变量的PATH中添加:;%JAVA_HOME%\bin:$PATH;%JAVA_HOME%\jer\bin:$PATH; 在系统变量(S)栏选中变量为Path的选项,点编辑 在变量值(V)的末尾添加:;%JAVA_HOME%\bin; ;%JAVA_HOME%\jre\bin; 系统变量里最好也同样再设置一个CLASSPATH。 这样,我们的环境变量已经设置完毕了。 我们可以编个JAVA小程序测试简单的测试一下: 打开记事本,输入下面这个小程序,另存为HelloWorld.java public class HelloWorld { public static void main(String[] args) { System.out.println("Hello, World!"); } }

TinyOS 实验报告

实验一.Downloading and installing TinyOS 一、安装JDK (在平台ubuntu12.10搭建) 1.编译一个源文件 终端收入命令:sudo gedit/etc/apt/sources.list.d/partner.list 2.在partner.list文件中添加: 终端输入命令:deb https://www.wendangku.net/doc/3317750915.html,/ubuntu/ hardy multiverse 3.保存该文件并退出,执行下列程序: 终端输入命令:sudo apt-get update 4.下载JDK 终端输入命令: sudo apt-get install sun-java6-bin sun-java6-jre sun-java6-jdk 5.配置JDK环境变量 在主文件下的.bashrc 或者.profile中添加下面语句,或者在终端输入。(关于路径参照自己解压路径) export JAVA_HOME=/usr/lib/jvm/java-6-sun export PATH=$JAVA_HOME/bin:$PATH export classPath=/usr/lib/jvm/java-6-sun 6.在终端中输入java,javac看是否配置正确 终端输入命令:java 或者javac

二、安装tinyOS-2.1.1 1.安装python-dev g++ 终端输入命令:sudo apt-get install python-dev g++ 2.查看python的版本 终端输入命令:python –version (本机是Python 2.7.3) 3.安装tinyos ①.在主文件夹/etc/apt/sources.list中添加一下两行: deb https://www.wendangku.net/doc/3317750915.html,/tinyos/dists/ubuntu natty main deb https://www.wendangku.net/doc/3317750915.html,/tinyos oneiric main 终端输入命令:sudo gedit /etc/apt/sources.list (sources.list 是只读文件,所以必须有root 权限) ②.下载安装tinyos-2.1.1 终端输入命令:sudo apt-get install tinyos-2.1.1 安装完成后,打开/opt/tinyos-2.1.1/support/make/sim.extra, 找到 PYTHON_VERSION=2.5(本机),将2.5换成2.7 ③.终端输入命令:sudo gedit /opt/tinyos-2.1.1/tinyos.env ,在tinyos.env中添加

tinyos任务调度机制

TOSH_sched_init();for(;;){TOSH_run_task();} 这两个函数的实现在tinyos-1.x\tos\system目录下的sched.c源文件中。这个文件就实现了tinyos 1.x的调度策略,很简单吧?闲话少说,下面分析它的数据结构。 typedef struct { void (*tp) (); } TOSH_sched_entry_T; 这个结构体就是tinyos任务队列里的东东,里面是个函数指针。 enum { #ifdef TOSH_MAX_TASKS_LOG2 #if TOSH_MAX_TASKS_LOG2 > 8 #error "Maximum of 256 tasks, TOSH_MAX_TASKS_LOG2 must be <= 8" #endif TOSH_MAX_TASKS = 1 << TOSH_MAX_TASKS_LOG2, #else TOSH_MAX_TASKS = 8, #endif TOSH_TASK_BITMASK = (TOSH_MAX_TASKS - 1) }; 上面定义了tinyos任务队列里的最大任务数TOSH_MAX_TASKS,和一个掩码。 //定义tinyos任务队列,这个队列是个循环队列! volatile TOSH_sched_entry_T TOSH_queue[TOSH_MAX_TASKS]; //“头指针”tinyos任务队列里的第一个不为空的任务的下标 uint8_t TOSH_sched_full; //“尾指针”如果tinyos任务队列没有满,则是最后一个不为空的任务 //的下一个元素的下标;如果任务队列满则是最后一个任务的下标。 volatile uint8_t TOSH_sched_free; 好了,数据结构分析完了,咱们看看tinyos是怎样实现这个队列的吧,实现一个队列,无非就是初始化,增加队列元素,删除队列元素,判断队列是否为空……,数据结构里最基本的东东,想必大家比我清楚了!(如果这个不清楚,赶紧回去看看数据结构 ^_^ )。 一初始化 s 初始化函数很简单,大家肯定都会写了。 void TOSH_sched_init(void) { int i; TOSH_sched_free = 0; TOSH_sched_full = 0; for (i = 0; i < TOSH_MAX_TASKS; i++) TOSH_queue[i].tp = NULL;

TinyOS学习笔记讲解

第一篇基础知识 TinyOS体系结构

(1) 组件模型module & configuration TinyOS 是基于构件的微操作系统,采用事件驱动模型,有效的提高了系统的运行效率以及能源合理利用。TinyOS 采用nesC 语言编写,其应用程序由一个或多个组件连接而成,而组件可以提供和使用接口,组件必须实现其所提供的command 接口,并且必须实现其连接组件中申明的事件event 接口。接口是程序的实体,实现程序的各功能模块,分为command 和event ,command 接口由组件本身实现,而event 接口则由调用者实现,值得注意的是,接口是双向的,调用command 接口时必须实现其event 接口。 组件又可以细分为模块module 和配件。模块亦可分为2个部分,其一,首先申明提供以及使用的接口,如 module BlinkC { } 其二,在implementation 中模块包含各接口所提供的行为(方法),也包含仅供本模块内部使用的函数,以及申明本模块所具有的事件signal ,以及实现其连接或使用的event 。 implementation { uint8_t counter = 0; void ledctl() { call Leds.set(counter); } event void Boot.booted() { } event void Timer0.fired() { ledctl(); } } 配件configuration 也可以分为两个部分,和module 一样,第一部分是申明可以提供以及使用的接口。第二部分implementation 中首先列出与其相连接模块的名称,使用components 标注连接的模块,然后对本配件提供的以及与其相对应模块使用以及提供的接口进行配线,如下例: {

Tinyos操作系统简介

Tinyos简介 最近看了篇关于TinyOS简介的文章,摘录出来保存下,介绍tinyos编程入门的资料不少,但从操作系统的角度分析tinyos是有必要的,毕竟TinyOS做为无线传感网络操作系统中最重要的一种,也是最常用的一种,分析它的实现机制有助于以后改进针对无线传感网络的操作系统,也是嵌入式操作系统的一类。 An open-source operating system designed for wireless embedded sensor network. More specifically, it is designed to support the concurrency intensive operations required by networked sensors with minimal hardware requirements. TinyOS Features ? No Kernel: Direct hardware manipulation. ? No Process Management: Only one process on the fly. ? No Virtu al Memory: Single linear physical address space. ? No S/w Signal or Exception: Function call instead. ? No User Interface, power constrained. ? Unusually application specific H/w and S/w. ? Multiple flows, concurrency intensive bursts. ? Extremely passive vigilance (power saving). ? Tightly coupled with the application. ? Simulator: TOSSIM, PowerTOSSIM ? Written in “nesC” Language, a dialect of the …C? language. TinyOS uses multi-hop routing instead of point-to-point connections to save transmission power. Route discovery is done by 2-hop broadcast and topology discovery is based on shortest path from each node to the base station. ? The paradigm for network transmissions in TinyOS is active messaging. Messages contain a handler address and on arrival this handler is called. ? TinyOS Architecture ? Component Based Architecture: enables rapid innovation and implementation while minimizing code size as required by the severe memory constraints inherent in sensor networks. ? Small footprint: fits in 178 Bytes of memory. ? Event based instead of threaded architecture. start and stop are commands. fired is a event invoked by Timer. The interface specifies: Timer must implement startand stop, Application must implement fired.

CC2530与无线传感器网络操作系统TinyOS应用实践

CC2530与无线传感器网络操作系统TinyOS应用实践(内附光盘1张) 李外云编著的《CC2530与无线传感器网络操作系统TinyOS应用实践(附光盘)》第1章简要地介绍了物联网特点、体系结构以及802.15.4网络通信协议标准。第2、3章分别介绍了TinyOS的安装方法和基于windows操作系统的TinyOS集成开发环境的配置、交叉编译开发工具的使用方法。第4章介绍了本书所有应用程序开发的硬件平台的组成、软件编程和调试方法。第5章简要地介绍了TinyOS操作系统架构、基于TinyOS操作系统平台的搭建以及CC22530移植的过程和方法。第6、7章详细地介绍了CC2530芯片的内部资源和外设接口等硬件功能模块,以及各功能模块在TinyOS操作系统下的驱动组件的编程方法和应用测试程序。第8、9章详细地剖析了CC22530的无线通信功能、基于TinyOS的主动无线通信消息机制组件的构建,并对CC2530无线通信的发送功率、信道选择、RSSI以及点对点和点对多点无线通信组件的测试过程进行了介绍。第10章以光敏传感器、DS18820温度传感器、SHTxx 温湿度传感器和超声波传感器为例,详细地介绍了在基于TinyOS操作系统的物联网系统中不同类型传感器的驱动编程方法以及测试过程。第11章介绍了TinyOS操作系统的小数据分发协议和汇聚协议的基本原理、组件构成以及多跳路由协议的应用开发。 作者:李外云编著出版社:北京航空航天大学出版社 2章TinyOS开发环境的安装与配置 第3章TinyOS在Windows环境下的集成开发工具 第4章enmote物联网开发平台介绍 第5章TinyOS操作系统与nesC语言编程 第6章CC2530基本接口组件设计与应用 第7章CC2530外设组件接口开发 第8章CC2530射频通信组件设计 第9章CC2530射频通信组件应用 第10章TinyOS传感器节点驱动与应用 第11章TinyOS-2.x网络协议与应用 TinyOS实用编程——面向无线传感网节点软件开发 者:李鸥,张效义,王晓梅,等著出版社:机械工业出版社出版时间:2013年7月 介绍了利用TinyOS开发无线传感器网络应用系统应具备的基础知识,包括TinyOS系统的特点、体系结构、安装与常用命令、简单实例等;详细介绍了TinyOS的编程语言nesC(包括组件、接口、模块、配件与连接、参数化接口、通用组件等),TinyOS系统并发执行模型,驱动程序与硬件抽象,系统主要功能模块,TinyOS典型应用;剖析了应用程序运行过程,对应用程序的仿真、调试和编程提示进行了描述;最后结合应用实例进行系统分析以提高读者对于TinyOS的系统认识。 1.2 无线传感网节点软件技术 1.3 TinyOS 1.3.1 TinyOS的特点 1.3.2 TinyOS体系结构 第2章 TinyOS安装与常用命令 2.1 TinyOS安装 2.1.1 在Windows下安装TinyOS 2.1.2 在Linux下安装TinyOS 2.2 目录结构 2.2.1 Cygwin的目录结构

一步步教你搭建TinyOS2.1.2开发环境

note:看了很多的tinyos的安装教程,差别不是很大,无非就是安装编译器配置环境等。虽然简单,但 还是有很多问题在里面。建议大家使用虚拟机安装,因为虚拟机运行在主机上,完全独立,虚拟机里面的所有操作不会影响主机,即使虚拟崩溃了。windows相对对ubuntu来说,windows的硬件驱动由于是商业化的所以做的比较完善,各种优化策略也比较好。虚拟机推荐大家使用VirtualBOX VirtualBOX 短小精悍,功能比较强大,安装文件比较小,只有几十MB,系统资源占用比较少。当然你也可以使用vmware。 安装虚拟机和ubuntu相信大家已经很熟悉了,如果还没有安装请看这个教程: 好,下面我们正式开始搭建tinyos的开发环境! 文章来源:https://www.wendangku.net/doc/3317750915.html,/tianzhihen_wq/article/details/37505697 步骤1: 如果你以前没有安装过tinyos可以跳过这个步骤,如果你以前安装的是老的版本的tinyos(像2.1.1版本)那么你必须卸载掉有关tinyos的文件以及GCC-430的编译器以及工具等。卸载流程如下:打开终端 (ctrl+alt+t)输入以下命令:卸载tinyos老的版本: sudo apt-get remove tinyos-2.1.1 卸载gcc-msp430编译器: sudo apt-get autoremove --purge msp430* 通过这两步就把你以前老版本的tinyos卸载掉了 步骤2: 在ubuntu的package list file添加源。这个命令使用的是gedit编辑器,当然你也可以使用vim等 sudo gedit /etc/apt/sources.list 下面把以下代码添加到sources.list里面,保存,退出 1.# TinyOS Repository 2.deb https://www.wendangku.net/doc/3317750915.html,/tinyos/dists/ubuntu lucid main 参考以下网址,并将其中内容替换源文件: https://www.wendangku.net/doc/3317750915.html,/article/1876c852aa8c8c890b1376aa.html?qq-pf-to=pcqq.discussion#user consent# 现在执行以下命令更新安装新版本的tinyos(确保网络连接正常ping) sudo apt-get update sudo apt-get install tinyos-2.1.2 现在tinyos的基础工作已经做好,接下来就是完成配置以及安装相应的编译器即可。 步骤3: 改变tinyos文件夹的所有权,才能完成后面的配置:

message_t(Tinyos系统知识点介绍)

Message_t介绍(TEP111英文文档翻译参考) 此文档描述了TinyOS2.x消息缓存的抽象类型"message_t",介绍了消息缓存的设计考虑还有"message_t"在哪和怎样定义,以及数据链路层是应该如何使用它的。"message_t"类型的主要目的是允许报文作为内存的一个连续存储区域以零拷贝的方式在不同的链路层传输。 在TinyOS1.x中,消息缓存是"TOS_Msg".这个消息缓存类型包含了AM包和形如时间戳、应答位、信号长度等包的元数据。"TOS_Msg"是一个固定长度的结构,最大长度值默认为29字节。定长的缓存允许TinyOS1.x拥有零拷贝的语义:当一个组件接收到一个buffer后,它能为低层返回一个指向新buffer的指针,以便接受下一个数据包,而非将此buffer的内容拷贝出去来腾出空间。 一个问题出现了:什么定义了“TOS_Msg”结构,不同的链路层可能需要不同的布局。例如:802.15.4射频器可能需要802.15.4.头(好比CC2420,使用在Telos和micaZ平台),字节射频(例如CC1000,使用在mica2平台)需要定义它自己的包格式。这就意味着不同的平台可能有不同的"TOS_Msg"结构。 TinyOS1.x中的解决办法是只有一个标准的"TOS_Msg"定义,特定平台可以将其重新定义成符合它自己需要的结构,例如一个mica2节点使用如下标准定义:The solution to this problem in typedef struct TOS_Msg{ //The following fields are transmitted/received on the radio. uint16_t addr; uint8_t type; uint8_t group; uint8_t length; int8_t data[TOSH_DATA_LENGTH]; uint16_t crc; //The following fields are not actually transmitted or received //on the radio!They are used for internal accounting only. //The reason they are in this structure is that the AM interface //requires them to be part of the TOS_Msg that is passed to //send/receive operations. uint16_t strength; uint8_t ack; uint16_t time; uint8_t sendSecurityMode; uint8_t receiveSecurityMode; }TOS_Msg; 在使用CC2420射频的平台上,“TOS_Msg”定义为:while on a mote with a CC2420radio(e.g., micaZ),``TOS_Msg``is defined as:: typedef struct TOS_Msg{ //The following fields are transmitted/received on the radio.

TinyOS在windows中安装步骤

T i n y O S在w i n d o w s中 安装步骤 This model paper was revised by the Standardization Office on December 10, 2020

1.TinyOS 1.1概要 TinyOS应用程序都是有一个或多个组件链接起来,从而形成一个完整的可执行程序。组件中实现了功能接口,同时也能使用其它组件提供的接口。 在接口定义中可以申明命令函数和事件函数,命令函数由接口提供者实现,事件函数由接口使用者实现。对于一个组件而言,如果它要使用某个组件接口中的命令,它必须实现这个接口的事件。一个组件可以使用或提供多个接口以及同一个接口的多个实例。 组件有两种类型:模块(module)和配置(configuration)。模块提供应用程序代码,实现一个或多个接口;配置则是用来将其它组件装配起来,将各个组件所使用的接口与其它组件提供的接口连接在一起,进行导通。每个应用程序都由一个顶级配置所描述,其内容就是将该应用程序所用到的所有组件导通起来,形成一个有机整体。 TinyOS应用程序必须包含Main 组件,Main组件是首先被执行的一个组件。确切的说,在TinyOS 中执行的第一个命令是,接下来是。 Main组件完成以下功能:芯片初始化,外围电路初始化,操作系统调度数据结构初始化,子组件初始化,启动子组件件,进入调度死循环从而将控制权交给操作系统,一旦没有任务可以调度就进入休眠状态以降低系统功耗。 TinyOS的调度系统是TinyOS系统的核心部分。它采用先进先出的排队策略,任务之间不可以抢占,但是中断可以抢占任务,中断是否可以抢占中断则是应用程序自己控制的。即如果中断处理程序进入中断以后执行了关中断的操作,那么这个中断将是不可抢占的,否

TOSSIM使用说明

Compiling TOSSIM make micaz sim Running TOSSIM with Python tos的模拟器是在python中运行 运行TOSSIM simulation 用到 runNextEvent function。it returns 0. This means that there was no next event to run. returns 1, there was an event to run. Debugging Statements ?dbg: print a debugging statement preceded by the node ID. ?dbg_clear: print a debugging statement which is not preceded by the node ID. This allows you to easily print out complex data types, such as packets, without interspersing node IDs through the output. ?dbgerror: print an error statement preceded by the node ID ?dbgerror_clear: print an error statement which is not preceded by the node ID TOSSIM's debugging output can be configured on a per-channel basis. So, for example, you can tell TOSSIM to send the "Boot" channel to standard output, but another channel, "RadioCountToLedsC", to a file. 这个channel名可以自己定义,dbg可以通过名字选择性的输出想要的信息。比如t.addChannel("Boot", sys.stdout) 输出channel名为Boot的debug信息,也就是执行到dbg("Boot", "Application booted.\n")这个就会输出,而dbg("my", "Application booted.\n")不会输出,因为没有加入my这个channel

tinyos 程序的运行过程

Tinyos 2.x 的启动顺序 ?、main()函数在哪里? ?从前面几节课可以知道,应用程序处理Boot.booted事件,然后从此处开始运行。下面将介绍这个事件的前后过程,如何适宜地初始化组件。 系统运用了3个接口 (1)init:初始化逐渐和硬件状态 (2)scheduler:初始化和运行任务 (3)boot:通知系统已成功地启动 在tinyos中,应用系统的启动顺序可以分成5步: (1)调度器的初始化 (2)逐渐初始化 (3)中断使能 (4)触发启动完成的信号 (5)循环运行任务调度 implementation { int main() __attribute__ ((C, spontaneous)) { atomic { platform_bootstrap(); //启动硬件平台 call Scheduler.init(); //调度器初始化 call PlatformInit.init(); //平台初始化 while (call Scheduler.runNextTask()); call SoftwareInit.init(); //软件初始化 while (call Scheduler.runNextTask());

} __nesc_enable_interrupt(); //使能中断 signal Boot.booted(); //触发启动完成的事件 call Scheduler.taskLoop(); //开启调度循环 return -1; } default command error_tPlatformInit.init() { return SUCCESS; } default command error_tSoftwareInit.init() { return SUCCESS; } default event void Boot.booted() { } } ?一旦所有的初始化完成了,MainC的Boot.booted()事件就触发了。组件可以自由地调用start()命令以及其他组件使用的其他命令。 在Blink应用程序里,定时器就是在booted()事件里启动的。这个booted事件 就是TinyOS的main函数 event void Boot.booted() { call Timer0.startPeriodic(TIMER_PERIOD_MILLI); } ?T inyOS就会进入核心的调度循环(core scheduling loop)。只要有任务在排队,调度者就会继续运行。 ?一发现任务队伍为空,调度就会把微处理器调节到硬件资源允许的低能耗状态。处理器进入休眠状态直到它碰到中断。当一个中断到达时,MCU退出休眠模式,运行中断程序 booted事件就是TinyOS的main函数 例子:下面以blink的程序为例进行讲解 Blink组件的顶级配置组件 //BlinkAppC.nc configuration BlinkAppC { } implementation { componentsMainC, BlinkC, LedsC; components new TimerMilliC() as Timer0; components new TimerMilliC() as Timer1; components new TimerMilliC() as Timer2; BlinkC ->MainC.Boot; BlinkC.Timer0 -> Timer0; BlinkC.Timer1 -> Timer1;

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