基于MC13224的无线传感器网络操作系统TinyOS研究与移植

摘要

无线传感器网络（Wireless Sensor Networks，WSN）综合了嵌入式技术、无线通信技术和传感器技术等，在工业、农业、军事、医疗、家用、交通以及环境监测等领域具有广阔的应用前景。WSN操作系统TinyOS，作为Sensor Node的基础核心软件，负责节点软硬件资源的分配与回收、协调和控制各种并行操作，为用户提供接口，方便应用开发，提高开发效率、增强软件的可重用性，为整个系统维护和扩展提供良好的软件平台。于此同时，ARM处理器已遍及工业控制、消费类电子产品、通讯系统、网络系统、无线系统等各类产品市场，ARM处理器应用约占了32位RISC微处理器的75％以上的市场份额，可是，目前TinyOS对ARM处理器的支持并不好，这不免让人遗憾，将TinyOS移植到一款基于ARM7微处理器的芯片MC13224上具有较大的意义，这也是论文写作原因所在。
　　论文首先介绍了 WSN节点操作系统的设计要求，重点分析了常用的几款WSN操作系统并分析了其差异，突出 TinyOS优势所在；然后重点研究 TinyOS内核机制，包括：轻量级任务和事件驱动的双重调度机制、模块化的设计机制、组件化的编程机制、主动消息的通信机制、资源仲裁、功耗管理；接着本文重点放在 TinyOS移植工作上，完成该工作，需要综合应用嵌入式软件开发技术，按一定步骤完成以下工作：搭建基于ARM7的交叉编译环境，编写移植项目管理文件，编写链接描述文件，编写引导程序（Bootloader），针对MC13224和AD7799芯片按照TinyOS硬件抽象结构要求完成板级支持包（BSP）和相关驱动的编写，包括：GPIO、中断控制器、UART接口、SPI总线、模数转换器、长距离通信模块SIM300C、定时器等模块，并编写测试用例验证TinyOS各模块驱动编写是否正确；最后针对TinyOS内核先进先出调度的缺点，重新对调度算法进行了设计，提出了“定时优先级非抢占和先进先出混合调度机制”的概念，并进行实验对两种调度算法效率进行了对比。
　　论文的研究成果可以为相关科研项目理论研究和商用产品开发提供参考解决方案。

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第一章 绪 论

1.1 论文研究背景

1.2 国内外现状

1.3 本文的工作和主要内容

1.4 文章组织结构

第二章 WSN及其操作系统研究

2.1 WSN系统

2.2 节点结构

2.3 节点软件的层次模块划分

2.4 WSN操作系统研究

2.5 本章小结

第三章 TinyOS操作系统研究

3.1 TinyOS概述

3.2 TinyOS内核

3.3 nesC语言

3.4 本章小结

第四章 TinyOS操作系统的移植

4.1 Taraxnode硬件平台简介

4.2 搭建交叉开发环境

4.3 编写项目管理文件

4.4 编写引导程序

4.5 编写链接描述文件

4.6 编写板级支持包和设备驱动

4.7 模块测试用例

4.8 本章小结

第五章 TinyOS内核任务调度算法的改进

5.1内核先进先出调度的优缺点和适用场合

5.2调度算法的研究和TinyOS新调度算法的设计

5.3新任务调度器的设计

5.4新旧调度算法的对比实验

第六章 工作总结和展望

6.1 工作总结

6.2 展望

致谢

参考文献

攻硕期间取得的研究成果