基于无线传感器网络操作系统底层平台及内存管理的研究

摘要

随着集成智能传感器技术、微机电系统技术和网络通讯技术的快速发展，一种全新的信息获取处理技术，无线传感器网络应运而生，它的诞生就在国际上备受关注，并且它被认为是21世纪最重要的技术之一。无线传感网络操作系统技术是无线传感网络的支撑技术之一，是无线传感网络的基本环境和平台，是开发应用程序的基础。无线传感网络操作系统底层平台又是操作系统的技术关键，它是操作系统及其应用软件同操作系统的硬件的重要连接，针对无线传感网络操作系统底层平台的研究又有着重要的意义；其次，无线传感网络操作系统的内存管理是保护系统资源合理分配，保证系统的可靠性有着重要的意义。 目前，对WSN的研究主要集中在通信协议、能耗管理、定位算法以及体系结构设计上，它们占无线传感网络研究的绝大部分，而针对无线传感网络操作系统的研究却相对较少，尤其是对其底层平台的研究就更少了，所以针对无线传感网络操作系统底层平台的研究就有了更广阔的空间；其次，在内存管理方面，嵌入式操作系统不像在传统的Windows和Linux桌面操作系统，有自己完善的内存管理机制，它的有限资源和低成本，对其内存管理的研究又有了更多难点和挑战。 本论文研究内容源于本实验室承担的国家自然科学基金重点项目“月球探测系统的建模、传感、导航和控制基础理论及关键技术研究(60535010)”。本论文主要是针对无线传感网络操作系统的底层平台和内存管理进行研究。首先介绍了无线传感网络及无线传感网络操作系统的发展现状和基本理论，文中着重研究无线传感网络底层平台，对其无线通讯模块、无线通讯的过程以及DMA通道的配置进行研究，并实现了数据传输的两大硬件通讯模块的驱动程序。其次，操作系统内存管理模块结合μC/ OSⅡ内存管理的实现方法，提出新的数据结构，并根据新的数据结构，实现更好的内存分配和回收机制。在文章的最后，实现了人机交互的控制平台，并针对操作系统实现了系统测试，检验操作系统实现的功能。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章绪论

1.1论文研究背景和研究意义

1.2课题研究的背景

1.3论文结构

第二章 无线传感网络和操作系统的简介

2.1无线传感网络

2.1.1无线传感网络的概念

2.1.2无线传感网络的特点

2.1.3无线传感网络的应用

2.2无线传感网络操作系统

2.2.1无线传感网络操作系统的发展现状

2.2.2无线传感网络操作系统的特点

2.2.3无线传感网络操作系统SOS

2.3操作系统的硬件抽象层

2.3.1硬件抽象层的定义

2.3.2硬件抽象层的特点和功能

第三章 SOS操作系统的底层平台的研究及资源驱动的实现

3.1硬件资源的描述

3.1.1 CC2431的主要结构

3.2编译与调试平台

3.2.1编译环境的设置

3.2.2汇编语法

3.3硬件抽象层的研究

3.3.1无线通讯模块

3.3.2 DMA控制器配置的研究

3.4硬件资源驱动的设计与实现

3.4.1 SPI驱动程序的实现

3.4.2 UART驱动程序的实现

第四章 基于无线传感网络操作系统内存管理的研究与实现

4.1无线传感网络内存管理的特点

4.2 SOS操作系统内存管理的研究

4.2.1 SOS操作系统内存管理概述

4.2.2 SOS操作系统内存管理方法

4.2.3 SOS操作系统内存管理的不足

4.3改进SOS内存管理的方法与实现

4.3.1一般嵌入式操作系统的内存管理方法

4.3.2改进新的数据结构

4.3.3基于新的数据结构的内存分配与回收机制

第五章 控制平台的实现与系统测试

5.1控制平台的实现

5.1.1控制平台的设计

5.1.2控制平台的功能描述

5.2.系统测试

5.2.1操作系统的功能测试

5.2.2操作系统的可靠性测试

5.2.3网络中的丢包率测试

第六章总结与展望

6.1论文总结

6.2展望

参考文献

附录 控制平台软件实现部分函数

致谢

攻读硕士学位期间发表的论文与取得的研究成果