TinyOS在ARM2100平台上的移植及调度策略改进的研究

发布时间：2020-07-08 11:48

【摘要】：无线传感器网络(wireless sensor networks)是一门融合了无线通信技术、微机电系统技术、嵌入式系统技术、传感器技术、网络技术、分布式处理技术的一项新兴交叉学科,它在军事、医疗、农业、工业、环境监测领域都有着广阔的应用前景。随着无线传感器网络技术的发展,网络规模越来越大,程序的编写和调试变得十分繁琐这些问题,我们需要对嵌入式操作系统进行深入的研究并且完善的微型化嵌入式操作系统来进行节点的任务调度以及资源管理,同时需要更多的硬件平台来对无线传感器网络进行开发。本文针对以上问题做了3个方面的工作。第一,以无线网络传感器设计要求为依据,在软件设计方面进行深入的研究。对现有的嵌入式操作系统进行分类总结,跟踪了国内外该领域的研究进展,重点研究无线传感器网络中经典的嵌入式操作系统,包括组件模型、组件实例化和组合、数据模型、设计模式、进程模型、通信模型、调度策略以及编程语言并且与其他应用广泛的实时嵌入式操作系统进行了分析对比。同时为了增强适用性,分析了TinyOS的能量管理机制。在深入研究基于组件架构的的基础上,提出了硬件描述层组件设计以及处理器选择的基本原则。第二,在对编程语言进行研究后,设计了移植TinyOS 2.0到ARM2100上的详细方法和步骤,包括编写Boot Loader、编写配置文件等等。并且根据TinyOS 2.0硬件抽象层三级结构的要求,分层实现了TinyOS的基本组件的移植。并且在对嵌入式操作系统移植进行深入研究和对测试技术有了全面的了解的基础上提出了一种通用嵌入式操作系统移植测试的技术,其中包括了详细的移植测试流程,涉及了移植测试过程中功能测试,实时性测试和存储性测试。在通用的嵌入式操作系统移植技术的指导下,实现了在处理器ARM2100上的移植测试,进一步证实了这种通用嵌入式操作系统移植技术的可行性和实用性。为TinyOS更好的进行开发提供了一个新的平台。第三,针对TinyOS在节点任务十分繁忙的应用环境下基于先进先出任务调度策略不能很好的适应工作需求,在先进先出调度的基础上设计了动态的优先级非抢占式调度策略,介绍了该非抢占式调度策略的实现并通过仿真实验对这个调度策略进行了验证。最后在对现有工作进行总结的基础上对下一步的发展提出自己的想法和建议,展望了无线传感器网络的广泛应用,对论文的工作进行了总结。
【学位授予单位】：杭州电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2009
【分类号】：TP368.12
【图文】：

扫描图,军事,扫描图

加方便、快捷的技术实现手段。总之，在医用领域无线传感器网络前景良好，现临床应用还有一定的距离。2）军事领域目标是将大量廉价的传感器节点通过飞机播撒或者火炮发射等方式部署到战周边的各种参数，如温度、湿度、声音、磁场、红外线等各种信息进行采集，感器自身构建的网络，通过网关、互联网、卫星等信道，传回信息中心进行分监控敌我军情，掌握瞬息万变的战场动态。2005 年，美国军方成功测试了ossbow 公司产品组建的枪声定位系统[27]。

体系结构图,体系结构

目前 TinyOS 在无线传感器网络操作系统领域处于主导地位，已经可以运行在很多硬件平台之上，比如：Telos(Rev A)，Telos(Rev B)，Mica，Mica2，Mica2Dot,欧洲的EYES，Crossbow 的 MicaZ 等等[55]。（2） MANTIS OSMANTIS OS 体系结构如图 2-2 所示，是美国科罗拉多大学开发的无线传感器网络操作系统，它的内核和 API 采用标准的 C 语言，易用、灵活是其亮点。它的主要特点是：采用轻量级的基于抢占的多线程任务调度器；类 Unix 编程环境；整个内核占用RAM 小于 500 字节，MANTIS OS 在逻辑上把 RAM 分成两部分：一部分在编译时分配给全局变量，其他部分以堆的形式管理；应用程序线程和底层操作系统 API 相互独立，因此 MANTIS OS 通过提供不同平台的 API 就可以实现对多个平台的支持；提供了无线代码发布功能，能在基站向节点发送新代码；提供远程 Shell 供用户登陆到传感器节点观察其运行情况[56]。MANTIS OS 为上层应用程序提供了丰富的 API，如线程创建、设备管理、网络传输等。用户利用这些 API 很容易构建出功能强大的应用程序。

体系结构图,体系结构,内核

等；事件驱动机制；内核和应用程序模块中都使用动态存储；实现了优先级调度；使用标准 C 语言和编译器[57]。SOS 体系结构如图 2-3 所示，整个系统是由静态内核和动态可加载模块组成，其中静态内核实现了最基本的服务，包括底层硬件抽象，灵活的优先级消息调度器，动态内存分配等功能，模块实现了系统大多数的功能，包括驱动程序，协议，应用程序等。这些模块都是独立的。

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