无线传感器网络嵌入式操作系统TinyOS的分析与移植

论文摘要

微机电系统（MEMS,Micro-Electro-Mechanism system）、片上系统（SOC,system onClip）和无线通信技术的进步孕育了无线传感器网络（WSN—Wireless Sensor Network）。它能够实时监测、感知、采集和处理各种监测对象的信息,具有十分广阔的应用前景,是当前国际上备受关注的多学科高度交叉的新兴前沿研究热点之一。由于无线传感器网络节点硬件资源的有限性,使得节点上的嵌入式操作系统必须在有限的硬件资源下实现对节点的高效管理,因此研究适合于无线传感器网络节点的嵌入式操作系统具有重要意义。另外,针对不同的应用传感器网络节点往往是不同的,因此,要求嵌入式操作系统具有较好的可移植性。本文重点研究了无线传感器网络经典嵌入式操作系统TinyOS以及该操作系统在PIC微处理器上的移植过程,主要分析了TinyOS的组件模型、通信模型、能量管理机制、事件驱动机制、调度策略,同时对TinyOS操作系统的编程语言nesC进行了分析和说明,对其编译过程进行了详细的研究和分析,重点分析了nesC自带编译器ncc的工作过程。在深入研究基于组件架构的TinyOS的基础上,实现了TinyOS在PIC微控制器上的移植。测试结果表明创建的各组件能够完成既定的功能,成功把TinyOS操作系统移植到PIC微控制器上。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 研究背景与意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.3 课题研究的主要内容
• 1.4 论文组织结构
• 第2章 无线传感器网络简介
• 2.1 无线传感器网络体系结构
• 2.2 无线传感器网络的特点和性能指标
• 2.3 无线传感器网络节点
• 2.3.1 无线传感器网络节点结构
• 2.3.2 无线传感器网络节点的设计目标和限制
• 2.4 无线传感器网络节点操作系统
• 2.4.1 无线传感器网络操作系统简介
• 2.4.2 无线传感器网络节点操作系统的设计目标
• 2.4.3 目前流行的几种无线传感器网络节点操作系统
• 2.5 小结
• 第3章 嵌入式操作系统TinyOS
• 3.1 TinyOS的简介
• 3.2 调度机制和组件模型
• 3.2.1 调度机制
• 3.2.2 组件模型
• 3.3 事件驱动机制与能量管理机制
• 3.3.1 事件驱动机制
• 3.3.2 能量管理机制
• 3.4 通信模型
• 3.4.1 主动消息概述
• 3.4.2 主动消息的设计与实现
• 3.4.3 主动通信的缓存管理机制
• 3.4.4 主动消息的显式确认消息机制
• 3.5 小结
• 第4章 nesC语言及其编译器
• 4.1 nesC语言
• 4.1.1 nesC设计要求与基本思想
• 4.1.2 组件设计
• 4.1.3 带参数接口与程序优化
• 4.2 编译过程分析与步骤提取
• 4.2.1 nesC语言编译过程
• 4.2.2 预编译过程
• 4.3 小结
• 第5章 TinyOS操作系统在PIC微处理器上的移植
• 5.1 PIC18F4620芯片介绍
• 5.2 编译过程及实现
• 5.2.1 编译过程
• 5.2.2 编译需要修改和创建的文件
• 5.3 移植过程
• 5.3.1 创建虚拟寄存器和虚拟端口文件
• 5.3.2 Interrupt组件
• 5.3.3 main组件
• 5.3.4 Timer组件
• 5.3.5 UART组件
• 5.3.6 A/D组件
• 5.4 小结
• 第6章 TinyOS系统测试
• 6.1 测试Timer组件
• 6.2 测试UART组件和A/D组件
• 结论
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士期间发表（含录用）的学术论文