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TinyOS在ARM2100平台上的移植及调度策略改进的研究

作　者: 王海
导　师: 张国煊
学　校: 杭州电子科技大学
专　业: 计算机软件与理论
关键词: 无线传感器网络 TinyOS ARM2100 系统移植测试
分类号: TP368.12
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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内容摘要

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。

全文目录

摘要  5-6
ABSTRACT  6-11
第1章绪论  11-21
  1.1 WSN的技术综述  11-15
    1.1.1 WSN的起源与发展历程  11
    1.1.2 国内外研究现状和发展趋势  11-15
  1.2 WSN的实际应用  15-18
  1.3 本文研究中的难点及创新点  18-19
  1.4 本文主要工作及内容安排  19-21
第2章无线传感器网络操作系统及设计目标  21-29
  2.1 引言  21
  2.2 无线传感器网络体系结构  21-23
    2.2.1 无线传感器网络结构综述  21-22
    2.2.2 无线传感器网络节点结构  22-23
  2.3 无线传感器网络节点设计目标  23-25
  2.4 无线传感器网络对操作系统设计要求  25
  2.5 现有的几种典型无线传感器网络操作系统  25-28
  2.6 几种无线传感器网络操作系统的对比  28-29
第3章 TinyOS 体系机构的分析  29-45
  3.1 TinyOS 与 nesC 语言  29-31
  3.2 TinyOS 体系结构  31-40
    3.2.1 TinyOS组件类型  31-33
    3.2.2 TinyOS组件实例和组合  33
    3.2.3 TinyOS数据模型  33-34
    3.2.4 TinyOS设计模式  34-35
    3.2.5 TinyOS进程模型  35-36
    3.2.6 TinyOS能量管理机制  36-37
    3.2.7 TinyOS通信模型  37-40
  3.3 TinyOS 的 Make 系统  40-43
  3.4 处理器的选择原则  43-45
第4章 TinyOS 在 ARM2100 上的移植  45-62
  4.1 ARM2100的结构和性能分析  45
  4.2 移植方案的实现  45-47
  4.3 TinyOS 2.0 的安装  47-48
  4.4 ARM 交叉编译器的定制  48-49
  4.5 nesC 编译器的移植  49
  4.6 Boot Loader 的移植  49-50
  4.7 系统组件的移植  50-54
  4.8 测试结果与分析  54-61
    4.8.1 功能测试  54-55
    4.8.2 实时性测试  55-61
    4.8.3 存储性测试  61
  4.9 小结  61-62
第5章 TinyOS 任务调度策略的研究与改进  62-72
  5.1 引言  62
  5.2 操作系统任务调度策略研究  62-65
    5.2.1 先进先出调度算法  63
    5.2.2 最高优先权优先调度算法  63-64
    5.2.3 时间片轮转调度算法  64-65
  5.3 TinyOS 基于先进先出非抢占式的任务调度策略及其不足  65-67
    5.3.1 TinyOS调度策略与uC/OS-II操作系统区别  65-66
    5.3.2 TinyOS的调度策略的不足  66-67
  5.4 TinyOS 的调度策略的修改  67-70
  5.5 改进后的评测  70-72
第6章总结与展望  72-73
  6.1 总结  72
  6.2 展望  72-73
致谢  73-74
参考文献  74-80
详细摘要  80-83

TinyOS在ARM2100平台上的移植及调度策略改进的研究

内容摘要

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