tinyos任务调度机制
TinyOS任务调度的研究与改进
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TinyOS任务调度的研究与改进李明,丁恩杰中国矿业大学信电学院,江苏徐州(221008)E-mail:lmsiee@摘要:本文介绍了TinyOS任务调度机制,指出TinyOS调度策略的特点及不足。
采用一种改进式NPEDF算法对TinyOS的调度器进行实时性改造,并详细描述了具体改进方案。
实验测试的结果证明了这种改进策略的有效性。
关键词:TinyOS,任务调度,实时性,NPEDF中图分类号:TP316.891.引言传感器技术、嵌入式计算技术、微电子技术、无线通信技术以及半导体与微机电系统制造技术的飞速发展和相互融合使得具有感知、计算和通信能力的低功耗多功能无线传感器网络得以实现。
近年来,无线传感器网络(WSN-Wireless Sensor Networks)被广泛应用于国防军事、国家安全、环境科学、交通管理、医疗卫生、反恐、灾害监测等领域[1]。
无线传感器网络操作系统(WSNOS)是无线传感器网络的支撑技术之一。
它是WSN 应用程序的基本软件环境,核心是任务调度。
目前面向无线传感器网络的操作系统主要有TinyOS、MANTIS OS[2]、SOS、SenOS[3]、PEEROS[4]等,其中最为流行的是加州大学伯克利分校开发的TinyOS[5]。
它采用基于组件的架构方式,在传感器网络天生就严格限制内存的条件下,可以用最小代码快速来创新和实现各种应用。
目前,它已经被成功的应用到多种硬件平台上,具有很高的应用价值和研究意义。
本文主要研究了TinyOS现有的任务调度策略,在分析出应用TinyOS可能存在的问题的基础上,结合嵌入式实时操作系统的相关理论,提出了一种改进式NPEDF算法,并用这种算法对TinyOS调度器进行实时性改造。
最后,通过实验对改进前后的TinyOS进行测试,以此来验证本文采用的调度算法对无线传感器网络通信性能的影响。
2.TinyOS 2.0任务调度策略TinyOS 2.0采用任务和事件驱动相结合的两级并发模型,任务调度策略采用简单的先进先出(FIFO)算法。
TinyOS操作系统开发技术及实践(西电版)第3章 TinyOS体系结构
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第3章 TinyOS体系结构
硬件抽象架构
平台无关的硬件接口
硬件接口层
平台相关的应用程序
硬件适配层
软、硬件分割
硬件表示层 硬件
图3-2 硬件抽象架构
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第3章 TinyOS体系结构
3.2.2 硬件表示层 硬件表示层(Hardware Presentation Layer,以下简称HPL)
由一系列组件组成,该层组件直接位于硬件与软件的接口之间。 该层组件访问硬件的一般方法是通过内存或I/O映射,并且硬 件可以通过中断信号来请求服务。
第3章 TinyOS体系结构
第3章 TinyOS体系结构
3.1 概述 3.2 硬件抽象组件 3.3 综合硬件组件 3.4 高层软件组件 3.5 任务调度 3.6 系统启动顺序 3.7 跨平台应用 小结
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第3章 TinyOS体系结构
3.1 概述
TinyOS操作系统采用组件式结构,是一个基于事件的系 统。系统本身提供了一系列的组件供用户调用,其体系结构如 图3-1所示。
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第3章 TinyOS体系结构
async command void Port01.makeInput() { P0SEL &= ~_BV(1); P0DIR &= ~_BV(1);}
async command bool Port01.isInput() { return ~(P0DIR&_BV(1)); }
HPL组件提供的接口完全由平台的硬件模块本身功能决定。 因此HPL组件和硬件的紧密联系会降低组件设计和实现的自由 度。尽管每个HPL组件和底层硬件都是独一无二的,但这些组 件都有类似的大体结构。为了能够和硬件抽象架构的其余部分 更加完美地结合起来,每个HPL组件都应该具备以下几个功能:
tinyos中EDF调度策略的嵌入式实现
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有更高的优先级的任务, 进行抢 占。 提高处理器的响 应速度,改善无线传感器网络 的 通信性能。 在无线传感器网络中节点较多的 情况下,节点能耗虽略有增加,但保
证 节 点的高 实时性和 高可靠 性 。
最后,本文通过实测和仿真对修改前和修改后的 T y S进行了 iO n 测试和分析 , 分析结果说明了本文采用的 E F D 调度策略的有效性和合理性。 关键词: 抢占;E F D 调度策略;实时任务;T y S 无线传感器网 iO ; n 络
测 、医 疗监护 、空 间探索 、城市交通 管理 、仓储管理 等。
1 . 2课题的提出
传统的实时嵌入式操作系统包括 V W r , C , m 和 Q X等, x o s Wn E Pl O k i a S N 一般 提供了类似于传统桌面系统的 运行环境, 主要适用于 P A和机顶盒等嵌入式 P D C系 统,而不能满足无线传感器系统在存储空间、能耗和实时性等方面的需求 。 一些微 型实时内核,如 Ce , SK和 Ai 等,主要用于发动 rm p E e O rl e 机控制器或微波炉等深 度嵌入式系统, 有严格定义的 运行和存储模式,并且以 实现硬件资源的访问控制为
的 全 部 或部 分 内容 编入 有 关 数据 库 进行 检 索 、交 流 口
( 作者和 导师 同意 网上 交流 ,请在下方 签名 ;否则视 为不 同意 。 如 )
学论作签: 位文者名 }款
签 字 日期 :
导师 签 签字 日
东 北大学硕 士学 位论文
第一章 绪论
第一章 绪 论
1 . 1课题的背景
更小、 更廉价的低功耗计算设备代表的 “ P 后 C时代” 冲破了传统台式计 算机 和高性能服务器的设计模式;普遍的网络化带来的计算处理能力是难以估量的;微 机电 系统(io l t -ehnm sm, MS的 mc -er m cai s t M r e co s ye E ) 迅速发展奠定了设计和实现片
TinyOS调度机制研究与改进
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4 3 96
科
学
技
术
与
工
程
7卷
被迅 速处 理 。 当这 个 事 件 和 所 有 任 务 被 处 理 完 成
2 1 算 法可调 度性分 析 . 在时 间离 散 的 假设 前 提 以及 任 务 截 止 期 等 于
后 , 被 使 用 的 C U循 环 被 置 于 睡 眠状 态 , 未 P 而不 是 积极寻 找 下 一 个 活 跃 的 事 件 , 至其 它 事 件 将 它 直
20 0 7年返 回
事件返回、工 曼堡墼
第一作者简介 : 罗
杰 (9 8 ) 男 , 17 一 , 湖南湘潭人 , 硕士研究生
没有任务挂起
研究方向 : 无线传感器网络。Em i yyap @2 c .o — a : a l 1n cn。 la pe
图 1 任务事件 的调度 过程
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第 7卷
第l 9期
20 0 7年 l 0月
科
学
技
术
与
工
程
Vo _ No 1 l7 .9
Oc.2 0 t 07
17 —8 9 20 ) 94 3 —4 6 1 11 ( 0 7 1 —95 0
S in e T c n lg n gn e i g ce c e h oo y a d En i e rn
唤醒 。
其 周 期 的情 况下 , 针对 周 期 性 实时 任务 ,ee 出 Jfy提
了不 可 抢 占 式 E F算 法 可 调 度 性 判 定 的 充 要 条 D
总 的来 说 , iy S的 调 度 机 制 具 有 如 下 几 个 Tn O
特点 :
liteos任务调度原则
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liteos任务调度原则一、引言LiteOS是华为公司开发的一款轻量级操作系统,它具有高效、稳定、安全等特点,并且可以适应各种不同的硬件平台。
在LiteOS中,任务调度是非常重要的一个组成部分,它负责管理和调度系统中的所有任务,确保系统能够高效地运行。
因此,在LiteOS中,需要遵循一些任务调度原则,以确保系统能够正常运行。
二、 LiteOS任务调度原则1. 任务优先级在LiteOS中,每个任务都有一个优先级,优先级越高的任务会被更早地执行。
因此,在设计LiteOS时,需要根据不同任务的重要性来确定它们的优先级。
通常情况下,系统内核和驱动程序的优先级应该比较高,而用户应用程序的优先级则相对较低。
2. 时间片轮转时间片轮转是一种常见的任务调度算法,在LiteOS中也采用了这种算法。
时间片轮转可以确保每个任务都有机会得到执行,并且可以防止某个任务长时间占用CPU资源导致其他任务无法执行。
在LiteOS中,默认时间片为10ms。
3. 互斥锁和信号量在多线程环境下,数据竞争是一个非常常见的问题,为了避免数据竞争,LiteOS中采用了互斥锁和信号量机制。
互斥锁可以确保同一时间只有一个任务能够访问共享资源,而信号量则可以控制任务之间的同步与通信。
4. 任务挂起和恢复在LiteOS中,可以通过挂起和恢复任务来实现任务的动态管理。
当某个任务暂时不需要执行时,可以将其挂起;当需要重新执行时,则可以将其恢复。
这种机制可以有效地节省系统资源,并且可以提高系统的响应速度。
5. 中断处理在LiteOS中,中断处理是非常重要的一个环节。
当硬件设备产生中断时,系统需要快速地响应并且进行相应的处理。
因此,在设计LiteOS 时,需要考虑到中断处理程序的优先级,并且需要确保它们能够及时响应。
6. 堆栈管理在LiteOS中,每个任务都有自己的堆栈空间。
为了确保堆栈空间不会溢出或者出现其他问题,需要对堆栈进行管理。
具体来说,需要记录每个任务使用的堆栈空间大小,并且在堆栈空间即将溢出时及时进行调整。
Tinyos系统调度器与任务
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Tinyos调度器和任务介绍1、介绍TinyOS有二个基本的计算抽象:异步事件和任务。
Tinyos早些版本提供单一的类型任务,没有参数且只能FIFO调度。
将任务调度表现成TINYOS组件更容易制定,将任务表现成TINYOS接口可扩展任务类型。
TINYOS2.0采用这二种方法,这份文本记录了其是如何以简单的机制来提高系统可靠性。
2、TinyOS1.x任务调度TinyOS中的任务是可延迟的调用过程DPC,可以使某程序延迟计算或操作。
TOS任务一次运行完毕,任务间不可抢占。
这二个约束条件意味着任务代码是同步的。
也就是说,任务是原子性的。
在tinyos1.x中,nesC语言通过二种机制支持任务,任务声明和任务发布表达post task void computeTask(){//Code here}result_t rval=post computeTask();TinyOS1.x提供单一的任务类型,无参数函数及单一FIFO的调度策略。
Post语句可返回FAIL,表明TinyOS发布任务失败。
可发布任务多次。
例如,如果某一任务连续发布了二次,第一次成功但第二次失败,此任务将会被运行一次。
因为这样,虽然一次发布失败,但任务仍可能运行。
Tinyos1.x调度器由sched.c文件中的C函数集实现的。
若要修改调度器则需替代或修改此文件。
另外,因为任务仅通过nesC中的task关键字声明和post关键字支持,假设是无参数函数,不能修改语句或任务功能。
Tinyos1.x的任务队列是由固定大小的函数指针类型的循环缓冲实现。
发布任务就是将此任务的函数指针放入下个空缓冲区中。
如果没有空的缓冲区,发布任务将返回失败。
这类模型有几个问题:1)某些组件针对发布任务失败没有合适的响应2)某给出的任务能发布多次,这将占用多个缓冲区3)所有组件的所有任务共享单一资源:某个有问题的组件可能导致其他组件发布任务失败。
从根本上来,为了使组件A在发布任务失败后重新发布任务,另外一个组件B必须调用A的函数(命令或事件)??。
OSAL调度机制
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typedef void (*pTaskInitFn)(unsigned char task_id) ; //指向任务初始化函数 typedef void (*pTaskEventHandlerFn)(usigned char task_id unsigned short event_flag); //指向事件处理函数
三部分:1、任务调度
2、时间管理
3、原语通信
(一)任务调度
//每层任务=对应事件处理函数
//任务链表,任务按优先级插入 ZigBee 协议栈中的每一层都有很多原语操作要执行,因此对于整个协议栈来说,就会有很多并发操作要执行。协议栈 的每一层都设计了一个事件处理函数,用来处理与这一层操作相关的各种事件。这些事件处理函数可以看成是与协议栈 每一层相对应的任务,由 ZigBee 协议栈中调度程序 OSAL 来进行管理。这样,对于协议栈来说,无论何时发生了何种事 件,我们都可以通过调度协议栈相应层的任务,即事件处理函数来进行处理。这样,整个协议栈便会按照时间顺序有条
typedef struct osalTaskRec { struct osalTaskRec *next; //指向链表中下一个结构体 pTaskInitFn pfnInit; //指向相关层任务初始化函数 pTaskEventHandlerFn pfnEventProcessor; //指向相关层事件处理函数 byte taskID; //对应当前任务 ID byte taskPriority; //当前任务优先级 uint16 events; //需要被处理的事件,0 表示没有要被处理事件 } osalTaskRec_t; //链表中的每一项数据结构
3、原语通信:请求响应原语操作:一旦调用了下层相关函数后,就立即返回。下层处理函数在操作结束后,将结果以 消息的形式发送到上层并产生一个系统事件,调度程序发现这个事件后就会调用相应的事件处理函数对它进行处理。两 个相关函数:向目标任务发送消息的函数;消息提取函数。
TinyOS操作系统开发技术及实践(西电版)第1章 TinyOS概述_OK
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2021/6/30
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第1章 TinyOS概述
版本 0.4.3 0.6.x 1.0 1.1.x
2.0 Beta
2.0.1 2.0.2 2.1.0 2.1.1 2.1.2 2021/6/30
时间 2000 年
2001 2002 年 9 月 2003 年 8 月
2006 年 2 月
2007 年 4 月 2007 年 7 月 2008 年 8 月 2010 年 4 月 2012 年 8 月
表 1-2 TinyOS 的版本变化
说明 通过 向公众开放 支持 mica 平台,期间 UBC 发布了支持 1000mica 平台的 TinyOS 项目, 2002 年 4 月 UCB 与 Intel 研究进行 nesC 语言开发合作 使用 nesC 语言重新编写并改进了 TinyOS nesC 增加部分新功能(如支持并发模型);TinyOS 增加新的 UART 通 信协议等 2.0 Beta1 发布,2.0 与 1.x 不再兼容,后者编写的代码将无法在 2.0 上编译通过;2.0 硬件抽象遵循 3 级结构;改进了任务调度策略;2.0 提 供了比 1.x 更丰富的定时器接口 增加 CC2420 低功耗协议栈;改进组件和接口的资源管理;增加 lib/printf 库;增加 lib/net/lqi 库;修复部分 BUG 重新实现了 CC2420 低功耗协议栈;修复部分 BUG 增加对 IRIS 和 shimmer 平台的支持;增加对 802.15.4 T-Frames 帧的 支持;增加低功耗应用开发指导 增加对 shimmer2、mulle、epic 平台的支持;增加 6LoWPAN/IP 协议 栈;改进 python SDK 增加 RPL 协议栈;增加对 ucmini、ATMega128RFA1、Zolertia Z1 平 台的支持;增加 CoAP 协议栈
无线传感器网络TinyOS调度机制的改进研究
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( 件 独立层 ) 硬 .
图 1 Tiy n OS 体 系 结 构
Fi. 1 Th r h t c u e o i y g e a c ie t r f T n OS
1 T n OS 的 体 系 结 构 及 其 通 信 机 制 iy
Tn O iy S是一 个 开源 的利用 n s eC编 程实 现 的 嵌入 式 操 作 系统 . 遵 循 2层 调度 机制 . 体 系结构 如 图 l 示. 其 所
I 用程序 ( i) 调 Man }
I
应用 组件
收 稿 日期 :2 0 — 5 3 0 70— l 作 者 简 介 :吴 迪 ( 9 0 )女 , 苏 徐 州 人 , 士 研 究生 . 信 与 信 息 系统 专 业 18 一 , 江 硕 通
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无线 传 感 器 网络 T n OS调 度 机 制 的改进 研 究 iy
吴 迪 , 胡 钢 ,倪 刚
( 海 大 学 计 算 机 及 信 息 工 程 学 院 ,江 苏 常 州 2 3 2 ) 河 1 0 2
摘 要 :研究 无 线 传 感 器 网 络 T n O iy S的体 系结 构 、 通信 机 制 及 内核 调 度 机 制. 针 对 T n O iy S调 度 机 制 的 不 足 . 出一 提
术 于一 体 , 广泛 应用 于 军事 、 工业 、 业 、 农 环境 监 测 、 通 、 交 医疗 、 安全 防范 、 能家 居 及抢 险救 灾 等领域 . 有 智 具
广阔 的发展 前景 . 线传 感器 网络 的操作 系 统 ( N S 是 WS s系统 的基本 软件 环境 . 的高效 性 、 活性 无 WS O ) N 它 灵
Lesson1---TinyOS入门1
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一、编译和安装
• 作为一开始的学习,先来编译一个非常简 单的程序 Blink。若没有硬件节点,可以用 TinyOS的TOSSIM仿真平台进行编译运行。 • 编译TinyOS程序使用make命令,TinyOS系 统有一个强大的扩展性很强的make 系统, 位于 tinyos-2.x/support/make目录中。 • 先运行如下命令检查环境是否正确配置。 • $ tos-check-env
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• 总的来说,TinyOS 调度模型有以下特点:
(1)任务单线程运行到结束,仅分配单个任务栈, 这对内存受限系统很有利。 (2)任务调度算法采用非抢占式的FIFO 算法,任 务之间相互平等,没有优先级之分。 (3)TinyOS 的调度策略具有能量意识,当任务队 列为空时,处理器进入休眠模式,直到外部事件 将它唤醒,能有效的降低系统能耗。 (4)这种基于事件的调度策略,允许独立的组件共 享单个执行的上下文, 只需少量运行空间就能获 得高度的并发性。
• 规范
– nesC应用程序由一个或多个组件连接而成。 – 一个组件可以提供或使用接口:
» 组件中command接口由组件本身实现; » 组件中event接口由调用者实现; » 接口是双向的,调用command接口必须实现其event接口。
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2.1 配件和模块
• 组件有两种:配件和模块。 • 模块(module):提供一个或多个接口的实现。 • 配件(configuration):把其他的组件装配起来, 连接组件使用的接口到其提供者。 • 每个nesC应用程序都必须有且只有一个顶层配件 (top-level configuration)连接内部组件。 • 之所以区别设计模块与配件,是为了让系统设计 者在构建应用程序的时候可以脱离现有的实现。 例如:设计者可以提供配件,只是简单地把一个 或多个模块连接起来,而不涉及其中具体的工作。 同样地,另一个开发者负责提供一组模块库,这 些模块可以普遍使用到众多应用中。
tinyos任务调度机制
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TOSH_sched_init();for(;;){TOSH_run_task();}这两个函数的实现在tinyos-1.x\tos\system目录下的sched.c源文件中。
这个文件就实现了tinyos 1.x的调度策略,很简单吧?闲话少说,下面分析它的数据结构。
typedef struct {void (*tp) ();} TOSH_sched_entry_T;这个结构体就是tinyos任务队列里的东东,里面是个函数指针。
enum {#ifdef TOSH_MAX_TASKS_LOG2#if TOSH_MAX_TASKS_LOG2 > 8#error "Maximum of 256 tasks, TOSH_MAX_TASKS_LOG2 must be <= 8"#endifTOSH_MAX_TASKS = 1 << TOSH_MAX_TASKS_LOG2,#elseTOSH_MAX_TASKS = 8,#endifTOSH_TASK_BITMASK = (TOSH_MAX_TASKS - 1)};上面定义了tinyos任务队列里的最大任务数TOSH_MAX_TASKS,和一个掩码。
//定义tinyos任务队列,这个队列是个循环队列!volatile TOSH_sched_entry_T TOSH_queue[TOSH_MAX_TASKS];//“头指针”tinyos任务队列里的第一个不为空的任务的下标uint8_t TOSH_sched_full;//“尾指针”如果tinyos任务队列没有满,则是最后一个不为空的任务//的下一个元素的下标;如果任务队列满则是最后一个任务的下标。
volatile uint8_t TOSH_sched_free;好了,数据结构分析完了,咱们看看tinyos是怎样实现这个队列的吧,实现一个队列,无非就是初始化,增加队列元素,删除队列元素,判断队列是否为空……,数据结构里最基本的东东,想必大家比我清楚了!(如果这个不清楚,赶紧回去看看数据结构 ^_^ )。
TinyOS中基于优先级的软实时任务调度
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TinyOS中基于优先级的软实时任务调度
孙社文
【期刊名称】《微计算机信息》
【年(卷),期】2010(026)008
【摘要】TinyOS是一个开源的构件化操作系统,它采用构件化描述语言NesC进行开发,主要针对资源非常有限的无线传感器网络节点而设计.本文分析了具有代表性的无线传感器网络操作系统TinvOS的调度机制并指出其不足.在此基础上提出了改进方案并实现了基于优先级的调度策略.针对其在实时应用领域的调度缺陷,设计了一种软实时任务调度构件.从实际系统GAINS节点中应用的结果可知,该改进方法能很好地改善无线传感器网络通信性能.
【总页数】3页(P9-10,32)
【作者】孙社文
【作者单位】100036,北京,中国矿业大学机电与信息工程学院
【正文语种】中文
【中图分类】TP393
【相关文献】
1.实时嵌入式异构环境下多优先级混合任务调度动态策略 [J], 马晨;肖智斌;张晶;范洪博;车国霖
2.一种动态优先级实时任务调度算法 [J], 夏家莉;陈辉;杨兵
3.基于动态优先级策略的最优软非周期任务调度算法 [J], 涂刚;阳富民;卢炎生
4.TinyOS任务调度机制与实时调度构件设计 [J], 刘奎安;郭文生;桑楠
5.一种基于动态优先级的实时混合任务调度算法 [J], 徐文清;杨红雨
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无线传感器网络节点操作系统TinyOS综述
![无线传感器网络节点操作系统TinyOS综述](https://img.taocdn.com/s3/m/f39bcb326d85ec3a87c24028915f804d2b1687bb.png)
无线传感器网络(Wireless Sensor Networks,WSN)是现代传感技术和无 线通信技术的结合体。在WSN中,大量的低功耗、低成本、紧凑型传感器节点以 自组织和多跳的方式进行通信,收集和处理环境信息,以实现各种应用,如环境 监测、军事侦察、智能家居等。为了有效管理和协调这些节点,需要一个相应的 操作系统。TinyOS就是一种专为WSN设计的开源、分布式、事件驱动的操作系统。
通信机方面,TinyOS支持多种无线通信协议,如ZigBee、IEEE 802.15.4 等。它采用了轻量级的通信协议栈,实现了高效、可靠的无线通信,并降低了功 耗。
TinyOS应用程序开发
使用TinyOS开发应用程序需要对TinyOS的编程模型有一定的了解。TinyOS 应用程序的基本结构包括硬件配置、任务定义、事件处理和通信协议等几个部分。
TinyOS内核分析
TinyOS的内核主要包括任务管理、内存分配和通信机制等几个部分。
任务管理方面,TinyOS采用了基于任务的调度模式,每个任务都有自己的优 先级和调度参数。系统根据任务的优先级和调度参数动态地调度任务执行,同时 通过任务间的同步和通信机制来实现协同工作。
内存分配方面,TinyOS采用了静态内存分配方式,每个任务都有自己的内存 空间,避免了对全局内存的竞争访问,提高了系统的效率和可靠性。
3、AI集成:人工智能技术在无线传感器网络中的应用前景广阔。未来 TinyOS可以集成AI算法和模型,实现对传感器数据的智能分析和处理,提高无线 传感器网络的智能化水平。
4、低功耗优化:低功耗一直是无线传感器网络追求的重要指标之一。未来 TinyOS可以通过进一步优化事件驱动机制、节能策略等方面来降低节点功耗,延 长网络寿命。
TinyOS操作系统的实现机制
TinyOS任务调度机制与实时调度构件设计
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(c o oCm u r cne n ni en,U imt oEer iSi c adT ho g Ci , Sh lf o p ̄ ic adEg e i o Se n rg ne i l tn cn e nl yo h a v yf co c e e n c o f n
C eg uS h a 10 4 hn ) hnd i u n60 5 ,C ia c
rs u ̄ 8 T n OS Wa mp e n e n c mp n n — e e o ig ln u g e C.T ru h a ay i g t e s h ue me h n s o e o i e . i y S i lme td i o o e t v lp n a g a e n s d h o g l zn h c e l c a i n d m f
中存在 大量挑 战性 的研究课题 , 点上 的操 作 系统 ( r es 节 Wi ls e Sno e o s prt nS s m, N S 设计 与实现就是其 esr t r e i yt WS O ) N w k O ao e
中之 一 。
目前 , 国外许 多 大学、 究 机构 着 手于 WS O 研 N S的研 究 , 开发 出了 Tn O 、 ge、 N I 、eO iy S lMantMA TS Sn S等具有典 型特征 的 WS O 。其 中, U ekl NS 由 C B re y依靠 S atut 智能尘埃 ) e m r s( d
Sc e l e ha s fTi OS a t e ltm e s h d e c m p ne td sg h du e m c nim o ny nd is r a -i c e ul o o n e in
第14章 无线传感器网络的操作系统
![第14章 无线传感器网络的操作系统](https://img.taocdn.com/s3/m/dc65be203169a4517723a343.png)
TinyOS的能量管理机制
微控制器通常有多个能量状态,可以根据功率的不同、 是否有唤醒延迟、周围设备是否支持等进行区别。
TinyOS使用三种机制决定微控制器转入哪种低功耗模式: 页面重写标志位告知TinyOS何时需要重新计算低功耗模 式, 针对芯片的低功耗状态计算函数完成计算功能, 电源状态重写函数允许高层组件引入其他的要求。
TinyOS以组件的形式实现任务调度器,使得任务调度机制的定制化更 加容易。TinyOS中的任务实际上是一种延迟过程调用,它允许程序推 迟执行相关的计算和操作。 TinyOS中的任务都是执行到底且互不抢占的,即相对于其他任务来说, 正在执行的任务是同步的且具有原子操作特点。
TinyOS任务调度机制
WSN对操作系统提出了特殊要求。主要表现在: ① 节点的计算资源有限,需要尽可能地减小系统开销; ② 节点由电池供电,且要求较长的工作周期,因此需要系统 的能耗管理策略与方案,包括操作系统的支持; ③ 节点的各模块之间需要一定的调度协调机制,同时支持并 发控制; ④ 观测任务需要操作系统支持实时性; ⑤ 自适应,包括改变系统行为,以适应环境和资源(如能源) 变化的节点自适应能力; ⑥ 可信赖,包括可靠性、容错性、安全和私密性、易用性等; ⑦ 可升级,指对系统软件进行透明或不透明的升级,以适应 环境和功能需求的变化,
TinyOS启动机制
模块RealMainP启动程序时首先通过原子操作初始化系统,操作如下:
atomic{ platform_bootstrap(); call Scheduler.init(); call Platformlnit.Init(); while(call Scheduler.runNextTask()); call Softwarelnit.Init(); while(call Scheduler.runNextTask());}
TinyOS学习笔记作者:幽暗天琴
![TinyOS学习笔记作者:幽暗天琴](https://img.taocdn.com/s3/m/be5931be960590c69ec3767d.png)
TinyOS学习笔记1---入门当我们uses某接口时,那么该接口下的所有command和event都可以调用。
在一些情况下,组件也可以provides和usesCommand。
同样的provides的组件要实现command的函数内容。
配置文件现在,我们已经知道某些组件提供的接口,但,仅仅通过这还不足以访问这个组件。
如果a,b同时都提供了一个接口c,那么,当组件d访问c接口时访问的到底是a还是b呢?所以配置文件就产生了,它的目的就是声明你要访问的组件名称,并且将它所提供的接口与你想要使用的接口相连接。
配置文件的构成配置文件configuration首先声明了其应用程序下的组件,关键字:components.声明了组件之后,通过->可以将两个组件的接口连接起来。
Main.StdControl -> BlinkM.StdControl;这段代码就是把组件main和blinkm的stdcontrol连接起来,这样,就建立了两个组件之间的联系。
当调用main.stdcontrol的时候就相当于调用了blinkm.stdcontrol。
关键字-> 永远是将一个使用(uses)的接口(左边)于一个提供(provides)的接口(右边)相连接。
也就是说只有左边的组件能够调用右边的组件的接口。
反之则不可以。
并且该关键是一个多对多的关系,即一个组件可以连接到很多接口,反之一样配置文件还可以通过=关键字来进行接口之间的连接,=号表示两个接口之间的关系是等同的,类似于c语言中的指针。
=号两边可以是uses=pro 也可以是u=u ,p=p.注:配置文件中也可以使用或提供接口。
(后面有例子)配置文件和顶级配置文件一个程序中可以有多个配置文件,但一定要有一个顶级配置文件。
在tinyos中组件也是分层次的。
最底层的组件贴近硬件部分,是经过一层一层封装才有了上层的组件,封装的过程中就使用了配置文件。
而一个应用程序需要一个顶级配置文件,在所有其他的配置文件的更高一层,编译时会首先参照该文件进行编译。
TinyOS 2.x消息通信机制_物联网关键技术_[共4页]
![TinyOS 2.x消息通信机制_物联网关键技术_[共4页]](https://img.taocdn.com/s3/m/38214de85727a5e9846a6141.png)
101 事件处理任务填满。
此时网络组件的新任务就不能成功入队,从而无法处理SendMsg.sendDone ()发送包完成事件,程序将不能确定包是否发送出去,结果造成网络通信不正常。
2.TinyOS 2.x 调度机制TinyOS 2.x 的内核模型发生了一些改变,在1.x 版本的基础上更进了一步。
在任务上的前后的语义也有所不同,这样的改变是基于运行时的经验并为解决 1.x 模型中的限制。
在TinyOS 2.x 上,任务队列不会再出现多个同样的任务同时执行的情形,每个任务都遵循“一个萝卜一个坑”的模式。
只有在一个“坑”里面已经有任务,并且没有开始执行的时候,这个任务投递才会返回错误信息,这是2.x 在任务调度方面与1.x 的一个最明显的区别。
2.x 分配了一个表示任务ID 的字节,即系统中最多可有255个任务。
任务的ID 越大,表示越受到关注,但与实际的重要程度并无关联。
TinyOS 2.x 任务调度模型如图2-25所示。
一个任务若需要执行多次,可在任务结束的代码处添加将再次投递入队的代码即可。
这样的定义解决了由于任务队列已满而无法通知组件事件结束的问题,从而实现一个任务只占任务队列的一个位置,不会像1.x 那样每投递成功一次就多占一个位置,这是2.x 版本的一大改进之处。
具体实现方法如下:图2-25 TinyOS 2.x 任务调度模型post processTask ();...task void processTask () {// do workif (moreToProcess ) {post processTask ();}}2.6.6 TinyOS 2.x 消息通信机制1.TinyOS 2.x 主动消息通信机制TinyOS 2.x 中每一个主动消息有一个16bit 的目的地址和一个8bit 的消息类型。
在TinyOS1.x 中,消息结构是TOS _Msg 。
在TinyOS2.x 中,消息结构是message _t ,并且这个结构对于来自任何一个节点的通信接口都足够大,足以存储一个数据分组。
第09章-TinyOS操作系统
![第09章-TinyOS操作系统](https://img.taocdn.com/s3/m/c257572accbff121dc368305.png)
TinyOS的内存管理采用完全静态分配内存的策略。虽然nesC语言 也支持指针操作,但TinyOS不采用动态分配内存策略。 首先,动态内存分配影响系统的稳定性,而完全的静态分配内存策 略增强了TinyOS系统的稳定性。 其次,静态分配内存简化了TinyOS管理内存的难度,提高了程序 运行的效率。
第三,静态分配内存提高了TinyOS对内存的使用率。动态内存分 配策略会因为内存碎片而使内存使用率降低。
1、协作式与抢占式OS
在操作系统的发展过程中,先后有2种形式的多 任务管理机制,即协作式与抢占式。 协作式:如果任务切换的时机完全取决于正在运 行的任务,那么这样的操作系统就是协作式多任务操 作系统。即任务执行时的权利比操作系统还大,只有 等正在运行的任务完成后,才会将控制权交给操作系 统,此时才能执行下一个任务。一旦某个任务运行出 错,则导致整个系统挂起(Pending)。 抢占式:如果任务优先运行的决定权取决于操作 系统,而且即使有一个任务死掉,而系统仍能正常工 作,那么这样的操作系统就是抢占式多任务操作系统 。
(4)任务和事件并发模式(Tasks And Events ConcurrencyModel)。任务之 间是平等的,即在执行时是按顺序先后来的,而不能相互抢占。事件用在对 于时间的要求很严格的应用中,而且它可以优先于任务执行。 (5)分段执行(Split-Phase Operations)。在TinyOS中由于任务之间不能互 相抢占执行,所以TinyOS没有提供任何阻塞操作,为了让一个耗时较长的操 作尽快完成,一般来说都是将对这个操作的需求和这个操作的完成分开来实 现,以便获得较高的执行效率。 (6)主动消息模式(active message)。每一个消息都维护一个应用层和处理 器,当目标节点收到这个消息后,就会把消息中的数据作为参数,传递给应 用层的处理器进行处理。应用层处理器一般完成消息数据的解包、计算处理 或发送响应消息等工作。 (7)基于可重用组件的体系结构,单一任务栈,内核非常简单,甚至在 严格意义上说,称不上内核,没有进程管理和虚拟存储。 这些特点使得TinyOS非常适合WSN的需求,所以它得到了广泛应用。
4.TinyOS实验
![4.TinyOS实验](https://img.taocdn.com/s3/m/d1d7793010661ed9ac51f305.png)
2013-9-17
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点对点通信实验
ActiveMessageC向上层提供的接口有AMSend、Receive、 AMPacket、Packet、Snoop等。
AMSend接口实现数据的发送 Receive接口实现数据的接收 Snoop是接收发往其它节点的数据 AMPacket接口用于设置和提取数据包的源节点地址、 目的地址等信息 Packet接口主要是得到数据包的有效数据长度 (payload length)、最大数据长度、有效数据的起始 地址等。
配置组件 实现组件
使用组件
接口3
接口1
接口1 接口4
接口2
接口2 接口5
TinyOS操作系 统的组件分为3 种类型 :硬件 抽象组件,合 成硬件组件和 高层软件组件。
图4_3 组件与接口
2013-9-17
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接口(interface)
接口是访问组件的唯一途径。 接口是命令(command)和事件(event)函数的集合。 interface Timer {
2013-9-17 12/15
点对点通信实验
实验步骤
将硬件正确连接 打开Cygwin,切换到/opt/dtos/apps/MP/3_1_p2p/目录 下,分别对两个节点进行烧写,输入编译烧录命令: 节点A: make dw1 install NID=03 GRP=01 节点B: make dw1 install NID=05 GRP=01 不同的组写入的GRP应当不一样,以避免实验冲突
2013-9-17
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点对点通信实验
CSMA/CA机制使节点在发送数据之前,首先去侦听信道 状况,只有在信道空闲的情况下才发送数据,从而避免了 数据碰撞,保证了节点间数据稳定传输;
基于TinyOS的无线传感器网络任务调度的研究与改进的开题报告
![基于TinyOS的无线传感器网络任务调度的研究与改进的开题报告](https://img.taocdn.com/s3/m/f307295cb6360b4c2e3f5727a5e9856a57122667.png)
基于TinyOS的无线传感器网络任务调度的研究与改进的开题报告一、选题背景随着物联网技术的不断发展,无线传感器网络(Wireless Sensor Network,WSN)已成为物联网的重要组成部分。
WSN在军事作战、环境监测、智能化制造等领域有着广泛的应用前景。
WSN由大量分布式节点组成,在网络运行中需要进行任务调度,以保证网络的高效稳定运行。
因此,如何设计和实现优秀的任务调度算法和体系架构成为WSN领域内的研究热点。
本课题将专注于基于TinyOS操作系统的WSN任务调度研究和改进,在实现基本任务调度功能的基础上,提出一种新的调度策略,改进现有的调度机制,提高WSN的性能和实用性。
二、研究目标和意义本课题的研究目标是:基于TinyOS操作系统,研究和改进WSN任务调度算法和框架,提高WSN的运行效率和性能。
本课题的研究意义主要体现在以下几个方面:1.优化调度策略,提高WSN的传输效率和能耗效率;2.提高网络节点的计算和通信能力,增强WSN的稳定性和可靠性;3.实现节点多任务调度和动态资源分配等高级功能,为WSN的应用提供更加灵活高效的解决方案;4.为国内相关项目的研究提供一定的支撑和参考。
三、研究内容和方法1. 研究并分析TinyOS操作系统的任务调度原理和机制;2. 探究WSN中的任务调度问题,明确研究对象;3. 提出新的任务调度策略,改进现有的调度算法和框架;4. 利用仿真实验进行验证评估,评估改进后的任务调度算法的性能和效果;5. 对研究成果进行总结和归纳,撰写学位论文。
四、论文结构和进度安排1. 绪论研究背景和意义、研究现状和进展、研究内容和方法、论文结构等。
2. 基本原理介绍TinyOS操作系统的基本原理、WSN的基本结构和工作原理、任务调度的基本理论和方法等。
3. 研究内容包括任务调度机制的分析、调度策略的提出、调度算法的设计和改进、资源分配等一系列研究内容。
4. 实验设计与结果分析介绍实验设计和数据分析的方法,详细说明实验流程、数据收集和结果分析等。
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TOSH_sched_init();for(;;){TOSH_run_task();}
这两个函数的实现在tinyos-1.x\tos\system目录下的sched.c源文件中。
这个文件就实现了tinyos 1.x的调度策略,很简单吧?闲话少说,下面分析它的数据结构。
typedef struct {
void (*tp) ();
} TOSH_sched_entry_T;
这个结构体就是tinyos任务队列里的东东,里面是个函数指针。
enum {
#ifdef TOSH_MAX_TASKS_LOG2
#if TOSH_MAX_TASKS_LOG2 > 8
#error "Maximum of 256 tasks, TOSH_MAX_TASKS_LOG2 must be <= 8"
#endif
TOSH_MAX_TASKS = 1 << TOSH_MAX_TASKS_LOG2,
#else
TOSH_MAX_TASKS = 8,
#endif
TOSH_TASK_BITMASK = (TOSH_MAX_TASKS - 1)
};
上面定义了tinyos任务队列里的最大任务数TOSH_MAX_TASKS,和一个掩码。
//定义tinyos任务队列,这个队列是个循环队列!
volatile TOSH_sched_entry_T TOSH_queue[TOSH_MAX_TASKS];
//“头指针”tinyos任务队列里的第一个不为空的任务的下标
uint8_t TOSH_sched_full;
//“尾指针”如果tinyos任务队列没有满,则是最后一个不为空的任务
//的下一个元素的下标;如果任务队列满则是最后一个任务的下标。
volatile uint8_t TOSH_sched_free;
好了,数据结构分析完了,咱们看看tinyos是怎样实现这个队列的吧,实现一个队列,无非就是初始化,增加队列元素,删除队列元素,判断队列是否为空……,数据结构里最基本的东东,想必大家比我清楚了!(如果这个不清楚,赶紧回去看看数据结构 ^_^ )。
一初始化
s
初始化函数很简单,大家肯定都会写了。
void TOSH_sched_init(void)
{
int i;
TOSH_sched_free = 0;
TOSH_sched_full = 0;
for (i = 0; i < TOSH_MAX_TASKS; i++)
TOSH_queue[i].tp = NULL;
}
上面这个就是了,首先是初始化两个“指针”,将它们指向第一个元素。
接着是一个for 循环将队列里的元素逐个“清零”。
二增加队列元素
bool TOS_post(void (*tp) ()) __attribute__((spontaneous)) {
__nesc_atomic_t fInterruptFlags;
uint8_t tmp;
// dbg(DBG_SCHED, ("TOSH_post: %d 0x%x\n", TOSH_sched_free, (int)tp));
fInterruptFlags = __nesc_atomic_start();
tmp = TOSH_sched_free;
if (TOSH_queue[tmp].tp == NULL) {
TOSH_sched_free = (tmp + 1) & TOSH_TASK_BITMASK;
TOSH_queue[tmp].tp = tp;
__nesc_atomic_end(fInterruptFlags);
return TRUE;
}
else {
__nesc_atomic_end(fInterruptFlags);
return FALSE;
}
}
该函数的参数是个函数指针,大家不要怕它,如果不明白就当它是个整数好了(有点误人子弟的嫌疑,不明白的话大家还是回去复习一下c语言 ^_*)!
从上面可以看出,该函数核心代码不过三句,
第一句:if (TOSH_queue[tmp].tp == NULL),判断队列里是否满了;如果满了则返回FALSE,如果没满则队列的“尾指针”向后移,一时不明白的网友可以在纸上画画,很快就明白了;移完“尾指针”后,语句TOSH_queue[tmp].tp = tp;将传入的参数加入到队列尾(这个队列尾是移完“尾指针”前的队尾)。
就这样,增加队列元素的动作就完了,很简单吧?比我们学过的数据结构还简单吧?三、取出队列元素并删除该元素
bool TOSH_run_next_task ()
{
__nesc_atomic_t fInterruptFlags;
uint8_t old_full;
void (*func)(void);
fInterruptFlags = __nesc_atomic_start();
old_full = TOSH_sched_full;
func = TOSH_queue[old_full].tp;
if (func == NULL)
{
__nesc_atomic_end(fInterruptFlags);
return 0;
}
TOSH_queue[old_full].tp = NULL;
TOSH_sched_full = (old_full + 1) & TOSH_TASK_BITMASK;
__nesc_atomic_end(fInterruptFlags);
func();
return 1;
}
这个函数稍为比增加元素那个函数复杂一点点,不过也很简单!
首先是取出队列元素里的值:
void (*func)(void);
old_full = TOSH_sched_full;
func = TOSH_queue[old_full].tp;
就是这三个语句了!声明一个变量,到最后赋值。
接着语句if (func == NULL),判断取出的元素的值是否为空,如果不为空则首先将取出值的原来那个位置清零(TOSH_queue[old_full].tp = NULL;),然后将头指针向后移动(TOSH_sched_full = (old_full + 1) & TOSH_TASK_BITMASK;),最后执行这个函数:
fun();
完了,这个队列简单到极点了吧?但有什么办法了,tinyos 1.x里,这个就是它的任务调度机制:FIFO,并且当队列满时不能够增加新的任务。
Tinyos 2.x似乎有所改变。
for(;;) { TOSH_run_task(); }这个语句就让tinyos(程序)一直跑到世界末日了!
void TOSH_run_task() {
while (TOSH_run_next_task())
;
TOSH_sleep();
TOSH_wait();
}
这个函数就不废话了!
从上面还可以看出,整个过程中并没有哪个语句调用bool TOS_post(void (*tp) ())函数,
那么谁来增加任务队列中的任务呢?这里举个例子,大家可以转到tinyos-1.x\apps\BlinkTask\目录下,这个例子跟之前的Blink功能一样,不过是使用任务的,在BlinkTaskM.nc文件中Timer 的fired事件中有一句:post processing()就将任务添加到任务队列中。
换句话说,是应用程序或其它程序将任务添加到任务队列中。