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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1、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。TinyOS体系结构由下到上将一系列组件分为以下4大类：　　硬件抽象组件：将物理硬件映射到TinyOS的组件模型。　　综合硬件组件：模拟高级的硬件行为，如感知组件、执行组件和通信组件。　　高层软件组件：包含应用组件，其主要功能是向底

2、层组件发出命令，底层组件向高层组件报告事件。　　任务调度组件：即主组件，负责对整个TinyOS进行任务的调度，它包括一个任务调度器。图3-1TinyOS体系结构任务调度器具有两层结构，第一层维护着命令和事件，主要是在硬件中断发生时对组件的状态进行处理；第二层维护着任务，负责各种计算，只有当组件状态维护工作完成后，任务才能被调度。TinyOS调度模型主要有以下几个特点：　　任务单线程运行，且运行结束后，只分配单个任务栈，这对内存受限的系统很有利。　　没有进程管理概念，对任务按简单的FIFO队列进行调度。

3、FIFO的任务调度策略具有能耗敏感性，当任务队列为空时，处理器进入休眠，随后由外部中断事件唤醒CPU进行任务调度。两级的调度结构，可以实现优先执行少量同事件相关的处理，同时打断长事件运行的任务。　　基于事件的调度策略，只需要少量空间就可获得并发性，与事件相关的任务可以很快被处理，不允许阻塞，具有高度并发性。　　任务之间相互平等，没有优先级的概念。3.2硬件抽象组件在TinyOS体系架构中硬件抽象组件主要负责物理硬件的控制，采用硬件抽象架构的组件设计模型主要有以下优点：　　提高代码的可重用性和可移植性。

4、　　实现效率和性能的优化。　　本节将介绍硬件抽象架构及其分层结构。3.2.1硬件抽象架构TinyOS2.x提出了一个具有3层结构的硬件抽象架构，并结合其组件特点形成一个高效的组织结构，如图3-2所示。　　硬件抽象架构的3层分别是硬件表示层、硬件适配层和硬件接口层。3层的作用描述如下：　　硬件表示层与硬件的寄存器和中断密切相关，不同芯片的硬件平台的硬件表示层是不同的，这一层与平台的移植息息相关。　　硬件适配层带有丰富的硬件相关的接口，有助于提高效率；不同平台的硬件适配层有可能不同。　　硬件接口层提

5、供与平台无关的接口，便于代码的移植。这一层与平台无关，上层可以调用这一层的接口实现对下层的控制。图3-2硬件抽象架构3.2.2硬件表示层硬件表示层(HardwarePresentationLayer，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。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

6、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：为了实现更有效的电源管理，必须有硬件模块的初始化、开始和停止命令。　　为控制硬件操作的寄存器提供“get”和“set”命令。　　为常用的标识位设定和测试操作提供单独的命令。　　开启和禁用中断的命令。　　硬件中断的服务程序，HPL组件的中断服务程序只负责临界操作，如复制一个变量、清空一些标识等行为。　　以mytinyos平台为例，此平台的HPL组件大都存在于与CC2530芯片相

7、关的文件中。如图3-3所示，硬件表示层组件存在于“tos/chips/cc2530/”目录中。图3-3芯片目录以“tos/chips/cc2530/”目录下的HplCC2530GeneralIOC.nc文件为例，HplCC2530GeneralIOC.nc文件是针对CC2530的I/O的实现，打开此文件如图3-4所示。图3-4HplCC2530GeneralIOC.nc文件【代码3-1】HplCC2530GeneralIOC.nc#include"cc2530.h"moduleHplCC2530Gener

8、alIOC{provides{/*P0有关的接口*/interfaceGeneralIOasPort00;interfaceGeneralIOasPort01;interfaceGeneralIOasPort02;interfaceGeneralIOasPort03;interfaceGeneralIOasPort04;interfaceGeneralIOasPort05;interface