精品课件-TinyOS操作系统开发技术及实践-第3章

{ P0_1 = 1; }
async command void Port01.clr()
{ P0_1 = 0; }
async command void Port01.toggle() { P0_1 ^= 1; }
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第3章 TinyOS体系结构
async command void Port01.makeInput() { P0SEL &= ~_BV(1); P0DIR &= ~_BV(1);}
interface GeneralIO as Port15;
interface GeneralIO as Port16;
interface GeneralIO as Port17;
/*P2有关的接口*/
interface GeneralIO as Port20;
interface GeneralIO as Port21;
此文件使用“get”和“set”命令直接操作寄存器，为上层 提供软硬件的接口。HPL组件简化了对硬件的操作，无须使用隐 藏的宏和寄存器(其定义位于编译库的头文件中)，用户可以通过 常见的接口访问硬件。硬件表示层的接口组件一般具有以下两个 特点：
除了自动操作常用的命令外，HPL层没有提供任何实质性的 硬件抽象。它隐藏了最依赖于同一类别的不同HPL硬件模块。比 如，在同一硬件平台中不同的微控制器，虽然它们具有相同的功 能，但其使用的寄存器名称和中断向量却稍有不同。通过一致的 接口，HPL组件可以将这些细小的差别隐藏，从而增强更高层抽 象资源的独立型。
第3章 TinyOS体系结构
/*P1有关的接口*/
interface GeneralIO as Port10;
interface GeneralIO as Port11;
interface GeneralIO as Port12;
interface GeneralIO as Port13;
interface GeneralIO as Port14;
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。 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。
…
…
…
/* P2_4 寄存器的操作 */
async command bool Port24.get()
{ return P2_4; }
async command void Port24.set()
{ P2_4 = 1; }
async command void Port24.clr()
{ P2_4 = 0; }
async command void Port24.makeOutput() { P2SEL &= ~_BV(4); P2DIR |= _BV(4);}
async command bool Port24.isOutput() { return P2DIR&_BV(4); }
} 17
第3章 TinyOS体系结构
硬件抽象架构允许HAL组件持有可用于资源仲裁和控制的状 态变量。
由于无线传感器网络对执行效率要求较高，HAL层的硬件抽 象必须适合于具体的设备类型和平台特征。
HAL接口并不隐藏通用模型的特殊硬件功能，而是提供特定 的功能和最好的抽象来简化应用程序的开发，同时保证资源的利 用效率，例如通常使用特定领域的硬件抽象模型，如Alarm、ADC 或EEPROM等，而不是对所有设备都使用单一的统一的硬件抽象模 型。
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。
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第3章 TinyOS体系结构
任务调度组件 高层软件组件
综合硬件组件
硬件抽象组件
主组件(包括任务调度)
应用组件
感知组件
执行组件
通信组件
硬件抽象组件
图3-1 TinyOS体系结构
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第3章 TinyOS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。
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第3章 TinyOS体系结构
图3-4 HplCC2530GeneralIOC.nc文件
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第3章 TinyOS体系结构
【代码3-1】 HplCC2530GeneralIOC. nc #include "cc2530.h" module HplCC2530GeneralIOC {
provides {
interface GeneralIO as Port22;
interface GeneralIO as Port23;
interface GeneralIO as Port24;
}
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第3章 TinyOS体系结构
implementation
{ /* P0_0 寄存器的操作 */
async command bool Port00.get()
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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。
提高代码的可重用性和可移植性。 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。
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第3章 TinyOS体系结构
3.2.1 硬件抽象架构 TinyOS 2.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
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第3章 TinyOS体系结构 这些特定的模型为了实现对硬件抽象的访问，HAL组件应当
使用丰富的、定制的接口，而不是通过重载命令隐藏所有功能的 标准接口。这样的设计方式使得编译时对接口错误的检查效率更 高。
async command void Port00.makeInput() { P0SEL &= ~_BV(0); P0DIR &= ~_BV(0);}
async command bool Port00.isInput() { return ~(P0DIR&_BV(0)); }
async command void Port00.makeOutput() { P0SEL &= ~_BV(0); P0DIR |= _BV(0); }
async command bool Port01.isInput() { return ~(P0DIR&_BV(1)); }
async command void Port01.makeOutput() { P0SEL &= ~_BV(1); P0DIR |= _BV(1); }
async command bool Port01.isOutput() { return P0DIR&_BV(1); }
async command void Port24.toggle() { P2_4 ^= 1; }
async command void Port24.makeInput() { P2SEL &= ~_BV(4); P2DIR &= ~_BV(4);}
async command bool Port24.isInput() { return ~(P2DIR&_BV(4)); }
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。 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。
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第3章 TinyOS体系结构 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，
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第3章 TinyOS体系结构
图3-3 芯片目录
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第3章 TinyOS体系结构 以“tos/chips/cc2530/”目录下的
HplCC2530GeneralIOC.nc文件为例，HplCC2530 GeneralIOC.nc 文件是针对CC2530的I/O的实现，打开此文件如图3-4所示。
用户只需简单地重新绑定HPL组件，而不必重新编写代码就 可以在不同的USART模块之间进行切换。