《電子技術應用》
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TinyOS在CC2530上的移植
來源：電子技術應用2013年第7期
林 語1，張金榜2，何秀春1,，劉 軍3
1.武警工程大學 研究生管理大隊,，陜西 西安710086,； 2.武警警官學院 信息工程系,，四川 成都610213； 3.武警工程大學 信息工程系,，陜西 西安710086
摘要： 針對TinyOS不支持CC2530平臺的問題,，首先分析TinyOS移植的可行性；其次完成了Timer組件,、Adc組件,、Radio組件、Uart組件,、I/O組件和Flash組件在CC2530上的移植,；最后驗證了移植的正確性。結果表明,，各組件均能正常工作,，實現了TinyOS對CC2530平臺的支持,。
中圖分類號： TP399
文獻標識碼： A
文章編號： 0258-7998(2013)07-0025-03
The portability of TinyOS to the chip of CC2530
Lin Yu1,，Zhang Jinbang2,，He Xiuchun1，Liu Jun3
1.Graduate Management Team, Engineering University of CAPF, Xi′an 710086,，China,； 2.Department of Information Engineering,Officers College of CAPF，Chengdu 610213,，China,； 3.Department of Information Engineering, Engineering University of CAPF，Xi′an 710086,，China
Abstract： Aiming at the problem that the CC2530 platform wasn’t supported by TinyOS, the fessibility of TinyOS was analyzed,，and then, the portability of the TinyOS component to the CC2530 was completed, which included the Timer component, the Adc component, the Radio component, the Uart component, the I/O component and the Flash component. Lastly, the correctness of portability has been verified. The results show that every component is working well. It means that TinyOS has supported the CC2530 platform.
Key words : TinyOS；CC2530,；the portability of operating system

    無線傳感器網絡WSN（Wireless Sensor Network）是集傳感器,、嵌入式、分布式信息處理等技術于一體的與應用相關的無結構網絡,。它由大量體積較小,、能源受限且具有一定計算、存儲和無線通信能力的傳感器節(jié)點組成,，已廣泛應用于戰(zhàn)場態(tài)勢感知,、遠程醫(yī)療監(jiān)護、環(huán)境監(jiān)測等領域,。由于傳感器節(jié)點的硬件資源有限,，因此，WSN節(jié)點硬件平臺及操作系統(tǒng)的選擇與實現是兩個重要的研究課題[1],。

    CC2530芯片是TI公司推出的用于IEEE 802.15.4的真正的片上系統(tǒng)解決方案,。它集成了微處理器、存儲器和射頻模塊,，只需要極少的外部元件就可應用于其他電路設計,。CC2530具有集成度高、功耗低,、體積小,、成本低、電路結構簡單,、接口豐富的特點,，能夠滿足傳感器節(jié)點在數據采集、處理與無線傳輸時對處理器的需求,，CC2530已成為無線傳感器網絡節(jié)點硬件平臺設計的首選,。TinyOS（TinyMicro Threading Operation System）是一個開源微型嵌入式操作系統(tǒng)，是針對WSN節(jié)點硬件資源受限,、并發(fā)性高等問題而量身定做的操作系統(tǒng),。TinyOS的代碼量小且高效,，具有極其低的資源消耗，已成為WSN主流的操作系統(tǒng),。
    由于TinyOS還不支持CC2530,，所以在該平臺上開發(fā)基于TinyOS的應用程序前，需將TinyOS移植到CC2530上,，使其支持該平臺,。因此，實現TinyOS在CC2530上的移植能為WSN提供更多的平臺選擇,，具有重要的應用價值,。
1 移植的可行性
    對TinyOS層次性的架構模型研究發(fā)現，其移植性的實現直接與硬件抽象封裝層相關,，該層組件完成物理硬件到TinyOS組件模型的映射,。TinyOS硬件抽象層可進一步分成如圖1所示的層次結構[2]。硬件抽象層明確了每一層的功能,，每層依賴于下層提供的接口,，越往上層對硬件的依賴性越小[3]。通過對TinyOS的進一步抽象,，使得各層的組件可實現對物理硬件的不同程度封裝和屏蔽,，有區(qū)別地實現硬件平臺和上層組件的隔離，不同層上的組件只完成特定功能,，增強了TinyOS的移植性,。使得TinyOS移植時只需要修改、設計相應的組件即可,。

2 移植準備
2.1 修改編譯工具鏈
    TinyOS和基于TinyOS的應用程序均使用nesC語言編寫,，生成以“.nc”為后綴的源文件，它經過TinyOS自帶的NCC編譯器編譯后生成app.c文件,。它的部分語法與KEIL的語法不兼容,，是不能被KEIL直接編譯到8051平臺上運行的，因此需要對不兼容的語法進行修改,。而app.c代碼較多,，人工修改不僅費時費力，而且極易出錯[4],，所以本文采用perl語言編寫語法編輯腳本Mangle script來實現app.c文件與KEIL的耦合,，將app.c文件轉換成app_Mangled.c文件，作為KEIL編譯器的輸入,，最終生成app.hex文件,。具體編譯過程如圖2所示。

2.2 搭建CC2530平臺
    搭建CC2530平臺的目的是為TinyOS組件的移植和應用程序的編譯提供編譯參數和聲明環(huán)境變量信息。搭建CC2530平臺需要以下4個步驟：
    (1)在/opt/tinyos-2.x/tos/platforms/CC2530目錄下創(chuàng)建.platform文件,、hardware.h文件,、PlatformP.nc和PlatformC.nc文件[4]。
    (2)在/opt/tinyos-2.x/support/make目錄下創(chuàng)建.target文件,。.target文件為CC2530平臺配置編譯環(huán)境，讓TinyOS知道并支持所創(chuàng)建的平臺,。
    (3)在/opt/tinyos-2.x/support/make/mcs51目錄下創(chuàng)建mcs51.rules文件,。mcs51.rules的作用是解析命令參數、設置編譯路徑,、提取和指向目標平臺,。
      (4)在/opt/tinyos-2.x/tos/chips/mcs51目錄下創(chuàng)建mcs51hardware.h文件和McuSleepC.nc文件。
3 移植實現
      組件移植是TinyOS移植的核心,，包括CC2530寄存器聲明和組件移植[5-6],。
3.1 創(chuàng)建ioCC2530.h文件
      在/opt/tinyos-2.x/tos/chips/CC2530目錄下創(chuàng)建ioCC2530.h文件。
3.2 組件移植
      (1)Timer組件的移植,。Timer組件是一個定時器組件,，其Timer接口用來觸發(fā)事件。在Timer組件移植時,，先根據CC2530芯片內部定時器部分數據資料定義各層需要定制的接口和組件列表,；然后用nesC語言編寫上述各層列表中定義的接口、組件的代碼和timer.h文件,，并一起存放到/opt/tinyos-2.x/tos/chips/CC2530目錄下的timer文件夾中,。
    (2)Adc組件的移植。Adc組件是一個具有模/數轉換功能的組件,，它的AdcControl接口用來控制Adc組件的開始和關閉,；Read接口提供讀取模數轉換結果的功能。用nesC語言編寫各層接口,、組件代碼和Adc.h文件,，并存放到/opt/tinyos-2.x/tos/chips/CC2530目錄下的adc文件夾中。
    (3)Radio組件的移植,。Radio組件是TinyOS的射頻組件,，提供Packet、Receive,、AMSend和SpiltControl接口,。Packet用來實現數據包的管理，Receive具有數據包的接收功能,，AMSend具有發(fā)送數據包的功能,，SpiltControl用來控制天線的狀態(tài)，負責天線的開啟和關閉。用nesC語言編寫各層接口和組件的代碼和Radio.h文件,，并一起存放到/opt/tinyos-2.x/tos/chips/CC2530目錄下的radio文件夾中,。
    (4)Uart組件的移植。Uart組件提供模塊組件HalCC2530SimpleUartP和配置組件HalCC2530SimpleUartC,，通過Init接口實現Uart組件的初始化,；通過SerialByteComm接口實現該異步串行接收和轉發(fā)的功能。用nesC語言實現各層接口和組件文件,，并存放到/opt/tinyos-2.x/tos/chips/CC2530目錄下的uart文件夾中,。
    (5)I/O組件的移植。I/O組件具有GeneralIO口的配置功能,，可將端口配置成輸入或輸出,，允許置位和清零，該功能由HplCC2530GeneralIOC組件實現,，它包含了io8051.h文件和ioCC2530.h文件,。用nesC語言實現各層接口和組件文件，并存放到/opt/tinyos-2.x/tos/chips/CC2530目錄下的pins文件夾中,。
    (6)Flash組件的移植,。Flash組件通過SimpleFlash接口實現對Flash的讀、寫和刪除操作,。用nesC語言實現各層接口和組件文件,，并存放到/opt/tinyos-2.x/tos/chips/CC2530目錄下的flash文件夾中。
4 移植測試
    CC2530平臺TinyOS的測試是對所移植組件的相應功能進行測試,。串口傳輸設置：波特率57 600 b/s,，校驗位為無，數據位為8 bit,，停止位為1 bit,。
    本文以Radio組件測試為例介紹對Timer組件、Adc組件,、Radio組件,、I/O組件和Flash組件的測試環(huán)境、測試程序,、測試過程,，并分析了測試結果。
    (1)測試環(huán)境,。測試過程使用基于CC2530的節(jié)點2個,，一個節(jié)點獨立放置，另外一個節(jié)點通過串口與PC連接,，兩個節(jié)點相距15 m,。
    (2)測試程序,。獨立放置節(jié)點的測試程序是Radio-
SendTestApp，它在Radio組件,、Timer組件初始化完成后,，啟動Radio組件，定時發(fā)送數據包,；與PC相連節(jié)點的測試程序是RadioReceiveTestApp,，它將接收數據包并將數據包通過串口傳送至PC；PC上運行串口調試助手,，觀察是否有數據上傳,。
    (3)測試過程。程序編譯,、下載至節(jié)點后，按復位開關,，配置好串口調試工具,，觀察串口調試工具的輸出。
    (4)測試結果及分析,。Radio組件的測試結果如圖3所示,。串口調試顯示能正常接收到數據包，表明Radio組件的移植是正確的,。

 

 

    按照Radio的測試過程,，對Timer、Adc,、Uart,、I/O和Flash組件進行了測試。結果表明,，這些組件均能正常工作,，實現了TinyOS對CC2530平臺的支持。
    本文針對TinyOS不支持CC2530平臺的問題,，在分析TinyOS層次結構模型的基礎上,，確定了移植的可行性；通過修改編譯工具鏈,、搭建CC2530平臺,、編寫硬件抽象層各層的組件和接口文件，完成了TinyOS在CC2530上的移植,。驗證結果表明,，Timer組件、Adc組件,、Radioz組件,、Uart組件,、I/O組件和Flash組件均可正常工作。TinyOS在CC2530平臺上的移植,，為其他硬件平臺的移植提供了參考,，為WSN和TinyOS的研究與應用提供了更多的平臺選擇。
參考文獻
[1] 錢開國,，桑楠.基于TinyOS的無線傳感器網絡操作系統(tǒng)移植性研究與實現[C].第二屆全國通信理論與新技術學術大會會議論文集,，2008：131.
[2] HANDZISKI V，POLASTRE J,，HAUER J H,，et al.Flexible hardware abstraction for wireless sensor networks[C].In：Proceeding of the 2nd European Workshop on Wireless Sensor Networks(EWSN2005)，Turkey,，2005.
[3] 錢開國.無線傳感器網絡嵌入式操作系統(tǒng)的研究和應用[D].成都：電子科技大學,2010.
[4] 莊雄,，楊永明，丁唯.基于CC2431的無線傳感器網絡節(jié)點設計[J].電子技術應用,，2008,，34(6)：98-101.
[5] 李響.無線傳感器網絡節(jié)點嵌入式操作系統(tǒng)TinyOS的研究與移植[D].成都：電子科技大學，2008.
[6] 錢開國.無線傳感器網絡嵌入式操作系統(tǒng)的研究和應用[D].成都：電子科技大學,，2010.

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