支持网络传感器的嵌入式操作系统设计

如图2所示，γOS的通过组件来实现基于事件驱动模式的微线程系统架构，采用事件触发去唤醒相应的功能组件工作。每个功能组件可以由以下几个部分组成：事件处理函数用以实现对底层硬件中断的处理，如MCU外部中断、定时器中断等，它可以向核心调度组件提交任务，但并不等待任务的执行。事件优先级高，可抢占任务执行，可以传递。它提供了一个简明的方法用于抽象软硬件之间的边界，使得支持硬件中断变得非常简单。

　　命令 用以执行对底层组件的操作，是非阻塞的，且必须向调用者返回命令执行的结果(成功或失败)。

　　任务　用于表示组件中计算相对集中的一组操作。任务不具有抢占性，任务与任务之间是原子化的，以先进先出的方式执行，即一个任务必须执行完之后才能执行下一个任务。但任务可以被事件处理函数抢占。


　　组件状态　用以表示组件当前的工作状态，可以被自己的功能函数或其他组件所参考。

　　利用微线程的系统架构，γOS可有效降低上下文切换代价；同时，通过引入原子语句来处理任务和事件，甚至事件和事件之间的并发操作，实现微线程异步通讯机制，有效地避免阻塞、轮询和数据资源竞争。

　　组件化的功能设计

　　在特定应用场合下，需要大量的不同种类的传感器协同合作来完成特定应用事件，因而传感器上运行的软件系统具备相对较好的灵活性和可配置性。

　　为此，γOS提供了对组件化的功能设计方式的支持。γOS可分解为一个核心调度组件和若干功能组件。现有的功能组件主要包括：能耗控制组件如动态电源管理 DPM组件和动态电压调整DVS组件，AntIP协议(支持微型嵌入式TCP/IP协议)组件，USB驱动组件，网卡驱动组件和XML分析器组件等。

　　根据不同应用配置不同的功能组件，以实现特定的目标。γOS支持静态配置和动态加载两种方式。静态配置组件最少可只包括一个核心调度组件，而其他的功能组件可根据相应的应用需求选择预先静态配置方式或者动态加载方式。

图3　γOS组件示意图 　　支持传感通信的接口 　　γOS通过AntIP组件实现对传感器通信的接口支持，主要有支持传感器节点间的对等(Peer-To-Peer)通信和组播通信模式，支持传感器节点与PC间的对等通信模式和支持基于事件的异步通信处理模式。 　　AntIP是一个适用于8/16位机的微型嵌入式TCP/IP协议栈，它尽管去掉了许多全功能协议栈中不常用的功能，但仍然保留了网络通信所必要的协议机制，支持ARP，IP，ICMP，TCP，UDP等协议，并且提供了简易的应用层接口和设备驱动层接口。AntIP的设计借鉴了uip的设计思想。 　　典型应用 图4　硬件平台示意图 　　γOS是以网络传感器应用为目标的，它可以运行在多种目标传感器上。我们采用γOS机制，针对图像数据采集方面的应用，设计了一套较典型的网络图像传感器系统。该系统主要由主控模块、存储模块、USBhost模块、以太网模块、摄像头模块和串口模块(预留接口)组成，采用的芯片分别为Philips公司的 P89C60X2(80C51芯片)、USB控制芯片SL811HS、RAM芯片62256和NIC芯片RTL8019AS。 　　平台部分初始化代码(AntC语言)如下： 　　 useSL811HS useCamera useRTL8019 classPlatform { publicstaticintInit() { RTL8019.Init(); if(SL811HS.UsbInit()==FALSE) return-1; if(Camera.CameraInit()==FALSE) return-1; if(Camera.CameraStart()==FALSE) return-1; AntIP.Init(); return1; } publicstaticvoidStart() { postAntIP.Run; } publicstaticvoidmain() { Init(); Start(); } } 　　该部分代码做了网卡模块、USB模块以及摄像头模块的初始化工作。 结语 　　采用γOS的网络图像传感器的各模块的代码量及所需数据空间大小如表1所示。从该表中可看出γOS的核心代码量基本接近TinyOS的核心代码量。 表1　模块代码量与所需数据空间 　在这篇文章中，我们简要阐述了网络传感器在普适计算环境下的应用特点，介绍了一个以网络传感器为应用目标的嵌入式操作系统γOS的设计和几个特点，并建立了一个典型应用平台，最后简要给出了γOS在该平台上的性能。