TinyOS的介紹

　　TinyOS是一款開源的嵌入式操作系統，它基于一種組件（Component－Based）的架構方式，使得能夠快速實現各種應用。它的首先出現是做為UCBerkeley和IntelResearch合作實驗室的杰作，用來嵌入智能微塵當中，之后慢慢演變成一個國際合作項目，即現在的TinyOS聯盟。它設計之初的目的是制作一個專屬嵌入式無線傳感器網絡（WSN,wirelesssensornetwork）的操作系統。但事實上，由于良好的可擴展性和足夠小的代碼尺寸，TinyOS在物聯網的應用領域中也占有非常重要的地位；

　　TinyOS作為一個專業性非常強的操作系統，主要存在如下幾個特點：

　　1.擁有專屬的編程語言

　　TinyOS應用程序都是用NesC編寫，其中NesC是標準C的擴展，在語法上和標準C沒有區別，它的應用背景是傳感器網絡這樣的嵌入式系統，這類系統的特點是內存有限，且存在任務和中斷兩類操作，它的編譯器一般都是放在TinyOS的源碼工具路徑下。

　　2.開放源代碼

　　所有源碼都免費公開，可以訪問官方網站www.tinyos.net去下載相應的源代碼，由全世界的TinyOS的愛好者共同維護，目前最新的版本是2.1.1。

　　3.基于組件的軟件工程建構

　　TinyOS提供一系列可重用的組件，一個應用程序可以通過連接配置文件（AWiringSpecification）將各種組件連接起來，以完成它所需要的功能。

　　4.通過Task和Events來管理并發進程

　　Tasks：一般用在對于時間要求不是很高的應用中，且tasks之間是平等的，即在執行時是按順序先后來得，而不能互相占先執行，一般為了減少tasks的運行時間，要求每一個task都很短小，能夠使系統的負擔較輕；支持網絡協議的替換。

　　Events：一般用在對于時間的要求很嚴格的應用中，而且它可以占先優于tasks和其他events執行，它可以被一個操作的完成或是來自外部環境的事件觸發，在TinyOS中一般由硬件中斷處理來驅動事件。

　　5.支持網絡協議組件的替換

　　除了默認的協議之外，還提供其他協議供用戶替換，并且支持客戶自定義協議，這對于通信協議分析，非常適用于通信協議的研究工作。

　　6.代碼短小精悍

　　TinyOS的程序采用的是模塊化設計，所以它的程序核心往往都很小，一般來說核心代碼和數據大概在400Bytes左右；能夠突破傳感器存儲資源少的限制，這能夠讓TinyOS很有效的運行在無線傳感器網絡上并去執行相應的管理工作等。

　　如何安裝TinyOS的開發環境

　　若要進行TinyOS的開發研究，先得安裝好TinyOS的開發環境，[FS:PAGE]由于NesC的編譯器ncc只能運行在Unix環境下，TinyOS開發環境有三種安裝方式：

　　一、獨立啟動的Linux

　　官方提供rpm包和deb包，一般建議使用Ubuntu9.04或是RHEL5

　　二、Windows+Cygwin

　　Cygwin是一個軟件集合，支持用于各種版本的MicrosoftWindows上，運行UNIX類系統，ncc可以運行在Cygwin上，使用這種方式的人最多

　　三、VMware+Xubuntu

　　在TinyOS.net上可以下載到一個包含完整TinyOS開發環境的Xubuntu虛擬機鏡像文件，只要在PC上安裝好VMwareplayer即可使用，這個方式最快捷，但是由于是虛擬機的方式，所以編譯速度比較慢

　　不論是哪種方式安裝的流程基本都是一樣的：

　　1.安裝JDK1.6，用于WSN基站或是WSN網關與PC機的交互

　　2.安裝Cygwin，僅當第二種安裝方式才需要安裝

　　3.安裝平臺交叉編譯器，用于將C代碼交叉編譯成很終端設備可以運行的二進制文件，一般來說有AVR、MSP430、8051、ARM這幾種類型

　　4.NesC編譯工具，TinyOS都是基于NesC語言寫的，所以需要NesC編譯工具將其編譯成C代碼，編譯后的C代碼就可以交給平臺交叉編譯工具了

　　5.TinyOS源碼樹，所有的TinyOS源代碼都在這里，可以通過Git或CVS方式進行版本管理，目前最新的版本是2.1.1

　　6.安裝Graphvizvisualization工具，TinyOS開發環境包含nesdoc工具，該工具可以自動生成可視化的模塊關系圖表，幫助開發人員觀看源代碼，而該工具依賴于Graphvizvisualization工具

　　7.設置環境變量，主要是將各個工具的路徑添加到Shell環境變量中去

　　TinyOS的開發過程

　　如圖所示，TinyOS的編譯+下載的過程可以分成如下階段：

　　1.使用NesC編寫程序源代碼，源代碼的后綴為*.nc，可以用各種支持C高亮的編寫器，這里筆者推薦Notepad++；

　　2.將*.nc的源代碼通過NesC編譯器ncc編譯成標準C文件，這里要注意的是：ncc編譯器只能將*.nc文件編譯成C代碼，并不能直接生成二進制代碼，所以在安裝開發環境時，必須根據自己的開發平臺選擇對應的交叉編譯工具；

　　3.使用與硬件平臺相關的C交叉編譯工具將標準C文件編譯成可執行的二進制文件，筆者用的硬件平臺是CC2430芯片，它的核心CPU是8051，那么就可以使用各種8051的C編譯器，例如Keil或是IAR

　　4.通過編寫器將二進制可執行文件下載到硬件平臺上，筆者用的是CC2430芯片，對應的編程器是SmartRF04FlashProgrammer

　　TinyOS的調試是比較麻煩的，因為調試工具都不支持NesC語法，只能先調試NesC編[FS:PAGE]譯生成的C文件，然后根據C代碼中的注釋語句反查NesC源碼；

　　TinyOS開發平臺介紹

　　國內目前可以買到的TinyOS開發平臺主要有兩種，一種是Crossbow公司WSN開發套件，一種億道電子的XSBase-WSN開發套件；

　　1.Crossbow本身就是TinyOS聯盟的成員之一，其所有產品都在TinyOS源碼的Platform目錄下可以找到，可以算得上是TinyOS技術商用化的代表；在國內有一家代理，開發平臺的做工非常不錯，產品覆蓋面也比較廣，主要的缺點就是產品太貴，而且中文的資料較少。

　　2.億道電子的WSN套件真是筆者目前正在使用的開發平臺，它使用是較先進CC2430芯片，同時支持TinyOS和Z-stack兩種開發方式，并且包含大量的中文教材和使用手冊，硬件移植的也非常穩定，所有的TinyOS測試用例都能正常運行，而且還帶了大量的中文教材、使用手冊和實驗用例，所以筆者個人認為作為WSN的驗證開發平臺性價比更高。其中值得一提的是，該產品搭建了一整套的解決方案框架，實現了異構網絡之間的互聯互通，可以在任何一地通過GPRS手機上網，訪問節點上的物理數據，開發者可以迅速的在這個框架下做二次開發。

　　TinyOS開發案例

　　目前有多個采用TinyOS的研究項目，如UCLA（加州大學洛杉磯分校）的ShahinFarshchi在進行一項以TinyOS為基礎的無線神經界面研究。這樣的系統在100Hz/頻道的采樣頻率下可傳感、放大、傳輸神經信號，系統小巧、成本低、重量輕、功率小。系統要求一個接收器接收、解調、顯示傳輸的神經信號。在每秒8bit的采樣率下，系統的速度可達5600。該速度可保證8個EEG頻道、或1個速度為每秒5.6K采樣頻道的可靠傳輸。研究者目前的奮斗目標是提高該基于TinyOS的傳感網絡的數據傳輸速度，設計與被測對象連接的前端神經放大電路。

　　//www.ee.ucla.edu/~judylab/research/projects/Shahin/index.htm

　　路易斯安娜州立大學和位于BatonRouge的南方大學的Nian-FengTzeng博士正在研究應用于石油/氣體開發和管理的UcoMS（UbiquitousComputingandMonitoringSystem，泛計算和監控系統）。該系統適用于傳感網絡、無線通信和網格計算，主要功能包括幫助鉆孔、操作數據記錄和處理、在線平臺信息發布和顯示、設備監控/入侵檢測、地震處理、復雜表面設備和管道的管理。也可使用UCoMS監控、維護淘汰的平臺。

　　//www.ucoms.org

　　另外，Freescale正在其Zigbee開發板上測試TinyOS和TinyDB。

　　波士頓大學的WeiLi將其用于傳感網絡的控制和優化：

　　//people.bu.edu/wli

　　BrilliantTechnology將其用于無線傳感網絡進行結構健康監測：

　　//www.tBrilliant.com