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物联网操作系统技术研究

更新时间：2019-12-24 08:54:43 大小：1M 上传用户：xiaohei1810查看TA发布的资源 标签：物联网 下载积分：1分 评价赚积分 （如何评价?） 打赏 收藏 评论(0) 举报

资料介绍

物联网操作系统是物联网信息技术的重要组成部位,其特点是规模小,占用资源非常少,且功耗极低.其主要适用于内存空间极小、功耗极低且效率较高的资源受限应用场景.如以往的非智能手机,存储空间小,需要待机时间长,对通话要求快速响应.物联网操作系统还应用于传感器采集数据.随着物联网技术发展,各种需要联网的物件中嵌入微型计算机设备.物联网操作系统运行于微型计算机设备上,负责管理硬件软件并接入到互联网中.在航空领域,飞机上部署了数量众多的微型计算机设备,它们大都是体积小、存储空间小、功耗低.这些微型计算机设备上运行着数据采集任务、数据传输任务及设备控制任务.物联网操作系统能够解决微型计算机设备上硬件软件管理问题,并且能够做到资源占用少、功耗低.通过分析物联网操作系统Contiki研究物联网操作系统相关技术.

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第 47 卷ꢀ 第 3 期  
2017 年 5 月  
航 空 计 算 技 术  
Vol. 47 No. 3  
May. 2017  
Aeronautical Computing Technique  
物联网操作系统技术研究  
虞保忠,郝继锋  
(中航工业西安航空计算技术研究所,陕西 西安 710068)  
摘ꢀ 要:物联网操作系统是物联网信息技术的重要组成部位,其特点是规模小,占用资源非常少,且功耗极低。 其  
主要适用于内存空间极小、功耗极低且效率较高的资源受限应用场景。 如以往的非智能手机,存储空间小,需要待  
机时间长,对通话要求快速响应。 物联网操作系统还应用于传感器采集数据。 随着物联网技术发展,各种需要联  
网的物件中嵌入微型计算机设备。 物联网操作系统运行于微型计算机设备上,负责管理硬件软件并接入到互联网  
中。 在航空领域,飞机上部署了数量众多的微型计算机设备,它们大都是体积小、存储空间小、功耗低。 这些微型  
计算机设备上运行着数据采集任务、数据传输任务及设备控制任务。 物联网操作系统能够解决微型计算机设备上  
硬件软件管理问题,并且能够做到资源占用少、功耗低。 通过分析物联网操作系统 Contiki 研究物联网操作系统相  
关技术。  
关键词:物联网;操作系统;资源受限;微型计算机;Contiki  
中图分类号:TP316. 2,TP368. 1ꢀ ꢀ ꢀ 文献标识码:Aꢀ ꢀ ꢀ 文章编号:1671-654X(2017)03-0102-03  
Research on Internet of Things Operating System  
YU Bao-zhong,HAO Ji-feng  
(Xi′an Aeronautics Computing Technique Research Institute,AVIC,Xi′an 710068,China)  
Abstract:Internet of Things means every thing could connect each other. They could share data with each  
other. The IOT operating system is the most important part of the IOT. It′s tiny,needs very few resources,  
and with low power cost. the microcomputer devices run with some applications which response for data  
collection,data transmission and device command. The IOT operating system manages the microcomputer  
hardware and the applications on the system,and facilitates the application develoption. This paper analyꢁ  
ses the IOT operating system of contiki,then research the key technology of the IOT.  
Key words:internet of things;operating system;resource-constrained;microcomputer;contiki  
物件联网。 这些物件包括智能电灯、智能冰箱、智能机  
器人、智能传感器等。 国内有关研究人员通过物联网  
引言  
物联网(Internet of Things,IOT) 就是实现物与物  
互联、人与物互联,实现信息交换与共享。 物联网通过  
射频识别技术、红外传感器技术、全球定位系统技术、  
激光扫描器及无线网络技术,把万物连接到互联网中。  
这些连接到互联网中的物按照统一标准交换信息,实  
现对各物的智能化、定位、追踪、监控、数据采集等。  
物联网核心问题之一是物物接入技术[1] ,Bizanis  
等研究人员提出了物物接入在软件层面的技术解决方  
案。 Nitti 等学者将物虚拟化成网络中的对象元素,对  
技术进行空间结构健康监控,将各节点监控的信息传  
输到云端[3] 。 它们都有共同特点,就是硬件资源和计  
算能力有限,有严格的发热控制和低功耗要求、应用需  
求多样性、数量大、成本敏感。 这些特性决定了运行在  
上面的软件轻量、速度快、有效的功耗管理等。 如果微  
型计算机的功能单一,只处理一个任务,那么不需要操  
作系统,直接运行应用程序即可。 然而目前智能设备  
中的微型计算机功能智能化,运行的任务也多样化,包  
括数据采集任务、硬件控制任务、数据传输任务、智能  
设备互动任务等。 因此在这些微型计算机上需要操作  
象元素之间可以互连[2]  
。
随着物联网技术应用发展,越来越多的物件嵌入  
微型计算机设备,通过微型计算机控制物件并与其他  
ꢀ
ꢀ
ꢀ
收稿日期:2017 ꢂ 04 ꢂ 13ꢀ  
ꢀ ꢀ 修订日期:2017 ꢂ 05 ꢂ 10  
基金项目:天脉系列操作系统技术开发与产业化推广(G887A0415003 ꢂ 3)  
作者简介万:虞方保数忠(据1986 ꢂ ),男,江西吉安人,工程师,主要研究方向为计算机软件。  
2017 年 5 月  
虞保忠 等:物联网操作系统技术研究  
ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ  
0 ·  
系统来管理硬件和软件资源。  
事件交互。 下图是 Contiki 的运行架构,如下图所示,  
系统运行过程中包含 3 类主体,中断、任务及事件。 其  
中,中断和任务是运行实体,而事件是中断与任务及任  
务与任务之间的交互对象。 事件由中断或任务发起,  
并且由事件接收者任务负责处理。 系统运行时先调度  
任务,当任务空时,再调度事件,根据事件找到对应的  
接收者任务,调度该任务去处理事件。  
从研究资料看[4 ꢂ 5] ,物联网操作系统软件规模小,  
大小从几 KB 到几百 KB,运行时占用极少的内存资  
源。 由于软件规模小,软件运行效率高,运行功耗时功  
耗极低[6 ꢂ 7] 。 物联网操作系统在功能方面极度有限,  
物联网操作系统包含中断管理、任务管理及中断任务  
间通信管理,功能简洁精致无冗余,支持多上下文编程  
模型。 物联网操作系统能够满足微型计算的处理器、  
存储空间、I/ O、通信等硬件资源和能力有限及发热控  
制和低功耗要求,同时简化应用编程模型。  
1ꢀ Contiki 概述  
Contiki 由瑞典计算机科学学院( Swedish Institute  
of Computer Science) 的 Adam Dunkels 和他的团队开  
发
[8] ,已经应用在许多项目中,是一款开源的物联网操  
作系统,主要应用于无线传感器网络和物联网。Contiki  
使用 C 语言开发,支持多任务、支持网络、高度可移植  
和可裁剪。  
Contiki 支持 IPv4 / IPv6 通信,提供了 uIPv6 协议  
栈、IPv4 协议栈(uIP),支持 TCP/ UDP,还提供了线程、  
定时器、文件系统等功能。 Contiki 具有低功率无线通  
信功能,提供了完整的网线协议栈和低功率无线通信  
机制。 Contiki 的低功率无线通信协议栈是 Rime,实现  
了多种传感器网线协议,包括数据采集,最大努力网络  
洪泛、多跳批量数据传输及数据传播。  
Contiki 提供 Web 浏览器访问传感的交互方式,通  
过 Web 浏览器查看、显示、存储及设置传感器数据。  
这种方式大大降低了传感器节点的操作方式。 在功耗  
方面,Contiki 严格控制各传感器节点上的功耗,延长  
传感器网络生命周期。 同时 Contiki 还提供基于 flash  
的文件系统,方便在传感器节点上存储数据。 在应用  
开发方面,Contiki 提供多任务编程模式,开发人员将  
各应用作为独立的任务,通过创建任务方式将各应用  
隔离。  
Contiki 运行架构图  
1. 2ꢀ 任务管理  
Contiki 中的任务是 process。 一个 process 结构包  
含名字、入口地址、状态、是否需要轮询标识及上下文  
栈。 系统内核通过单向链表管理所有的任务,任务控  
制块中的 next 指针指向下一个任务;name 描述任务名  
称;thread 指向任务入口地址;pt 是任务的控制标签;  
state 标识任务状态;needspoll 标识任务是否需要轮询,  
当需要轮询时,处理该任务。  
1. 1ꢀ 架构分析  
Contiki 系统的核心模块包括网络(net)、文件系统  
(cfs)、外部设备(dev)、链接库(lib)等,还包含时钟、I/  
O、ELF 装载器、网络驱动等的抽象;处理器支持 arm、  
avr、msp430 等,同时也支持开发人员自己扩展处理器  
支持;硬件平台包括 stm32、mx231cc、micaz、sky、win32  
等,支持开发人员扩展硬件平台支持;同时还自带 ftp、  
shell、webserver 等应用程序;还提供诸如 HelloWorld 等  
应用编程安全,方便开发人员编写应用程序。  
Contiki 是一个事件驱动型系统,任务负责处理相  
任务调度方式是先来先服务,没有优先级,任务间  
不可强占,只有中断能够强占任务的执行。 系统内的  
process 都是挂接在一条链上,指针 next 指向下一个  
process,在任务调度时,摘取该链链头上的 process 运  
行。 任务的名字由 name 记录,指示该任务名称。 任务  
的入口地址由 thread 记录,入口函数有 3 个参数,分别  
是任务游标、事件、数据。 这里的参数事件指定了该任  
务需要处理的事件。  
万方数据  
应的事件而创建,中断与任务、任务与任务间都是通过  

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