[發明專利]一種新型無線傳感器網絡操作系統

在審

• 申請號: 201310656534.5
• 申請日: 2013-12-09
• 公開（公告）號: CN103645941A
• 公開（公告）日: 2014-03-19
• 發明（設計）人: 崔麗珍;李璋;胡海東;員曼曼;李蕾
• 申請（專利權）人: 內蒙古科技大學
• 主分類號: G06F9/46
• 分類號: G06F9/46;G06F9/48
• 代理公司: 北京中譽威圣知識產權代理有限公司 11279
• 代理人: 蔣常雪

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技術領域

本發明涉及一種應用于微處理器的網絡操作系統，具體地說涉及通信與控制技術的基于單片機的網絡操作系統。

背景技術

無線傳感器網絡系統主要由若干分布于特定監測區域內功能不同的傳感器節點組成，每個節點功能的實現包括硬件設計與軟件設計兩大部分，其中軟件程序設計可決定節點的功能及工作效果。由于目前很多無線傳感器網絡平臺硬件部分都包含一種主控單片機作為數據處理核心，且由于單片機數據處理能力有限，所以目前很多節點軟件程序部分通常會結合某款操作系統進行相應開發，使用操作系統可以在很大程度上提高單片機芯片的工作效率。

目前應用于無線傳感器網絡的操作系統主要有：1、美國加州大學伯克利分校開發的TinyOS無線傳感器網絡操作系統；2、TI德州科技公司為其CC2430及CC2530等無線單片機片上系統量身定做的Z-STACK協議棧內置操作系統；3、中國科學院無線通信研究室為使用Atmega?128+CC2420的GAINZ節點開發的GOS操作系統；4、其他移植版嵌入式操作系統等。

以上操作系統多數沒有實現處理器的嚴格分時復用，雖可進行任務調度，但采用任務級輪換方式，前一任務完成運行才會調度下一任務。采用這種調度方式，處理器運行效率相對較低，且系統實時性相對較差。

此外，使用上述操作系統進行程序開發時，程序設計人員必須學習相當多的操作系統相關知識，理解操作系統基本概念才能進行程序設計，如任務、事件及調度等；對于某些操作系統除需了解這些知識外，還必須學習某種特定編程語言才能進行開發。因此，對使用操作系統進行程序開發或編寫包含操作系統程序的系統設計者有較高的要求，導致部分初學者對操作系統相關的程序設計敬而遠之。

發明內容

本發明為了解決上述技術問題而設計的一種新型無線傳感器網絡操作系統，使用該操作系統進行程序開發時，用戶幾乎無需掌握操作系統相關知識，只需學習單片機基本編程所使用的C51語言即可進行應用應該設計，可降低包含操作系統的程序開發難度。

本發明解決其技術問題所采用的技術方案是：

一種新型無線傳感器網絡操作系統，包括硬件設備初始化程序、操作系統初始化程序和多任務調度控制系統。其硬件初始化程序包括單片機初始化、無線射頻單元初始化、用戶操作指示電路初始化、傳感器設備初始化和上位機通信電路初始化五部分組成；操作系統初始化程序包括設置系統運行狀態、初始化時間片、初始化單片機計數器、初始化運行任務編號、初始化任務存儲棧和運行棧、加載任務函數到任務棧存儲區和加載運行任務到運行任務棧區；多任務調度控制系統包括系統管理單元、任務存儲棧單元、任務運行棧單元、任務棧管理器、任務調度器和時間管理單元；系統管理單元用于控制當前操作系統中任務總數及各任務的運行狀態，包括系統中現有任務數量、正在運行的任務號、系統時間片數據、運行中的任務狀態數據及操作系統當前狀態數據；任務存儲棧單元通過任務存儲棧保存任務初始狀態數據及任務運行斷點數據，包括任務入口地址數據和斷點寄存器值；任務運行棧單元通過任務運行棧存儲任務運行時的動態數據，包括函數嵌套及中斷壓棧數據；任務棧管理器轉移或清除任務棧中存儲的數據；任務調度器實現切換當前運行任務號及任務運行棧數據更新；時間管理單元通過單片機計數器實現中斷操作，由中斷發生間隔控制系統運行節拍實現多任務輪轉運行。

所述的一種新型無線傳感器網絡操作系統，其系統管理單元中其任務數量用于表示此時操作系統中加載的任務數量，通過計算獲得任務存儲棧的使用情況；其正在運行的任務號表示當前系統中相應編號的任務正處于運行態，任務運行棧中的數據為該編號對應的任務數據；系統時間片數據表示當前運行任務的剩余時間片；運行任務狀態數據表示正在運行任務可能處于的所有狀態，包括就緒、凍結、結束和延時四種狀態，是操作系統任務控制的必備任務屬性，該屬性也將存入任務存儲棧的高地址區；操作系統當前狀態數據表示系統的運行狀態，包括啟動、停止、死鎖和空閑四種狀態，用于指示操作系統當前的運行狀況。?

所述一種新型無線傳感器網絡操作系統，其系統任務存儲棧單元的任務入口地址為2字節，采用小端存儲模式；斷點寄存器值設置20字節，為靜態存儲空間，使用單片機片內存儲區，實際使用中可根據需求設定，創建多個任務時，此部分空間按對應倍數增加。

所述一種新型無線傳感器網絡操作系統，其系統任務存儲棧單元的任務入口地址為2字節，采用小端存儲模式；斷點寄存器值設置22字節，為靜態存儲空間，使用單片機片外存儲區，實際使用中可根據需求設定，創建多個任務時，此空間按對應倍數增加。