TinyOS編程

原文地址：https://blog.csdn.net/utnewbear/article/details/6235519

和大家一樣，我是按照 ../tinyos/cygwin/opt/tinyos-1.x/doc/tutorial 中的8個lesson進行操作和學習的。雖然很痛苦，可是還真沒有什么別的更好的方法來學習這門奇怪的嵌入式語言。相信絕大多數同學在面對NesC的時候，最大的問題就是不知道從哪里下手，和自己到底要寫些什么。以下的步驟，至少可以讓你知道，你要使用NesC去做什么。

 

第一步，我們要根據實際情況去選擇使用什么組件。 以編寫blink為例：

 

首先我們需要main， main是程序開始的組件，是每個的TinyOS 程序（application）都必須的組件。或者可以說是NesC程序的入口，類似於C語言的main（），“Main”調用其他的 component以實現程序的功能。

 

第二，需要一個來控制程序邏輯的組件，或者說具體實現程序邏輯功能的組件。一般表達程序的邏輯思路，用和配置文件一樣的名字，但是多了一個M，表示是module文件，本例中就是BlinkM，也就是我們上一篇當中提到的module文件所對應的組件。

 

第三，因為程序中用到了LED，所以需要系統提供的ledc。 沒辦法，這個是只有多看系統lib才行。

 

第四，因為程序需要時間控制，所以用到系統提供的timer（或者是用戶定義的singletimer，其實用戶定義的singletimer依然是調用了系統的timer. 后面會附上修改好去掉simpletimer的blink代碼，需要的同學自己看）

 

總結，沒有任何好方法，只有對系統熟悉，才能完成對底層的控制，必須去了解和學習那些底層的interface，不然是沒有辦法學習nesC的。

 

第二步，選擇合適的組件之后就需要編寫頂層配置文件（configuration）

從邏輯上來說，當你選定了組件之后，就需要頂層配置文件來wiring組件們，讓他們協同工作，以完成你需要的程序功能。

事實上，一個程序中可以有多個配置文件，但一定要有一個頂級配置文件，通常會以application的名字來命名。

配置文件configuration首先聲明了其應用程序下的組件，關鍵字：components.

本例中： components Main, BlinkM, SingleTimer, LedsC;

聲明了組件之后，通過->可以將兩個組件的接口連接起來。

本例中：Main.StdControl -> BlinkM.StdControl;

          Main.StdControl -> SingleTimer.StdControl;  

 BlinkM.Timer -> SingleTimer.Timer;   

linkM.Leds -> LedsC

 

回憶上一篇，我們說到：

有兩個關鍵字來實現wiring，我翻譯成“連接”好了。關鍵字 “à”和“ß”永遠是將一個使用（uses）的接口於一個提供(provides)的接口相連接。 也就是說只有使用者組件能夠調用提供者組件的接口。反過來就不可以。

 

Tinyos中，組件和接口是一個多對多的關系，即一個組件可以連接到很多接口，反過來說，很多組件都可以提供一個相同的接口！（核心！最難理解的地方！）

 

前面說，不同的組件可以提供相同的接口，如果組件ComA,ComB都提供了某一個接口InterfaceC, 那么，當組件ComD需要去訪問InterfaceC接口時，怎么辦？ 它訪問的到底是ComA提供的InterfaceC還是ComB提供InterfaceC的呢？ 要知道，雖然接口的名稱是一樣的，但是不同組件提供的相同接口卻是實現不同的功能。

那么這里， Main.StdControl -> BlinkM.StdControl;這行代碼就是把組件main和blinkm的stdcontrol連接起來，這樣，就建立了兩個組件之間的聯系。當調用main.stdcontrol的時候就相當於調用了blinkm.stdcontrol。Main.StdControl -> SingleTimer.StdControl; 這行代碼就是把main和singleTimer的stdcontrol連接起來了，也建立了main和singletimer的聯系。可以看到main這個user同時和兩個provider連接。Main的stdcontrol在被調用的時候，blinkm.stdcontrol和SingleTimer.StdControl都會被調用。

 

現在，我們已經知道某些組件提供和使用的某些接口，比如blinkM提供StdControl，因為他在箭頭的后面（Main.StdControl -> BlinkM.StdControl），他是提供者；同時他還使用Timer和Leds，因為他在箭頭的前面（BlinkM.Timer和linkM.Leds），他是使用者。而SingleTimer和LedsC都是提供者，因為他們都是系統提供的lib，讓你去控制燈的閃爍和時間。

 

總結：在tinyos中組件也是分層次的。最底層的組件貼近硬件部分，是經過一層一層封裝才有了上層的組件，封裝的過程中就使用了配置文件。而一個應用程序需要一個頂級配置文件，在所有其他的配置文件的更高一層，編譯時會首先參照該文件進行編譯。

 

第三步，既然已經有了頂層配置文件，可以寫module文件了。

有了頂層配置文件相當於我們的房子已經有圖紙，那么你知道我們的房子要建多少層，每層有多少房間，衛生間和廚房在什么位置。那么module文件就是在給你的程序添磚加瓦。讓它真的能住人。

前面剛剛提到，blinkM提供StdControl接口，使用singleTimer的Timer接口和LedsC的Leds接口。所以blinkM應該這樣寫：

Blinkm.nc
module BlinkM {
provides {
interface StdControl;
}
uses {
interface Timer;
interface Leds;
}

}

我們前面說過：

一個組件如果provide某個interface，就必須實現這個interface當中所有的command。

現在blinkM provide StdControl，所以他必須提供StdControl的所有command。分別是init(),start(), stop(). 那么blinkM就變成：

 

Blinkm.nc
module BlinkM {
provides {
interface StdControl;
}
uses {
interface Timer;
interface Leds;
}
implementation {
command result_t StdControl.init() {
return SUCCESS;
}
command result_t StdControl.start() {
}
command result_t StdControl.stop() {
}

}

 

原則：在tinyos中，要使用一個組件（模塊）必須先要初始化（init）它。

 

main是整個application的啟動的入口，那么當然main可以啟動與之相連接的模塊。Main已經和誰關聯了？ 對，main和BlinkM以及SingleTimer都關聯了。而main與他們關聯的接口是什么呢？ 沒錯，是stdcontrol。前面說了，當調用main.stdcontrol的時候就相當於調用了blinkm.stdcontrol和singleTimer.stdcontrol.那么blinkM和singleTimer都被啟動了。

那么可以看到，我們頂層配置文件當中的4個組件，main，BlinkM，SingleTimer都啟動了，就剩ledC還沒有初始化。 但是問題是ledC沒有提供stdControl接口，所以不能用main與之關聯的方式去啟動它。觀察LedsC提供的Leds接口， 發現leds接口中有init() command. 我們通過command result_t StdControl.init() 去call Leds.init();進行ledC的初始化。

 

command result_t StdControl.init() {

Leds.init();
return SUCCESS;
}

 

至此，所有的組件都已經初始化完畢。而且blinkM 提供 stdControl接口，也已經實現它。但是還有一個問題：

         一個組件如果use某個interface，就必須實現這個interface當中的event。

blinkM 使用了leds接口和timer接口。

那么必須檢查 leds 和timer接口，看是否有event，如果有event就必須實現。觀察到leds是沒有event，而timer接口是有event。
Timer.nc
interface Timer {
command result_t start(char type, uint32_t interval);
command result_t stop();
event result_t fired();
}
Timer接口有兩個command和一個event。Start()命令被用於指定timer 的類型和那些即將過期的時間間隔。我們使用毫秒來計算時間間隔。有TIMER_REPEAT 和TIMER_ONE_SHOT 兩種可用的類型。在使用TIMER_REPEAT模式的時候，我們可以用Start（）命令形成一個循環，在指定的時間間隔過后，timer 將會結束，下一個重復的timer 將會繼續執行，直到被stop()命令所終止。而當一個間隔到來時，事件 fired()就會被觸發。

 

考慮程序的邏輯流程：

在我們需要的所有組件都啟動后，Timer然后開始記錄時間，當一個時間間隔過后，fired（）事件被觸發，並控制led，讓燈閃爍。

 

所以把timer的start（）放到blinkM的result_t StdControl.start()里，把timer的stop（）放到blinkM的result_t StdControl.stop()里。所以最終的代碼是：

Blinkm.nc
implementation {
command result_t StdControl.init() {
call Leds.init();
return SUCCESS;
}
command result_t StdControl.start() {
return call Timer.start(TIMER_REPEAT, 1000) ;
}
command result_t StdControl.stop() {
return call Timer.stop();
}
event result_t Timer.fired()
{
call Leds.redToggle();
return SUCCESS;
}
}

 

看到這里，其實一個標准的NesC程序就差不多明白了。

 

 

 

最后給出用tossim來模擬blink的方法，關鍵是給手頭沒有mote的同學看看tinyos程序的運行結果：

 

1、開始

在cygwin下，進入目錄：c:/cygwin/opt/tinyos-1.x/apps/blink

運行命令：make pc

然后運行命令：export DBG=led

最后運行：build/pc/main.exe 3(這里的3指設置了3個傳感器節點）

你就在console可以看到節點的輸出

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原文地址：http://lemondy.github.io/2015/06/10/Blink-tinyos/

簡要的說下 Tinyos 的背景：它是 UC Berkeley（加州大學伯克利分校）開發的開放源代碼操作系統，專為嵌入式無線傳感網絡設計，操作系統基於構件（component-based）的架構使得快速的更新成為可能，而這又減小了受傳感網絡存儲器限制的代碼長度。在物聯網如火如荼的今天，這個系統大有作為。它是嵌入式，輕量級。可以對無線傳感器節點，SmartNode 節點等各種設備進行編程監控環境等狀況，物聯網必將滲透在生活的各個角落。

該系統中程序的開發是利用 Nesc 語言，該語言是的語法是類似於 C 語言，但是與 C 語言也有些區別。有 C 語言基礎的稍微花幾天時間就可以進行 Nesc 編程了。

對於該系統的更多背景了解和一些配置教程請點擊我。

Nesc 中接口(interface)

NesC 程序主要由各式組件（component）構成，組件和組件之間通過特定的接口（interface）互相溝通。一個接口內聲明了提供相關服務的方法。例如數據讀取接口（Read）內就包含了讀取（read）、讀取結束（readDone）函數。接口只是制定了組件之間交流的規范，也就是通過某一個接口，只能通過該接口提供的方法實現兩個組件之間的交流。但是接口終歸只是接口，只是一組函數的聲明，並未包含對接口的實現。例如以下便是讀取接口的代碼：

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interface Read<val_t> { command error_t read(); event void readDone( error_t result, val_t val ); }

只有函數的聲明，但是沒有函數體，所以需要有一個組件來實現（implementation）這個接口。實現某一個接口的組件，稱之為提供者（provider），而使用該接口進行通信的，稱之為用戶(user)。

接口內的函數分兩類，一類為命令（command），另一類為事件（event）。用戶可以調用某一組件提供的接口命令，然后等待相應的事件被觸發。也就是說命令是有外部主動的被調用，而事件是被動的執行。簡單的假設就是：組件 A 提供了 Read 接口以便其他組件與之對話，組件 B 調用組件 A 的 Read 接口的 read 命令來讀取某一個數據，例如溫度，然后等溫度讀取完畢之后，系統返回一個 readDone（讀取結束）的事件給組件 B。

Nesc 中的組件(component)

NesC 程序由組件構成。組件內主要是包含了對各類接口的使用（uses）和提供（provides）。例如組件 A 提供了Read 接口，那 A 就需要負責實現 Read 接口內的 read 命令，也就是 read 命令的函數體，即“具體這個值是如何讀取出來的”。因為命令（command）是由接口的提供者（provider）負責實現的。如果組件 B 使用了 A 提供的Read 接口，那在讀取數據結束以后，系統會返回給 B 一個“讀取結束”的事件，而B則需要負責處理這個事件，即“數據讀取完畢以后，我用這個數據干什么”，將值返回給計算機，或者是通過無線發送給其他傳感器等等，所以事件（event）是由接口的使用者（user）來負責實現的。

組件分為兩類。分別是模塊(module)和配置(configuration)。

模塊內包含了程序的主要邏輯實現代碼，也就是對各類命令和事件的實現，是 NesC 程序的可執行代碼的主體。而配置則是負責將各個模塊，通過特定的接口連接起來，其本身並不負責實現任何特定的命令或者事件。

以 TinyOS 附帶的 Blink（閃爍發光二極管）程序為例，

模塊組件的代碼如下：

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// BlinkC.nc #include "Timer.h" //模塊組件 module BlinkC @safe() { //聲明使用的接口 uses interface Timer<TMilli> as Timer0; uses interface Timer<TMilli> as Timer1; uses interface Timer<TMilli> as Timer2; uses interface Leds; uses interface Boot; } implementation { //event時間必須在使用方中實現 event void Boot.booted() { call Timer0.startPeriodic( 250 ); call Timer1.startPeriodic( 500 ); call Timer2.startPeriodic( 1000 ); } event void Timer0.fired() { dbg("BlinkC", "Timer 0 fired @ %s.\n", sim_time_string()); call Leds.led0Toggle(); } event void Timer1.fired() { dbg("BlinkC", "Timer 1 fired @ %s \n", sim_time_string()); call Leds.led1Toggle(); } event void Timer2.fired() { dbg("BlinkC", "Timer 2 fired @ %s.\n", sim_time_string()); call Leds.led2Toggle(); } }

配置組件的代碼如下：

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代碼 //BlinkAppC.nc configuration BlinkAppC { } implementation { components MainC, BlinkC, LedsC; components new TimerMilliC() as Timer0; components new TimerMilliC() as Timer1; components new TimerMilliC() as Timer2; //接口的使用方和提供方聲明 BlinkC -> MainC.Boot; BlinkC.Timer0 -> Timer0; BlinkC.Timer1 -> Timer1; BlinkC.Timer2 -> Timer2; BlinkC.Leds -> LedsC; }

Blink 程序由兩個組件構成。BlinkC.nc 為模塊，BlinkAppC.nc 為配置。

在模塊 BlinkC 的聲明內（module BlinkC {…}）內表明了該程序需要用到的全部接口。因為 Blink 程序的主要目的是將 TelosB 傳感器上的三盞 LED 發光二極管以不同的頻率閃爍。所以我們需要三個精度為毫秒（TMilli）的計時器接口（Timer），分辨使用as關鍵字重命名為 Timer0，Timer1 和 Timer2。既然需要點亮發光二極管，自然需要一個操控發光二極管的接口，也就是 Leds，最后就是程序啟動負責初始化的接口 Boot。

接下去在實現部分（implementation {…}）。在實現部分需要實現所有我們用到的接口的事件，在這個程序里面，我們只是使用了接口，而作為這些接口的用戶，我們只需要負責去實現他們的事件。這些接口內的命令，則由接口的提供者負責實現。
這里主要是兩個事件，一個是 Boot 接口的 booted 事件，另一個是計時器被觸發的 fired 事件。在 booted 事件中，也就是程序啟動以后，我們的主要任務就一個，啟動三個計時器：

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call Timer0.startPeriodic( 250 ); call Timer1.startPeriodic( 500 ); call Timer2.startPeriodic( 1000 );

0號 Led 燈的頻率為 4Hz，1 號 Led 燈的頻率為 2Hz，2 號 Led 燈的頻率為 1Hz。這里 startPeriodic 是一個啟動計時器的命令，呼叫命令需要使用 call 關鍵字。同樣，因為是命令，所以它們由接口的提供者負責實現，我們只負責使用就可以了。另一個需要我們處理的事件就是計時器的觸發，因為有三個計時器，所以需要書寫三個觸發事件：

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event void Timer0.fired() { dbg("BlinkC", "Timer 0 fired @ %s.\n", sim_time_string()); call Leds.led0Toggle(); } event void Timer1.fired() { dbg("BlinkC", "Timer 1 fired @ %s \n", sim_time_string()); call Leds.led1Toggle(); } event void Timer2.fired() { dbg("BlinkC", "Timer 2 fired @ %s.\n", sim_time_string()); call Leds.led2Toggle(); }

先不關心 dbg 的那一行。我們可以看到 0 號計時器觸發的時候，我們切換 0 號發光二極管的狀態（如果是亮的則熄滅，如果是滅的則點亮）；1 號計時器觸發時則切換 1 號發光二極管；3 號計時器同理。同樣的道理，led0Toggle，led1Toggle 和 led2Toggle 屬於 Leds 接口的三個命令，只管用 call 調用使用便可。

接下去是看配置 BlinkAppC。這個組件本身並不使用或者提供任何接口，所以在其聲明部分為空（configuration BlinkAppC{}）。而在其實現（implementation）部分則需要實現對組件的連接。因為 BlinkC 模塊使用了 Boot、Leds 和 Timer接口，所以必須指明這些接口都是由其他哪些組件提供的。所以：

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components MainC, BlinkC, LedsC; components new TimerMilliC() as Timer0; components new TimerMilliC() as Timer1; components new TimerMilliC() as Timer2; BlinkC -> MainC.Boot; BlinkC.Timer0 -> Timer0; BlinkC.Timer1 -> Timer1; BlinkC.Timer2 -> Timer2; BlinkC.Leds -> LedsC;

先使用 component 關鍵字標明，這個程序當中，總共要用到哪幾個組件。其中包括我們自己編寫的 BlinkC 模塊。還有負責提供 Boot 接口的 MainC 組件，負責提供 Leds 接口的 LedsC 組件。還有提供 Timer 接口的TimerMilliC，其屬於泛型（generic）配置，支持被實例化。這里先不細說，因為我們需要用到三個計時器，所以需要使用 new 關鍵字創建三個計時器的實例，然后分別用 as 被重命名為 Timer0、Timer1 和 Timer2。

再往下就是組件之間的連接了。BlinkC 使用了 Boot 接口，而 MainC 正好提供了 BlinkC 所需的 Boot 接口，所以我們將他們進行連接。箭頭所指方向為從使用者指向提供者。

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BlinkC->MainC.Boot // 或者像下面這樣也是可以的。 MainC.Boot<-BlinkC

因為 BlinkC 內部就使用了一個 Boot 接口，所以 BlinkC 后面的 Boot 被省略了。完整的書寫格式為：

1 2	// 意為：Blink組件內使用的Boot接口由MainC組件提供。 BlinkC.Boot->Mainc.Boot

接着是控制發光二極管的 Leds 接口，由 LedsC 組件提供。這里也進行了簡寫，完整的書寫格式為：

1	BlinkC.Leds->LedsC.Leds

計數器的連接同理。
通過 Blink 程序，可以幫助我們理解 NesC 程序的構成和編程思路。這理解當然還有很多其他的技巧。