[发明专利]一种新型无线传感器网络操作系统

说明书

 

技术领域

本发明涉及一种应用于微处理器的网络操作系统，具体地说涉及通信与控制技术的基于单片机的网络操作系统。

背景技术

无线传感器网络系统主要由若干分布于特定监测区域内功能不同的传感器节点组成，每个节点功能的实现包括硬件设计与软件设计两大部分，其中软件程序设计可决定节点的功能及工作效果。由于目前很多无线传感器网络平台硬件部分都包含一种主控单片机作为数据处理核心，且由于单片机数据处理能力有限，所以目前很多节点软件程序部分通常会结合某款操作系统进行相应开发，使用操作系统可以在很大程度上提高单片机芯片的工作效率。

目前应用于无线传感器网络的操作系统主要有：1、美国加州大学伯克利分校开发的TinyOS无线传感器网络操作系统；2、TI德州科技公司为其CC2430及CC2530等无线单片机片上系统量身定做的Z-STACK协议栈内置操作系统；3、中国科学院无线通信研究室为使用Atmega 128+CC2420的GAINZ节点开发的GOS操作系统；4、其他移植版嵌入式操作系统等。

以上操作系统多数没有实现处理器的严格分时复用，虽可进行任务调度，但采用任务级轮换方式，前一任务完成运行才会调度下一任务。采用这种调度方式，处理器运行效率相对较低，且系统实时性相对较差。

此外，使用上述操作系统进行程序开发时，程序设计人员必须学习相当多的操作系统相关知识，理解操作系统基本概念才能进行程序设计，如任务、事件及调度等；对于某些操作系统除需了解这些知识外，还必须学习某种特定编程语言才能进行开发。因此，对使用操作系统进行程序开发或编写包含操作系统程序的系统设计者有较高的要求，导致部分初学者对操作系统相关的程序设计敬而远之。

发明内容

本发明为了解决上述技术问题而设计的一种新型无线传感器网络操作系统，使用该操作系统进行程序开发时，用户几乎无需掌握操作系统相关知识，只需学习单片机基本编程所使用的C51语言即可进行应用应该设计，可降低包含操作系统的程序开发难度。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种新型无线传感器网络操作系统，包括硬件设备初始化程序、操作系统初始化程序和多任务调度控制系统。其硬件初始化程序包括单片机初始化、无线射频单元初始化、用户操作指示电路初始化、传感器设备初始化和上位机通信电路初始化五部分组成；操作系统初始化程序包括设置系统运行状态、初始化时间片、初始化单片机计数器、初始化运行任务编号、初始化任务存储栈和运行栈、加载任务函数到任务栈存储区和加载运行任务到运行任务栈区；多任务调度控制系统包括系统管理单元、任务存储栈单元、任务运行栈单元、任务栈管理器、任务调度器和时间管理单元；系统管理单元用于控制当前操作系统中任务总数及各任务的运行状态，包括系统中现有任务数量、正在运行的任务号、系统时间片数据、运行中的任务状态数据及操作系统当前状态数据；任务存储栈单元通过任务存储栈保存任务初始状态数据及任务运行断点数据，包括任务入口地址数据和断点寄存器值；任务运行栈单元通过任务运行栈存储任务运行时的动态数据，包括函数嵌套及中断压栈数据；任务栈管理器转移或清除任务栈中存储的数据；任务调度器实现切换当前运行任务号及任务运行栈数据更新；时间管理单元通过单片机计数器实现中断操作，由中断发生间隔控制系统运行节拍实现多任务轮转运行。

所述的一种新型无线传感器网络操作系统，其系统管理单元中其任务数量用于表示此时操作系统中加载的任务数量，通过计算获得任务存储栈的使用情况；其正在运行的任务号表示当前系统中相应编号的任务正处于运行态，任务运行栈中的数据为该编号对应的任务数据；系统时间片数据表示当前运行任务的剩余时间片；运行任务状态数据表示正在运行任务可能处于的所有状态，包括就绪、冻结、结束和延时四种状态，是操作系统任务控制的必备任务属性，该属性也将存入任务存储栈的高地址区；操作系统当前状态数据表示系统的运行状态，包括启动、停止、死锁和空闲四种状态，用于指示操作系统当前的运行状况。 

所述一种新型无线传感器网络操作系统，其系统任务存储栈单元的任务入口地址为2字节，采用小端存储模式；断点寄存器值设置20字节，为静态存储空间，使用单片机片内存储区，实际使用中可根据需求设定，创建多个任务时，此部分空间按对应倍数增加。

所述一种新型无线传感器网络操作系统，其系统任务存储栈单元的任务入口地址为2字节，采用小端存储模式；断点寄存器值设置22字节，为静态存储空间，使用单片机片外存储区，实际使用中可根据需求设定，创建多个任务时，此空间按对应倍数增加。