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無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )中的nesC嵌入式編程語(yǔ)言
作者：
時(shí)間：2010-07-02
來(lái)源：網(wǎng)絡(luò )
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引 言
無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )是目前國內外研究的熱點(diǎn)之一，它是由大量廉價(jià)的傳感器節點(diǎn)組成，通過(guò)有線(xiàn)／無(wú)線(xiàn)通信方式自組織形成的網(wǎng)絡(luò )系統，相互協(xié)作地感知周?chē)臄祿?。由?a class="contentlabel" href="http://dyxdggzs.com/news/listbylabel/label/無(wú)線(xiàn)">無(wú)線(xiàn)傳感器節點(diǎn)是一種典型的資源受限的嵌入式系統，需要一個(gè)微型的操作系統來(lái)組織和管理硬件，實(shí)現應用軟件的功能。TinyOS是美國加州大學(xué)伯克利分校針對無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )而設計的一個(gè)基于事件驅動(dòng)的微型操作系統，最初是用匯編和C語(yǔ)言實(shí)現的。由于C語(yǔ)言不能有效、方便地滿(mǎn)足面向傳感器網(wǎng)絡(luò )的應用開(kāi)發(fā)，其目標代碼比較長(cháng)，經(jīng)進(jìn)一步研究設計出了支持組件化的新型編程語(yǔ)言――nesC。其最大的特點(diǎn)是，將組件化／模塊化思想和基于事件驅動(dòng)的執行模型相結合?，FTinyOS操作系統和基于TinyOS的應用程序都是用nesC語(yǔ)言編寫(xiě)的，大大提高了應用開(kāi)發(fā)的方便性和應用執行的可靠性。本文以WSN為背景，通過(guò)一個(gè)基于TinyOS的燈閃爍實(shí)例――Blink，詳細介紹nesC語(yǔ)言的結構以及用該語(yǔ)言如何實(shí)現組件化／模塊化的應用程序，為深入研究TinyOS的應用開(kāi)發(fā)提供一種實(shí)現方法。
1 nosC語(yǔ)言結構
nesC是C語(yǔ)言的擴展，精通C語(yǔ)言的程序員掌握這種語(yǔ)言相對比較快。與C語(yǔ)言的存儲格式不同，用nesC語(yǔ)言編寫(xiě)的文件是以“．nc”為后綴。每個(gè)nc文件實(shí)現一個(gè)組件功能(組件化／模塊化)。在nesC程序中，主要定義兩種功能不同的組件――模塊(module)和配件(configuration)。
模塊主要用于描述組件的接口函數功能以及具體的實(shí)現過(guò)程，每個(gè)模塊的具體執行都由4個(gè)相關(guān)部分組成：命令函數、事件函數、數據幀和一組執行線(xiàn)程。其中，命令函數是可直接執行，也可調用底層模塊的命令，但必須有返回值，來(lái)表示命令是否完成。返回值有3種可能：成功(見(jiàn)BlinkM．nc代碼部分)、失敗、分步執行。事件函數是由硬件事件觸發(fā)執行的，底層模塊的事件函數跟硬件中斷直接關(guān)聯(lián)，包括外部事件、時(shí)鐘事件、計數器事件。一個(gè)事件函數將事件信息放置在自己的數據幀中，后通過(guò)產(chǎn)生線(xiàn)程、觸發(fā)上層模塊的事件函數、調用底層模塊的命令函數等方式進(jìn)行相應處理，因此節點(diǎn)的硬件事件會(huì )觸發(fā)兩條可能的執行方向――模塊間向上的事件函數調用和模塊間向下的命令函數調用。
配件主要是描述組件不同接口的關(guān)系，完成各個(gè)組件接口之間的相互連接和調用。相關(guān)執行部分主要包含提供給其他組件的接口和配件要使用的接口的組件接口列表和如何將各個(gè)組件接口連接在一起的執行連接列表。
模塊和配件的定義格式如下：
在模塊中，關(guān)鍵字“implementation”必須包含實(shí)現模塊提供和使用接口聲明的全部命令和事件。在配件中，關(guān)鍵字“implementation”定義執行部分，連接用“->”、“=”、“-”等符號表示，“->”表示位于左邊的組件接口要調用位于右邊的組件接口。
不管是模塊還是配件，每個(gè)組件都包含了定義和實(shí)現兩部分。被提供者和被使用者都是通過(guò)調用接口來(lái)實(shí)現各個(gè)接口的通信和函數的功能，不同的模塊也可以實(shí)現相同的接口。接口可以是命令和事件，也可以是單獨定義的一組命令。在應用程序中存在多個(gè)配置文件，并且配件之間存在一個(gè)層次關(guān)系，最上面的為頂層配件文件(每個(gè)應用程序必須有一個(gè)頂層配件)，定義了Main組件接口與其他組件接口的連接方式以及各個(gè)接口間的調用關(guān)系。具體框架圖可參見(jiàn)文獻[6]中的關(guān)于nesC的一般結構。
2 nesC應用程序的分析
每一個(gè)nesC應用程序都是由一個(gè)或多個(gè)組件通過(guò)接口鏈接起來(lái)，并通過(guò)ncc／gcc編譯生成一個(gè)完整的可執行程序。下面以TinyOS軟件中的Blink應用程序為例，具體介紹nesC應用程序結構。
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