車(chē)載無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )監測系統設計方案2
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3．1 軟件整體設計
軟件設計是本設計的核心，關(guān)鍵在于軟件的總體架構和數據結構的設計。著(zhù)重要考慮的因素一個(gè)是效率，另一個(gè)是設計的清晰性。
車(chē)載系統軟件由網(wǎng)關(guān)節點(diǎn)與傳感器節點(diǎn)兩大部分組成，這兩部分都需要完成SMAC協(xié)議的移植，并根據不同需要為上層通信應用提供API接口函數。因為SMAC協(xié)議棧編程模型采用層次設計，只有底層的PHY和MAC程序層與硬件相關(guān)，而網(wǎng)絡(luò )層和應用層程序則不受硬件影響。SMAC在不同硬件平臺的移植只需修改PHY和MAC層，其上各層可以屏蔽硬件差異直接運行。
如圖3所示，本設計把軟件分為系統平臺層、協(xié)議層和應用層3層。同時(shí)，定義了3個(gè)API接口：系統層接口、協(xié)議層接口和應用層接口。系統層接口定義了硬件的寄存器映射，這樣C語(yǔ)言就能直接訪(fǎng)問(wèn)硬件寄存器來(lái)控制硬件。系統平臺層建立在μC／OS-II實(shí)時(shí)操作系統上，為協(xié)議層提供系統服務(wù)。硬件驅動(dòng)模塊提供硬件驅動(dòng)程序，所有對硬件的控制都通過(guò)該模塊提供的服務(wù)。系統平臺層通過(guò)協(xié)議層接口為協(xié)議層提供服務(wù)。協(xié)議層則實(shí)現了基于IEEE 802．15．4的物理層和鏈路層以及基于ZigBee的網(wǎng)絡(luò )層協(xié)議。應用層通過(guò)應用層接口來(lái)調用協(xié)議層提供的服務(wù)，實(shí)現網(wǎng)絡(luò )的管理和數據傳輸等任務(wù)。應用配置模塊既會(huì )調用協(xié)議層提供的網(wǎng)絡(luò )服務(wù)，也會(huì )直接對系統進(jìn)行配置和查詢(xún)，這主要是通過(guò)AT指令來(lái)實(shí)現的，因此該模塊會(huì )調用應用層接口和協(xié)議層接口提供的服務(wù)。
3．2 傳感器節點(diǎn)軟件設計
基于系統長(cháng)期使用的功能需求，傳感器節點(diǎn)中軟件設計的關(guān)鍵是既能實(shí)現所需的功能，又能最大限度地減少傳感器節點(diǎn)的能耗。
通過(guò)測試發(fā)現，ZigBee模塊的能耗要遠遠大于中央處理器和傳感模塊的能耗。因此，傳感器節點(diǎn)應用軟件的設計既要盡量使各模塊處于休眠狀態(tài)，又要盡量減少喚醒ZigBee模塊的次數。因此，在傳感器節點(diǎn)上電各功能模塊初始化完成、并加入了網(wǎng)絡(luò )后，即進(jìn)入休眠狀態(tài)，中央處理器周期地被定時(shí)喚醒向網(wǎng)關(guān)發(fā)送數據，并接收網(wǎng)關(guān)的命令。傳感器節點(diǎn)的工作流程如圖4所示。
3．3 網(wǎng)關(guān)節點(diǎn)軟件設計
車(chē)載網(wǎng)關(guān)向下管理傳感器節點(diǎn)，向上完成和PC監控中心的交互，需要進(jìn)行復雜的任務(wù)管理和調度，因此，采用基于uC／OS內核的嵌入式操作系統管理整個(gè)網(wǎng)關(guān)，為應用任務(wù)的高效運行提供良好的軟件平臺支撐。根據網(wǎng)關(guān)的功能需求，將μC／OS-II、SMAC協(xié)議有機的結合，構成一個(gè)網(wǎng)絡(luò )化的操作環(huán)境，用戶(hù)可以方便地在其基礎上開(kāi)發(fā)應用程序?；讦藽／OS-II擴展的網(wǎng)關(guān)軟件平臺結構如圖5所示?；讦藽／OS-II操作系統，分別構建系統任務(wù)SYS_task()、SMAC星型組網(wǎng)任務(wù)START_task()、網(wǎng)關(guān)和傳感器節點(diǎn)交互任務(wù)COMM_task()、PC臨控中心端口監聽(tīng)任務(wù)SER_task()等一系列應用任務(wù)，從而實(shí)現網(wǎng)關(guān)軟件的應用功能。
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