TinyOS、NesC程序开发经验谈

寒假留校准备跟导师一起学习WSN，但说实话我的研究方向是图像处理与模式识别，所以这段学习机会我也不知道如何把握，只是抱着“呆家中睡觉，不如在学校鬼混”！由于在学习WSN之前要涉及到TinyOS和NesC，所以查阅了许多文章。以下是一篇师兄的学习笔记，藉此为自己鼓劲！

自己当初不知到为什么，导师让我选做图像（在硕士一年级下学期时开发了人脸与指纹融合识别系统），还是无线传感器网络（WSN）时，我从导师偏向的介绍中坚定做WSN，之后虽然还有别的与WSN无关的项目去做，但知道自己主要研究方向是WSN。

05年11月和06年6月，两次参加Crossbow的培训，第一次是什么不懂，第二次是带着项目问 题过去的，自然收获也不一样了。1年半的编程，让我从刚开始的摸索到可以应付项目程序的需要，也算有所得了。离开实验室时，还给实验室留下一套实验系统， 也是个系统框架，可以扩展，听说实验室用我的那个框架还在开发新系统，很是高兴。
我之前有一些语言的开发经验，从刚开始的Basic，到C，VB，C++，VC和ASP，这些给我学习TinyOS和NesC有很好的帮助，不然我就不是 花上一个月熟悉它了。所以C的基础是必要的，熟悉NesC和tinyos比较好的方法是按照 ../tinyos/cygwin/opt/tinyos-1.x/doc/tutorial 中的几个lesson进行操作。以下是TinyOS、NesC程序开发经验谈。
一、 nesC的语法
NesC是标准C的扩展，应用背景是传感器网络这样的嵌入式系统，这类系统的特点是内存有限，存在任务和中断两类操作。NesC的语法和标准C基本没有区 别（NesC应该不能动态分配内存）。NesC程序的基本组成是Component，一个Component是一个*.nc文件。每个Component 可以完成一定的工作，一个app一般有一个称为“Main”的Component作为程序的执行体（类似于C的main函数），“Main”调用其他的 component以实现程序的功能。“Main”调用其他Component,以及一个Component调用其他的Component的方式是 “interface”的连接，Component “uses”的interface连接到其他component “provides”的interface。Interface可以看作函数声明的一种封装，一个interface的内容是几个函数的声明（没有函数的 定义），TinyOS系统提供了一系列interface（interface应该是由系统提供，不用自己写的）。可以理解为Interface是 Component的属性，函数是interface的属性。Component分为两类，“configuration”用来完成component之 间的连接，“module”用来完成该Component的功能（内容是“provides”的interface中函数的定义）。NesC定义了两类特 殊的函数，“command”和“event”。函数调用时，Command用“call”，event用“signal”，在一个component 中，provides的interface中的command函数必须被实现（在implementation中定义），uses的interface中 的event函数必须被实现。“async”指出这个command或者event可以在有中断时使用。为了协调任务和中断的执行，nesC使用 “atomic”指出该段代码“不可被打断”。另外定义了“task”封装一些代码来完成一个任务，系统有FIFO的task队列。不同的Task之间没 有优先级，但task可以被interrupt handler打断。为防止全局变量等公用数据被非正常修改，nesC规定只在task中进入公共的数据部分。
二、 学习nesC比较有效的过程
在系统附带的文档里../tinyos/cygwin/opt/tinyos-1.x/doc/tutorial 提供了8个lesson，是用来熟悉nesC语法用的。把lesson1（Blink）和lesson2（sense）看懂，并且按照后面练习中的要求修 改程序。做完之后，对于nesC的语法就比较熟悉了。之后看别的程序差不多就可以直接看源代码了。
三、 生成程序的结构图
很有用的功能，在程序的文件夹里，键入“make micaz docs”命令，可以在../doc/nesdoc/micaz目录下生成这个程序的结构图。通过看结构图来了解程序比较直观。另外，在编写程序的时候， 有一个问题，就是调试程序很困难。因此在编写完程序并且编译通过之后，可以先生成它的结构图，检查是否正确，作为调试程序的一个步骤。
四、 调试方法
在程序中尽量多得使用三个指示灯，是比较有效的调试方法。程序写完之后可以生成程序的结构图以及用listen命令读取消息包的类型。
五、 有用的链接
TinyOS tutorial: http://www.tinyos.net/tinyos-1.x/doc/tutorial/
TinyOS FAQ: http://www.tinyos.net/faq.html#SEC-43
TinyOS Programming, NesC Tutorial(这些网上可以下载到，没有找到的话，留下Email我给你发，对了我这也有TinyOS中文版和NesC中文版，但我建议还是英文原版的好，翻译过来的实在是...)
六、 一个程序示例
(实现RSSI信号的16个Node节点采集，请注意对应的文件名，烧制时注意节点ID号。以下是完整的 Node节点程序，PC程序为以前说的SNICI软件系统，这个程序加以修改可以得到声音定位程序，实验室现在在做视频无线传感器网络的是在 starget上实现的。)
/********************************************************************
Copyright (C), 2006-2007, by Enoch.
FileName: Rssi.h
Description: Hardware specific definitions for the MTS300/310.
*********************************************************************/

enum
{
INITIAL_TIMER_RATE = 1000,
INITIAL_TIMER_REAE_STEP = 8,
INITIAL_TIMER_DELAY = 1500
};

enum
{
BASE_NODE = 0,
MOVE_NODE = 100,
};

/********************************************************************
Copyright (C), 2006-2007, by Enoch.
FileName: RssiMsg.h
Description: RSSI tracking system.
*********************************************************************/

enum
{
TOTAL_NODE = 16
};

typedef struct RssiMsg
{
uint8_t addr;
uint16_t seq;
}RssiMsg;

typedef struct NodeUARTMsg
{
uint8_t fromaddr;
uint8_t rssi;
uint16_t seq;
}NodeUARTMsg;

typedef struct UARTMsg
{
uint8_t rssi[TOTAL_NODE];
uint16_t seq;
}UARTMsg;

enum
{
RSSI = 44,
};

/********************************************************************
Copyright (C), 2006-2007, by Enoch.
FileName: RssiM.nc
Description: RSSI tracking system.
*********************************************************************/

includes RssiMsg;
includes Rssi;

module RssiM
{
provides interface StdControl;
uses
{
interface Timer as TimerSend;
interface SendMsg as Sendtest;
interface ReceiveMsg as Receivetest;
interface SendMsg as UARTSend;
interface Leds;
}
}

implementation
{
TOS_Msg MoveData, UARTSendData, MoteSendData;
uint8_t rssi_value[TOTAL_NODE];
uint16_t seq = 0;
uint32_t i = 0;
task void SendData()
{
call UARTSend.send(TOS_UART_ADDR, sizeof(UARTMsg), &UARTSendData);
}
task void SendNodeData()
{
call Sendtest.send(TOS_BCAST_ADDR, sizeof(RssiMsg), &MoveData);
}
command result_t StdControl.init()
{
call Leds.init();
call Leds.greenOn();
for (i = 0; i < TOTAL_NODE; i++)
{
rssi_value[i] = 255;
}
seq = 0;
return SUCCESS;
}

command result_t StdControl.start()
{
/* Moving node start the timer */
if (TOS_LOCAL_ADDRESS == MOVE_NODE)
{
call TimerSend.start(TIMER_REPEAT, INITIAL_TIMER_RATE);
call Leds.greenToggle();
call Leds.redToggle();
}
else if (TOS_LOCAL_ADDRESS == BASE_NODE)
{
seq = 1;
}
return SUCCESS;
}

command result_t StdControl.stop()
{
if (TOS_LOCAL_ADDRESS == MOVE_NODE)
{
call TimerSend.stop();
}
return SUCCESS;
}
event result_t TimerSend.fired()
{
/* Moving node send message */
if (TOS_LOCAL_ADDRESS == MOVE_NODE)
{
RssiMsg* snd_msg = (RssiMsg*)MoveData.data;
// Data
snd_msg->addr = TOS_LOCAL_ADDRESS;
snd_msg->seq = ++seq;
call Sendtest.send(TOS_BCAST_ADDR, sizeof(RssiMsg), &MoveData);
call Leds.yellowToggle();
}
return SUCCESS;
}

event result_t Sendtest.sendDone(TOS_MsgPtr msg, result_t success)
{
call Leds.yellowToggle();
return SUCCESS;
}
/* Motes Reciece Message */
event TOS_MsgPtr Receivetest.receive(TOS_MsgPtr msgptr)
{
/* BASE mote recieve message to UART */
if (TOS_LOCAL_ADDRESS == BASE_NODE)
{
NodeUARTMsg* node_uart_msg = (NodeUARTMsg*)msgptr->data;
UARTMsg* uart_msg = (UARTMsg*)UARTSendData.data;
RssiMsg* snd_msg = (RssiMsg*)MoveData.data;
uint8_t node_addr = node_uart_msg->fromaddr;
uint16_t node_seq = node_uart_msg->seq;
uint8_t max_rssi = 255;
uint16_t max_node = 0;
if (((RssiMsg*)msgptr->data)->addr == MOVE_NODE)
{
if (((RssiMsg*)msgptr->data)->seq > 0)
{
/* Select the max rssi value node */
for (i = 0; i < TOTAL_NODE; i++)
{
uart_msg->rssi[i] = rssi_value[i];
}
// Data
uart_msg->seq = node_seq;
/* Upstream the data */
//call UARTSend.send(TOS_UART_ADDR, sizeof(RssiMsg), &MoveData);
//call UARTSend.send(TOS_UART_ADDR, sizeof(UARTMsg), &UARTSendData);
post SendData();
//post SendNodeData();
//call Sendtest.send(TOS_BCAST_ADDR, sizeof(RssiMsg), &MoveData);
for (i = 0; i < TOTAL_NODE; i++)
{
rssi_value[i] = 255;
}
rssi_value[node_addr-1] = node_uart_msg->rssi;
//call Leds.redToggle();
}
return msgptr;
}
else
{
/* data is recieved for saving */
rssi_value[node_addr-1] = node_uart_msg->rssi;
//call Leds.greenToggle();
}
}
/* Node proccess */
else if (TOS_LOCAL_ADDRESS > BASE_NODE && TOS_LOCAL_ADDRESS != MOVE_NODE)
{
RssiMsg* recv_rssi_msg = (RssiMsg*)msgptr->data;
NodeUARTMsg* send_mote_msg = (NodeUARTMsg*)MoteSendData.data;
if (recv_rssi_msg->addr == MOVE_NODE)
{
send_mote_msg->fromaddr = TOS_LOCAL_ADDRESS;
send_mote_msg->rssi = (int8_t)msgptr->strength;
send_mote_msg->seq = recv_rssi_msg->seq;
/* Delay send to base mote */
for (i = 0; i < TOS_LOCAL_ADDRESS * INITIAL_TIMER_DELAY; i++)
call Sendtest.send(BASE_NODE, sizeof(NodeUARTMsg), &MoteSendData);
}
else if (recv_rssi_msg->addr == BASE_NODE)
{
if (recv_rssi_msg->seq == TOS_LOCAL_ADDRESS)
{
call Leds.redOn();
}
else
{
call Leds.redOff();
}
}
}
return msgptr;
}
// UART Send Message
event result_t UARTSend.sendDone(TOS_MsgPtr msg, result_t success)
{
//call Leds.yellowToggle();
return SUCCESS;
}
}

/********************************************************************
Copyright (C), 2006-2007, by Enoch.
FileName: Makefile
Description: RSSI tracking system.
*********************************************************************/
COMPONENT = Rssi

XBOWROOT=%T/../contrib/xbow/tos

PFLAGS= -I$(XBOWROOT)/platform/micaz

# For MICA2 and MICA2DOT
#PFLAGS+= -I../../tos/platform/mica2 -I../../tos/CC1000RadioAck -I../../tos/lib/ReliableRoute -I%T/lib/Queue -I%T/lib/Broadcast -I%T/lib/Attributes

# For MICAZ
PFLAGS+= -I../../beta/tos/lib/CC2420Radio -I%T/lib/Broadcast -I%T/lib/Attributes

include ../MakeXbowlocal
include ${TOSROOT}/tools/make/Makerules