hanback electronics co., ltd. tinyos 구조와 스케줄러의 이해 ㈜한백전자 이철희

HANBACKELECTRONICS CO., LTD.

TinyOS 구조와 스케줄러의 이해

㈜한백전자이철희


NesC Programming Language

application:configuration

comp1:module

comp3

comp4comp2:configuration

• Components:– 구성

- module: C 로 구현- configuration:

select and wire– interfaces

- provides interface- uses interface

2무단 복사 및 전재 금지


Component




• Component 의 종류 :– configuration: 컴포넌트의 연결을 나타냄– module: 인터페이스의 동작을 기술 , 이벤트 핸들러 작성




• Configurations 의 연결 :configuration app { }implementation { components c1, c2, c3;

c1 -> c2; // implicit interface sel.c2.out -> c3.triangle;c3 <- c2.side;

}

• Configuration 의 부분 기술 :Component c2c3 { provides interface triangle t1;}implementation { components c2, c3;

t1 -> c2.in;c2.out -> c3.triangle;c3 <- c2.side;

}

C1

C2

C3

C2

C3




•modules:module C1 { uses interface triangle;} implementation { ... }module C2 { provides interface triangle in; uses { interface triangle out; interface rectangle side; }} implementation { ... }module C3 { provides interface triangle; provides interface rectangle;} implementation { ... }

C1

C2

C3



NesC Blink exampleblink.nc (configuration)

configuration Blink {}implementation { components Main, BlinkM, TimerC, LedsC; Main.StdControl -> TimerC.StdControl; Main.StdControl -> BlinkM.StdControl; BlinkM.Timer -> TimerC.Timer[unique("Timer")]; BlinkM.Leds -> LedsC;}



NesC Blink exampleblinkM.nc (module)module BlinkM { provides { interface StdControl; } uses { interface Timer as Timer; interface Leds; }}implementation { command result_t StdControl.init() { call Leds.init();

return SUCCESS;} command result_t StdControl.start() { call Timer.start(TIMER_REPEAT, 1000); return

SUCCESS; } command result_t StdControl.stop() { call Timer.stop();return SUCCESS; } event result_t Timer.fired() { call Leds.redToggle(); return SUCCESS; }}



Blink 의 구조• 컴포넌트 : Main, TimerC, LedsC, BlinkM

– /opt/tinyos-1.x/tos/system/Main.nc

configuration Main { uses interface StdControl;}implementation{ components RealMain, PotC, HPLInit;

StdControl = RealMain.StdControl; RealMain.hardwareInit -> HPLInit; RealMain.Pot -> PotC;}



Main.nc

• Component : RealMain, PotC, HPLInit

MainStdControl

RealMain

PotC HPLInit

Pot Hardwareinit

같은 interface 이므로 = 로 연결

Provide 와 use interface이므로 -> 로 연결



RealMain <-> HPLInitmodule RealMain { uses { command result_t hardwareInit(); interface StdControl; interface Pot; }}implementation{ int main() __attribute__ ((C, spontaneous)) { call hardwareInit(); call Pot.init(10); TOSH_sched_init(); call StdControl.init(); call StdControl.start(); __nesc_enable_interrupt(); while(1) { TOSH_run_task(); } }}

/opt/tinyos-1.x/platform/avrmote/HPLInit.nc

module HPLInit { provides command result_t init();}Implementation{ // Basic hardware init. command result_t init() { TOSH_SET_PIN_DIRECTIONS(); return SUCCESS; }}

Simple FIFO 스케줄러



RealMain<->PotCmodule RealMain { uses { command result_t hardwareInit(); interface StdControl; interface Pot; }}implementation{ int main() __attribute__ ((C, spontaneous)) { call hardwareInit(); call Pot.init(10); TOSH_sched_init(); call StdControl.init(); call StdControl.start(); __nesc_enable_interrupt(); while(1) { TOSH_run_task(); } }}

/opt/tinyos-1.x/system/PotC.ncconfiguration PotC{ provides interface Pot;}implementation { components PotM, HPLPotC; Pot = PotM; PotM.HPLPot -> HPLPotC;}

module PotM{ provides interface Pot; uses interface HPLPot;}implementation { …. command result_t Pot.init(uint8_t initialSetting) { setPot(initialSetting); return SUCCESS; } …..



RealMain<->BlinkMmodule RealMain { uses { command result_t hardwareInit(); interface StdControl; interface Pot; }}implementation{ int main() __attribute__ ((C, spontaneous)) { call hardwareInit(); call Pot.init(10); TOSH_sched_init(); call StdControl.init(); call StdControl.start(); __nesc_enable_interrupt(); while(1) { TOSH_run_task(); } }}

module BlinkM{ provides { interface StdControl; } uses { interface Timer as Timer; interface Leds; }}implementation { command result_t StdControl.init() { call Leds.init(); return SUCCESS; } command result_t StdControl.start() { call Timer.start(TIMER_REPEAT, 1000); return SUCCESS; } StdControl.stop() { call Timer.stop(); return SUCCESS; } event result_t Timer.fired() { call Leds.redToggle(); return SUCCESS; }}



사용된 Interface

• StdControl, Pot, hardwareInit(); interface StdControl{ command result_t init(); command result_t start(); command result_t stop();}

interface Pot { command result_t init(uint8_t initialSetting); command result_t set(uint8_t setting); command result_t increase(); command result_t decrease(); command uint8_t get();}

command result_t hardwareInit();




configuration TimerC { provides interface Timer[uint8_t id]; provides interface StdControl;}implementation{ components TimerM, ClockC, NoLeds, HPLPowerManagementM; TimerM.Leds -> NoLeds; TimerM.Clock -> ClockC; TimerM.PowerManagement -> HPLPowerManagementM; StdControl = TimerM; Timer = TimerM;}



TimerC

• TimerC 의 구조

TimerCTimer StdControl

TimerM

NoLeds ClockC HPLPowerManagementM

Leds Clock PowerManagement




module LedsC { provides interface Leds;}implementation{ uint8_t ledsOn; enum { RED_BIT = 1, GREEN_BIT = 2, YELLOW_BIT = 4 }; async command result_t Leds.init() { … return SUCCESS; } async command result_t Leds.redOn() {…} async command result_t Leds.redOff() {…} async command result_t Leds.redToggle() {…} …. async command uint8_t Leds.get() {…} async command result_t Leds.set(uint8_t ledsNum) {…}}




module BlinkM{ provides { interface StdControl; } uses { interface Timer as Timer; interface Leds; }}implementation { command result_t StdControl.init() {call Leds.init(); return SUCCESS; } command result_t StdControl.start() {call Timer.start(TIMER_REPEAT, 1000); return SUCCESS; } StdControl.stop() { call Timer.stop(); return SUCCESS; } event result_t Timer.fired() { call Leds.redToggle(); return SUCCESS; }}}



BlinkM <->LedsCmodule BlinkM{ provides { interface StdControl; } uses { interface Timer as Timer; interface Leds; }}implementation { command result_t StdControl.init() { call Leds.init(); return SUCCESS; } command result_t StdControl.start() { call Timer.start(TIMER_REPEAT, 1000); return SUCCESS; } StdControl.stop() { call Timer.stop(); return SUCCESS; } event result_t Timer.fired() { call Leds.redToggle(); return SUCCESS; }}

module LedsC { provides interface Leds;}implementation{ uint8_t ledsOn; enum { RED_BIT = 1, GREEN_BIT = 2, YELLOW_BIT = 4 }; async command result_t Leds.init() { … return SUCCESS; } async command result_t Leds.redOn() {…} async command result_t Leds.redOff() {…} async command result_t Leds.redToggle() {…} …. async command uint8_t Leds.get() {…} async command result_t Leds.set(uint8_t ledsNum) {…}}



TinyOS 프로그래밍



TinyOS

• 이미 구현된 다양한 컴포넌트를 적절하게 구성• Main 컴포넌트는 반드시 포함되어야 함

– C 에서 main() 을 포함하고 있음



개발환경과 도구• 제공된 CD 를 이용하여 환경구성• ncc: NesC 컴파일러• avr-gcc: ncc 컴파일 결과 파일 app.c 를

컴파일• Main.hex 생성• BlinkM 의 컴파일

– Cygwin 의 시작– cd /opt/tinyos-1.x/apps/Blink< 엔터 >– Make clean;make zigbex < 엔터 >– ls build/zigbex/



LED 의 제어• /opt/tinyos-1.x/apps/Blink 를 변경하여

원하는 LED 를 제어한다 .



Timer 의 제어• /opt/tinyos-1.x/apps/Blink 를 타이머 3 개를

사용하도록 수정• 타이머 3 개를 이용하여 세개의 LED 를 제어



Timer 의 설정• 타이머의 개수 설정• /opt/tinyos-1.x/tos/interfaces/timer.h

• Timer 를 12 개 사용하는 경우

#ifndef NTIMERS#if NESC >= 110#define NTIMERS uniqueCount("Timer")#else#define NTIMERS 12#endif#endifenum { TIMER_REPEAT = 0, TIMER_ONE_SHOT = 1, NUM_TIMERS = NTIMERS};

Makefile 에서 PFLAGS += -DNTIMERS=1225무단 복사 및 전재 금지


TINYOS• TinyOS (TOS) = atmega128 에서 수행 가능한

이미지• event-driven 구조• 단일 스택• 커널 없음 , 프로세스관리 없음 , 메모리관리 없음 ,

가상메모리 사용안함• Main 함수에서 구동되는 Simple FIFO 스케줄러



TINYOS 응용• TOS application = graph of components +

scheduler

CommunicationActuating Sensing Communication

Application (User Components)

Main (includes Scheduler)

Hardware Abstractions

• main {

// component initialization while(1) {

while(more_tasks) schedule_task;

sleep; } // while} // main



스케줄러• 스케줄링 :

– 2-level scheduling (events and tasks)– single shared stack, used by events and

function calls



Event 와 task 의 관계

Hardware

Interrupts

Events

Commands

Tasks

Relation between Tasks and Events

29


Task

• 타스크 :– 이벤트에 선점 가능– 함수의 호출– Signal 을 발생– 타스크에 의해 선점되지 않음 (simple FIFO)



event

• 이벤트 – 인터럽트에 의해 발생되는 요청• INTERRUPT(_output_compare2_)() { //

Hardware Timer Event Handler…

TOS_SIGNAL_EVENT(CLOCK_FIRE_EVENT)(); // Software event

…}



TinyOS 의 scheduling

Task QueueEmpty?

EventHandler

Sleep Run Task

timer

ADC

RF

UART

y

task1

task2

task3

task4

task5

task6

task7

Task exist

Interruptoccurs

Interrupt Vectors

Task Queue



TinyOS scheduler

Task queue

Task #1Task #2Task #...

Task #n-1Task #n

Interruptvectors

ADCtimer1UART0

SPIcompare

IfTask queueEmptyThensleep

scheduler

Task(i)

Command(i)sleep

Eventhandler

Command(j)

call

callreturn

return

No task

Task return

If queue != emptyThen execute TASK

Timer0 time out !!

interrupt

interrupt



하드웨어 구성• 하드웨어의 개념 :

– LED (pin numbering/HW wiring)– CLOCK (counter interrupt)– UART (baud rate control,

transfer)– ADC (ADC interrupt handling)– RFM (abstracts bit level timing,

RFM specific control logic)– 센서







ADC• the Sensor stack:

– 각종 센서를 센싱– ADC component– 데이터 요청 , 센싱이 끝날 때까지 대기







통신• 통신 스택 :

– RFM(bit level) 부터 시작– bit level abstracts away radio

specifics– byte level radio component

collects individual bits into bytes

– packet level constructs packets from bytes

– messaging layer interprets packets as messages







TINYOS 의 구성• /opt/tinyos-1.x

TinyOS 의 폴더



tos 의 구성

• interfaces: 구현된 interface 를 모아놓은 곳• system : CPU 중심적 컴포넌트와 스케줄러• Platform : TinyOS 를 사용하는 플랫폼을 정의• Types : TinyOS 메시지 해더를 정의



Group ID, address

• Group ID– Makefile 에 다음과 같이 정의하여 사용한다 .

(default 0x7D)– DEFAULT_LOCAL GROUP = 0xgid

(gid = 0~ff)

• Address– 0x007E UART 를 의미– 0xFFFF broadcast 를 의미– TOS_LOCAL_ADDRESS

• make ZigbeX reinstall.#• # 이 TOS_LOCAL_ADDRESS 즉 mote ID 이다 .



TOS Message 의 구성• Sync byte

– TOS Message 의 시작과 끝을 알림– 0x7E– 예

– 0: 항상 0x7E– 1:packet type

• 0x42 : ack 가 필요 없는 사용자 패킷• 0x41 : ack 가 필요한 사용자 패킷• 0x40 : 0x41 에 대한 응답 패킷• 0xFF : 형식이 없는 패킷

– 2…n-1 : payload data– N: 항상 0x7E



Sync byte 의 문제

• Payload data 에 sync byte 가 포함된 경우– 탈출 문자를 지정하여 sync byte 가 아님을 표시– 예 0x7D 0x7E (0x7D 가 탈출문자 )

• 탈출문자가 payload data 에 포함된 경우– 0x7D 다음데이터를 0x20 과 exclusive or 해서

표시– 예

• 0x7E -> 0x7D 0x5E• 0x7D -> 0x7D 0x5D

– RFC1662 참조



RAW Data Packet 1

• cygwin 에서 확인– 먼저 모트 두 개를 준비한다 .– 1 번 모트에 TOSBase 를 컴파일한 후 프로그램 한다 .– 2 번 모트에 OscilloscopeRF 를 컴파일한 후

프로그램 한다 .– 1 번 모트에 시리얼 젠더와 케이블을 연결한다 .– cygwin 을 시작해서 다음과 같이 입력하여 확인한다 .

• cd /opt/tinyos-1.x/tools/java• java net.tonyos.tools.ListenRaw COM1



TOS Message 의 구조

• TOS Message

– RAW 패킷의 payload 데이터– 0,1 : address – 2 : type-----– 3 : group ID– 4 : length– 5~n-2 : payload data– n-1~n : CRC16

• 각 type 에 대한 응용 프로그램확인



Type 과 응용 프로그램

• TOS 메시지를 확인 프로그램– java net.tinyos.tools.Listen– java net.tinyos.tools.ListenRaw

• 0x0A –Oscope Message - Oscilloscope– java net.tinyos.oscope.oscilloscope

• 0x11 – surge message – surge– java net.tinyos.surge.MainClass 125(group)

• 0x03 – mhop Message – surge• 다른 형식의 메시지도 사용자가 정의하여

사용가능



TOS Message 확인

• cygwin 에서 다음명령으로 확인• java net.tinyos.tools.Listen

– FFFF : address 0A:Oscope Message– 7D : group ID 1A: Length



TOS Message 의 응용프로그램

• Oscope 메시지를 받아서 표시– java net.tinyos.oscope.oscilloscope– 파형이 안보이면

scrolling 클릭


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