第五章 感測網路發展工具相關知識
5.4 TinyOS 與 nesC 語言
5.4.1 介紹
ㄧ般的作業系統都是量大且複雜的程式，也並沒有內建能量管理機制；在感 測網路的作業系統中，有越來越多的限制，除了必須具備能源管理機制外，對於 資料處理的即時性，或是隨時回應硬體的能力等，都是必備的條件，以下簡單的 列出感測網路的作業系統所具備的幾項特性：
z 緊密性：感測網路作業系統是在有限記憶體空間的小型嵌入式系統內執
行，所以作業系統必須儘可能的小。
z 簡單化：雖然感測網路的作業系統必須很小，但仍然必須具備簡單的多
工作(Multi-Tasking)處理及記憶體管理。
z 可靠性：由於感測器在感測網路中並沒有辦法手動將感測器重置，所以 作業系統必需要求所有具有效性的設備(如看門狗計時器)都有一定的 可靠度及自我保持能力(Self-Maintenance)。
z 遠端操控：在無線感測網路的作業系統中，還必須能夠被遠端的裝置重 新程式化或是對遠端裝置下達重新程式化的命令。
z 省電：對電力受到限制的感測網路而言，省電是最重要的工作，而作業 系統就是要能夠儘可能的使系統的運作時間達到最少。
在本論文的感測器中，內部的作業系統是一套由美國柏克萊大學所開發，稱 作 TinyOS 的作業系統，其專門用在具無線通訊能力、具自組網路能力及要求低 消耗功率的小型嵌入式裝置中，而其所使用的語言也是由柏克萊大學所自行研 發，一種稱作 nesC 的語言，其結合了標準 C 語言及 JAVA 兩種語言的優點。
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5.4.2 TinyOS 簡介
TinyOS[8]是一套是由加州大學的伯利克分校開發出來的作業系統，具開放 性原始碼，並且支援多種的無線網路協定標準，如圖 5-4 所示，由圖中可知，低 傳輸率和短距離傳送之通訊協定標準的嵌入式系統硬體裝置，均適合在 TinyOS 的環境下運作。
圖 5-4 TinyOS 支援各種低傳輸率及短距離之通訊協定
TinyOS 是由各種不同的物件程式所組成，當然使用者也可以依不同的應用 需求，自行設計各種不同元件程式的功能；在 TinyOS 的應用中，每個應用都是 採用模組化的設計，將各種不同功能的物件組合成使用者所要求的功能，所以它 的程序核心往往都很小（一般來說核心程式大概在 400Bytes 左右），能夠突破感 測器儲存資源少的限制，這能夠讓 TinyOS 很有效的運行在無線感測器網路上並 去執行相應的管理工作等。
TinyOS 的應用模組中，每個物件間的關係是透過”配線(Wired)”的概念，建 立物件與物件間的關係，且只有透過配線建立關係的兩個或多個物件才可以完成 下命令或是回傳信號等功能；而每個物件除了建立關係外，還必須有個溝通的窗 口，在 TinyOS 的物件中，是以『介面(Interface)』的概念，藉由介面與連線的概 念，讓物件與物件具備溝通的管道及窗口。
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TinyOS 的特點：
z Component-based Architecture
TinyOS 提供一系列的物件，一個應用程式可以通過”配線(Wired)”的概 念將各種物件連接起來，以完成它所需要的功能。
z Event-driven Architecture
TinyOS 則是採用事件驅動的執行方式，即在一般的情況下，裝置是在 閒置或是睡眠的狀態下，當有外部中斷或事件的發生，才會驅動裝置內應 用程式，並依據所發生中斷或事件的型態，決定該執行哪部份的程式 z Tasks And Events Concurrency Model
Tasks 一般用在對於時間要求不是很高的應用中，且 tasks 之間是平等 的，即執行時是按照先後順序，而不能搶先執行，一般為了減少 tasks 的運 行時間，要求每一個 task 都很短小，能夠使系統的負擔較輕； events 一般 用在對於時間的要求很嚴格的應用中，而且它可以執行優先權優於 tasks 和 其他 events 執行，它可以被一個操作程序的完成或是來自外部環境的事件 觸發，在 TinyOS 中一般由硬體中斷處理來驅動事件。
z Split-phase Operations
由於 tasks 之間不能互相搶先執行，所以 TinyOS 沒有提供任何阻塞 操作，為了讓一個耗時較長的操作盡快完成，一般來說都是將對這個操作 的需求和這個操作的完成分開來實現，以便獲得較高的執行效率。
5.4.3 nesC 語言簡介
nesC 是一套結合 C 語言及 JAVA 兩種程式語言之概念的新程式語言，其主 要的設計概念是採用 JAVA 的純物件導向的特性，再加上 C 語言『指標』的概 念，補足 JAVA 無法對記憶體存取的缺點，讓程式設計者在設計程式時更具備靈 活性，TinyOS 應用中的程式碼即是用 nesC 語言撰寫。
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