基于TinyOS的CC2420驱动组件的研究

　　引言

　　网络节点是构成无线传感器网络的基本单位，无线传感器网络节点有两种常用体系结构：Atmel AVR处理器+TinyOS[1]和MSP430+TinyOS[2]。本文采用ATmega128L+TinyOS的体系结构。因此，CC2420驱动组件设计应符合TinyOS的硬件抽象体系结构(Hardware AbSTractiON Architecture，HAA)[3]。TinyOS中将硬件抽象体系结构分为3层：硬件表示层(Hardware Presentation Layer，HPL)、硬件适配层(Hardware Adapation Layer，HAL)和硬件接口层(Hardware Interface Layer，HIL)。各层功能作用及具体设计原理在本文中作了细致的研究。CC2420是一款基于IEEE802.15.4协议的低功耗无线收发模块。本文根据硬件抽象体系结构的原则，对CC2420无线收发模块在TinyOS平台下的驱动组件设计作了深入的研究，这使得基于CC2420硬件的无线传感器网络(Wireless Sensor Network，WSN)应用程序的开发，可以与TinyOS操作系统的组件模型、主动消息、基于事件驱动等机制有效地结合起来，使应用程序具有代码量小、能耗少、并发性高等特点。

　　1 nesC语言及TinyOS操作系统

　　早期的面向传感器网络的操作系统TinyOS是用汇编和C语言开发的。但经研究发现，C语言并不能高效地完成传感器网络的应用开发。所以研究人员对C语言进行了一定的扩展，提出了一种新型的编程语言——支持组件化编程的nesC(C language for network embedded Systems)语言[4]。用nesC语言编写的TinyOS[56]，将轻量级线程、主动消息通信模型、事件驱动机制和组件化编程等技术相结合，是一种专门为无线传感器网络开发的微型操作系统，使面向传感器网络的操作系统及应用程序开发的复杂度大大降低，使程序的整体性能得到优化，提高了程序的健壮性和安全性。

　　图1 TinyOS组件模型体系结构

　　TinyOS采用组件模型，这种模块化的思想使得应用程序的编写更加方便、高效。程序开发人员可以方便快捷地将独立的组件组合到各种配件文件中，并在应用程序的顶层(toplevel)配件文件中完成程序的整体装配。TinyOS的组件模型体系结构如图1所示。

　　上层组件对下层组件发命令，下层组件向上层组件发信号通知事件，最底层的组件直接和硬件打交道。TinyOS中有3种类型的组件：硬件抽象组件、合成组件、高层软件组件。硬件抽象组件将物理硬件映射到TinyOS组件模型;合成组件模拟高级硬件行为;高层软件组件负责数据传输、控制、路由等。本文针对的是实际硬件上的抽象层。

　　2 节点硬件模块

　　节点采用ATmega128L微处理器和CC2420无线收发模块，硬件连接如图2所示。

　　图2 ATmega128L与CC2420的硬件连接