【摘要】：無線傳感網(wǎng)絡(luò)概念自被提出以來,在MAC、路由層協(xié)議、功耗、組網(wǎng)等方面獲得長足的研究與發(fā)展,并在工業(yè)現(xiàn)場監(jiān)控、無線抄表、智能建筑、智能家居等場景下有廣泛應(yīng)用。與實(shí)驗(yàn)階段的節(jié)點(diǎn)不同的是,安裝在實(shí)際應(yīng)用場景下的節(jié)點(diǎn)會(huì)因?yàn)榭陀^環(huán)境影響以及人造因素等產(chǎn)生與設(shè)計(jì)需求相偏離的變化,并且在一些環(huán)境下硬件更換的難度較大、成本較高,節(jié)點(diǎn)的軟件生命周期受限于外界因素而縮短,研究對已部署的節(jié)點(diǎn)進(jìn)行功能更新的重編程方法成為迫切而重要的課題。隨著嵌入式軟件設(shè)計(jì)方法的不斷進(jìn)步,針對無線傳感網(wǎng)絡(luò)的操作系統(tǒng)也越來越多受到關(guān)注與重視。首先,本文對無線傳感網(wǎng)絡(luò)的各操作系統(tǒng)進(jìn)行了詳細(xì)的比較與分析,并對現(xiàn)有的重編程方式以及無線代碼分發(fā)協(xié)議進(jìn)行了介紹與對比。本文選取事件驅(qū)動(dòng)型的微內(nèi)核操作系統(tǒng)Contiki作為研究對象,重點(diǎn)深入研究了其采用的Protothread線程原型,對該線程的優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行了總結(jié)分析。另外簡要介紹Contiki提供的一個(gè)完整的軟件平臺(tái)包括可以運(yùn)用在無線網(wǎng)絡(luò)的Rime通信協(xié)議棧,基于Flash存儲(chǔ)器的微日志文件系統(tǒng)Coffee,以及能夠運(yùn)行在8位微控制器上的微型TCP/IP協(xié)議棧uIP。其次,本文主要設(shè)計(jì)了重編程的兩種方案,一種是整體重編程,另一種動(dòng)態(tài)加載的重編程。整體重編程是傳統(tǒng)的IAP,該方式是將嵌入式生產(chǎn)力工具生成的二進(jìn)制可執(zhí)行文件完整覆蓋替代舊存儲(chǔ)區(qū)的裝載域文件,并重新引導(dǎo)系統(tǒng)啟動(dòng)而完成升級(jí)。第二種動(dòng)態(tài)加載模式采用了Contiki集成的ELF loader工具進(jìn)行可重入目標(biāo)模塊的解析、加載和運(yùn)行。在K64F硬件平臺(tái)上分別針對兩種重編程方式,進(jìn)行了軟件框架設(shè)計(jì)和試驗(yàn),并針對這兩種升級(jí)方式,在升級(jí)粒度和深度兩個(gè)維度上進(jìn)行了比較。同時(shí),本文針對重編程過程中文件的傳輸安全以及數(shù)據(jù)完整性進(jìn)行了可靠性設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn),提高映像文件升級(jí)的容錯(cuò)性。最后,對本文的研究進(jìn)行了總結(jié),提出在實(shí)施設(shè)計(jì)過程中出現(xiàn)的一些問題及不足。在可移植性方面,動(dòng)態(tài)加載方式還不能移植到采用非ELF可重定位文件的微處理器,這為下一個(gè)研究階段的的任務(wù)明確了方向。
[Abstract]:Since the concept of wireless sensor network (WSN) was proposed, it has gained considerable research and development in Mac, routing layer protocol, power consumption, networking and so on, and has been widely used in industrial field monitoring, wireless meter reading, intelligent building, smart home and so on. Different from the nodes in the experimental stage, the nodes installed in the practical application scenarios will deviate from the design requirements because of the objective environment and artificial factors, and the hardware replacement is more difficult in some environments. Because the cost is high and the software life cycle of nodes is limited by external factors, it becomes an urgent and important issue to study the reprogramming method for updating the functions of deployed nodes. With the development of embedded software design, more and more attention has been paid to the operating system of wireless sensor network. Firstly, the operating systems of wireless sensor networks are compared and analyzed in detail, and the existing reprogramming methods and wireless code distribution protocols are introduced and compared. In this paper, the event-driven microkernel operating system Contiki is selected as the research object, and the Protothread thread prototype is deeply studied, and the advantages and disadvantages of the thread are summarized and analyzed. In addition, a complete software platform provided by Contiki is briefly introduced, including Rime protocol stack which can be used in wireless network, micro log file system Coffeebased on Flash memory, and micro TCP / IP protocol stack uIPs which can run on 8-bit microcontroller. Secondly, this paper mainly designs two schemes of reprogramming, one is whole reprogramming and the other is dynamic loading reprogramming. Whole reprogramming is the traditional IAPs, which completely overwrites the load domain file instead of the old storage area by the binary executable generated by the embedded productivity tool, and reboots the system to complete the upgrade. The second dynamic loading mode uses the Contiki integrated ELF loader tool to parse, load and run the reentrant target module. Based on the K64F hardware platform, the software framework is designed and tested for two reprogramming methods, and the upgrade granularity and depth are compared. At the same time, this paper designs and implements the reliability of file transmission security and data integrity in the process of reprogramming to improve the fault tolerance of image file upgrade. Finally, the research of this paper is summarized, and some problems and shortcomings in the implementation of the design are put forward. In terms of portability, dynamic loading can not be transplanted to microprocessors with non-ELF relocatable files, which makes clear the direction of the next research stage.
【學(xué)位授予單位】：山東大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TP212.9;TN929.5

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本文編號(hào)：2131577