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GAPH www.inf.pucrs.br/~gaph TinyOS Guilherme Frederico Rohde Leonel Pablo Tedesco Sistemas operacionais embarcados.

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1 GAPH TinyOS Guilherme Frederico Rohde Leonel Pablo Tedesco Sistemas operacionais embarcados

2 GAPH Roteiro Motivação Características de redes de sensores Arquitetura de um sensor TinyOS Referências

3 GAPH Motivação Sensores –Detecção de luz, movimento, propriedades químicas, ruídos, pressão... –Tempo de vida –Requisito essencial: Confiabilidade Redes de sensores

4 GAPH Rede de sensores

5 GAPH Características de um sensor Pequeno tamanho físico e baixo consumo de potência Operações com alto grau de concorrência Paralelismo físico limitado e controle de hierarquia Diversidade de projeto e uso Robustez

6 GAPH Arquitetura de um sensor MCU LED´s Sensor de temperatura Sensor de Luz Rádio Porta serial Co-processador

7 GAPH Arquitetura de um sensor

8 GAPH Arquitetura de um sensor MCU (ATMEL AT90LS8535) –barramento de 8-bits –endereçamento de 16-bits –32 registradores de propósito geral de 8-bits –4 MHz e 3.0V –8 KB de memória flash para memória de programa –512 bytes para memória de dados

9 GAPH Arquitetura de um sensor LED´s –Representam saídas conectadas através de portas de input/output –Podem ser usados para mostrar valores de status

10 GAPH Arquitetura de um sensor Rádio (RF Monolithics MHz TR1000) –dispositivo de input/ouput assíncrono com restrições hard real-time –consiste de transceptor, antena e componentes para configuração de potência de sinal e sensibilidade –sinais de controle para configurar o modo de operação (transmissão, recepção, ou desligado)

11 GAPH Arquitetura de um sensor Sensor de temperatura (Analog Devices AD7418) –Conversores A/D –Utilização do barramento I 2 C –Até oito dispositivos podem ser conectados ao barramento serial, cada um com um único ID

12 GAPH Arquitetura de um sensor Porta serial –Processa dados em nível de bit em modo assíncrono –utiliza pinos de input/output conectados a um controlador UART

13 GAPH Arquitetura de um sensor Co-processador (AT90LS2343) –Tem a função de reprogramar o microcontrolador principal a partir de dados oriundos da rede –Pode ser usado pelo processador principal como dispositivo extra de armazenamento –Conectado a um controlador SPI (canal de dados serial síncrono) –Processa dados em nível de bit em modo assíncrono –2 KB de memória de instrução flash, 128 bytes de SRAM e EEPROM

14 GAPH TinyOS Sistema operacional projetado especificamente para redes de sensores Modelo de programação baseado em componentes, oferecido pela linguagem nesC, um dialeto de C

15 GAPH TinyOS Objetivos –Atender a requisitos de redes de sensores que utilizam a plataformas similares a descrita anteriormente –Gerenciar a capacidade do hardware de maneira eficiente –Oferecer suporte a operações com alto grau de concorrência –Modularidade –Robustez

16 GAPH TinyOS Sistema operacional basicamente consiste de: –um pequeno escalonador –grafo de componentes

17 GAPH TinyOS Componentes –tratadores de comandos –tratadores de eventos –frames de tamanho fixo –Tasks (tarefas)

18 GAPH TinyOS Frames –Estrutura de variáveis acessadas pelo componente ao qual ele pertence

19 GAPH TinyOS Comandos –requisições para componentes em nível mais baixo –os parâmetros de comando são armazenados no frame do componente que realizou a requisição e é criada uma tarefa pra a execução do comando –deve haver um retorno da chamada ao comando indicando o sucesso ou não da operação

20 GAPH TinyOS Eventos –interrupções provocadas por componentes de nível de abstração inferior –sinalização do término do serviço solicitado através de um comando e retorno do resultado da operação

21 GAPH TinyOS Tasks –operações que, uma vez iniciadas, precisam ser completadas (run-to-completion) –possuem tamanho atômico (por poderem ser preemptados por eventos) –enviam comandos para componentes de nível mais baixo –sinalizam eventos para componentes de nível mais alto –Podem chamar outras tarefas dentro de um componente –tasks são enfileiradas e executadas segundo o algoritmo FIFO

22 GAPH TinyOS

23 GAPH TinyOS componentes são divididos em três categorias: –abstrações de hardware –hardware sintético –componentes de software em alto nível

24 GAPH TinyOS Abstrações de hardware –modelam hardware físico em um modelo de componentes –RFM: exporta comandos para manipular pinos de input/output individuais conectados ao transceptor RFM e envia eventos informando outros componentes sobre a transmissão e recepção de bits –seu componente possui um frame informando seu estado corrente (que pode ser o modo de operação, transmissão ou recepção, taxa de envio de bits, etc)

25 GAPH TinyOS Hardware sintético Radio Byte –envia ou recebe dados do modulo RFM e sinaliza quando o byte inteiro foi completo –tarefas internas simplesmente codificam ou decodificam os dados –possui interface e funcionalidade similares aos do UART (interface entre a serial e o barramento do microprocessador): oferece os mesmos comandos e sinaliza os mesmos eventos, lidam com dados de mesma granularidade e realizam internamente tarefas semelhantes

26 GAPH TinyOS software de alto nível –realizam controle, roteamento e transformações de dados –exemplo modulo de mensagem: realiza a função de preencher buffers para transmissão de pacotes e despacha mensagens recebidas para seu lugar apropriado –exemplo: módulos de calculo de dados ou gravação de dados

27 GAPH TinyOS

28 GAPH TinyOS

29 GAPH PERGUNTAS ???

30 GAPH Bibliografia J. Hill, R. Szewczyk, A. Woo, S. Hollar, D. E. Culler, and K. S. J. Pister. System Architecture Directions for Networked Sensors. ACM,In Architectural Support for Programming Languages and Operating Systems, pages 93–104, S. Coleri, M. Ergen, T. John Koo.Lifetime Analysus of Sensor Networks with Hybrid Automata Modelling ACM, WSNA´02, september 28,pages , D. Gay, M. Welsh, P. Levis, E. Brewer, R. von Behren, D. Culler.The nesC Language: A Hostlistic Approach to Networked Embedded Systems. ACM, PLDI´03, june 9-11,pages P. Levis, N. Lee, M. Welsh, D. Culler.TOSSIM: Accurate and Scalable Simulation of Entire TinyOS Applications. ACM, SenSys´03, november 5-7, pages , TinyOS is available at


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