Contiki入门学习【摘录】

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一、Contiki简介

Contiki是一个开源的、高度可移植的多任务操作系统，适用于联网嵌入式系统和无线传感器网络，由瑞典计算机科学学院（Swedish Institute of Computer Science）的Adam Dunkels和他的团队开发，已经应用在许多项目中。
        Contiki支持IPv4/IPv6通信，提供了uIPv6协议栈、IPv4协议栈（uIP），支持TCP/UDP，还提供了线程、定时器、文件系统等功能。Contiki是采用 C 语言开发的非常小型的嵌入式操作系统，针对小内存微控制器设计，典型的Contiki配置只需要2KB的RAM和40KB的ROM。
        Contiki具有以下特点：
        低功率无线电通信
        Contiki同时提供完整的IP网络和低功率无线电通信机制。对于无线传感器网络内部通信，Contiki使用低功率无线电网络栈Rime。Rime实现了许多传感器网络协议，从可靠数据采集、最大努力网络洪泛到多跳批量数据传输、数据传播。
        网络交互
        可以通过多种方式完成与使用Contiki的传感器网络的交互，如Web浏览器，基于文本的命令行接口，或者存储和显示传感器数据的专用软件等。基于文本的命令行接口是受到Unix命令行Shell的启发，并且为传感器网络的交互与感知提供了一些特殊的命令。
        能量效率
        为了延长传感器网络的生命周期，控制和减少传感器节点的功耗很重要。Contiki提供了一种基于软件的能量分析机制，记录每个传感器节点的能量消耗。
        由于基于软件，这种机制不需要额外的硬件就能完成网络级别的能量分析。Contiki的能量分析机制既可用于评价传感器网络协议，也可用于估算传感器网络的生命周期。
        节点存储：Coffee File System
        Contiki提供的Coffee File System（CFS）是基于Flash的文件系统，可以在节点上存储数据。
        编程模型
        Contiki是采用C语言开发，包含一个事件驱动内核。应用程序可以在运行时被动态加载和卸载。在事件驱动内核之上，Contiki提供一种名为protothread的轻量级线程模型来实现线性的、类线程的编程风格。Contiki中的进程正是使用这种protothread。此外，Contiki还支持进程中的多线程、进程间的消息通信。Contiki提供三种内存管理方式：常规的malloc、内存块分配和托管内存分配器。

二：Contiki源代码结构 

Contiki是一个高度可移植的操作系统，它的设计就是为了获得良好的可移植性，因此源代码的组织很有特点。本文为大家简单介绍Contiki的源代码组织结构以及各部分代码的作用。
        Contiki源文件目录可以在Contiki Studio安装目录中的workspace目录下找到。打开Contiki源文件目录，可以看到主要有apps、core、cpu、doc、examples、platform、tools等目录。下面将分别对各个目录进行介绍。
         core
        core目录下是Contiki的核心源代码，包括网络（net）、文件系统（cfs）、外部设备（dev）、链接库（lib）等等，并且包含了时钟、I/O、ELF装载器、网络驱动等的抽象。
         cpu
        cpu目录下是Contiki目前支持的微处理器，例如arm、avr、msp430等等。如果需要支持新的微处理器，可以在这里添加相应的源代码。
         platform
        platform目录下是Contiki支持的硬件平台，例如mx231cc、micaz、sky、win32等等。Contiki的平台移植主要在这个目录下完成。这一部分的代码与相应的硬件平台相关。
         apps
        apps目录下是一些应用程序，例如ftp、shell、webserver等等，在项目程序开发过程中可以直接使用。使用这些应用程序的方式为，在项目的Makefile中，定义APPS = [应用程序名称]。在以后的示例中会具体看到如何使用apps。
         examples
        examples目录下是针对不同平台的示例程序。Smeshlink的示例程序也在其中。
         doc
        doc目录是Contiki帮助文档目录，对Contiki应用程序开发很有参考价值。使用前需要先用Doxygen进行编译。
         tools
        tools目录下是开发过程中常用的一些工具，例如CFS相关的makefsdata、网络相关的tunslip、模拟器cooja和mspsim等等。
        为了获得良好的可移植性，除了cpu和platform中的源代码与硬件平台相关以外，其他目录中的源代码都尽可能与硬件无关。编译时，根据指定的平台来链接对应的代码。

三：快速开发第一个Contiki应用程序

 本文将介绍如何使用Contiki的进程模型方便快速地开发第一个应用程序。正如所有的程序设计学习一样，本文中的应用程序被命名为：Helloworld!
        1、建立项目文件夹
        Contiki中每一个应用程序都需要一个单独的文件夹，我们为Helloworld!建立一个名为helloworld的文件夹，并在其中创建hello-world.c和Makefile文件。为了方便，建议将文件夹放在Contiki的examples目录下。
        2、编写Helloworld!源代码
        在hello-world.c文件中输入或粘贴如下代码：

1. #include "contiki.h"
   
2. #include
   
3. 
   
4. /* 声明一个名为hello_world_process进程 */
   
5. PROCESS(hello_world_process, "Hello world process");
   
6. /* 这个进程需要自动启动，即当节点启动时启动本进程 */
   
7. AUTOSTART_PROCESSES(&hello_world_process);
   
8. 
   
9. /* hello_world_process进程的主体部分 */
   
10. PROCESS_THREAD(hello_world_process, ev, data)
    
11. {
    
12.     /* 所有的进程开始执行前都必须要有这条语句 */
    
13.     PROCESS_BEGIN();
    
14. 
    
15.     printf("Hello world :)\n");
    
16. 
    
17.     /* 所有的进程结束时都必须要有这条语句 */
    
18.     PROCESS_END();
    
19. }

复制代码

       是不是很简单，声明一个进程并声明为自动启动，定义进程主体，完成。
        3、编写Makefile
        在Makefile文件中输入或粘贴如下代码：

1. /* 项目名称（主文件名称） */
   
2. CONTIKI_PROJECT = hello-world
   
3. all: $(CONTIKI_PROJECT)
   
4. 
   
5. /* Contiki源文件根目录，根据您的实际情况修改 */
   
6. CONTIKI = ../..
   
7. /* 包含Contiki的Makefile，以实现整个Contiki系统的编译 */
   
8. include $(CONTIKI)/Makefile.include

复制代码

        4、编译项目
        在控制台/Shell中进入helloworld项目目录，运行如下命令：

1. make

复制代码

       这时编译的目标平台是默认的native平台。如果需要指定目标平台，可以使用TARGET参数，如：

1. make TARGET=native

复制代码

       编译成功后，项目目录下就会生成hello-world.[目标平台]的目标文件，如hello-world.native。如果您使用的是Linux操作系统，可以运行如下命令查看Contiki程序运行结果：

1. ./hello-world.native

复制代码

       运行结果如下所示：（由于Contiki还在运行，需要按Ctrl+C退出程序）

1. Starting Contiki
   
2. Hello world :)

复制代码

       至此，我们完成了第一个Contiki应用程序的开发，希望对大家快速上手Contiki有所帮助。
        总结一下，Contiki程序开发是以进程的方式实现。创建一个Contiki进程包含两个步骤，声明和定义，由两个宏分别完成。PROCESS(process_name, "process description")宏用于声明一个进程；PROCESS_THREAD(process_name, event, data)宏用于定义进程执行主体。
        如果进程需要在系统启动时被自动执行，则可以使用AUTOSTART_PROCESSES(&process_name)宏。该宏可以指定多个进程，如AUTOSTART_PROCESSES(&process_1, &process_2)，表示process_1和process_2都会在系统启动时被启动。
        进程执行主体代码中，必须以PROCESS_BEGIN()宏开始，以PROCESS_END()宏结束。这是由于Contiki特殊的进程模型导致的。此外，在进程中不能使用switch语句，慎重使用局部变量，同样也是因为Contiki进程模型的原因。在以后的文章中会详细地说明。

四：使用Contiki Studio 

良好的开始是成功的一半，良好的开发工具是成功开发的一半。开发者当然可以在提示符下make、vi、运键如飞，但若有了开发工具相助，就更是如虎添翼天神下凡。本文将介绍Contiki开发集成环境Contiki Studio的使用。Contiki Studio基于Eclipse，易用性强，因此熟悉Eclipse的开发者不会觉得陌生，不熟悉Eclipse的开发者也很快就能熟练操作。更多Contiki Studio的介绍请看 这里 。Contiki Studio的下载与安装请参考 Contiki Studio用户手册 。
        Contiki Studio运行后如下图所示。

        默认布局下，左侧是工作区文件树，显示工程下所有的文件；右侧上部是代码开发区，编辑程序源代码；右侧下部是其他窗口，包括警告错误窗口、编译输出窗口等等。接下来看看如何使用Contiki Studio编译Contiki应用程序。
        展开左侧目录区中的examples目录，找到01-hello-world项目，该项目中已经包含了helloworld示例程序，您也可以创建自己的项目（参见Contiki入门学习之三：快速开发第一个Contiki应用程序）。在项目目录上单击右键，在弹出菜单中选择“Make Targets”中的“Build...”，打开“Make Targets”窗口。

        点击“Add…”，打开“Create Make Target”窗口，按下图配置后，点击“OK”。其中TARGET的值可以按照您需要编译的目标平台来修改。

        添加之后的“Make Targets”窗口如下图所示。选中刚刚添加的Target，点击“Build”，开始编译。

        可以看到Console窗口不断输出编译过程信息，编译需要一点时间，请耐心等候。

        编译完成之后，可以看到项目目录下生成了hello-world.mx231cc文件（扩展名与您设定的目标平台相同）。