实验4：基于IAR的Contiki系统在CC2530下的移植

更新时间：2023-11-11 14:26:01 阅读量：教育文库文档下载

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实验4:基于CMOS图像传感器的图像测量推荐度：
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基于 IAR 的 Contiki 系统在 CC2530 下的移植

摘要

本文简要介绍了 Contiki 系统和 6Lowpan IPv6 协议标准以及相对于 zigbee 的技术优势，并介绍了 Contiki 系统的源代码目录结构以及各个目录代码的功能。

之后逐步讲述了在 IAR EW8051 v7.51 开发工具下移植 Contiki 到 CC2530 芯片的

准备工作、详细步骤、IAR 工程建立和设置工程选项等，并编写一个应用程序进

行测试，实现两个 LED 灯的交替闪烁。

前言

作系统的线程管理、线程同步语等，而且具有电源管理、文件系统、动态加载、

基于 uIPv6 的网络协议栈等更为全面的功能，是非常适用于物联网应用的操作系

统。本文介绍将该系统移植到 TI 的 CC2530 芯片上，为了便于调试，开发环境

选用 IAR for 8051 V7.51A 版本。本文将详细介绍从移植内核到移植网络协议栈，

最终完成一整套应用的过程。

目前，大多数的无线自组织网络以 Zigbee 的应用为主，但是 Zigbee 协议栈

基本都是由半导体企业垄断，不开放源代码，并且协议复杂，应用程序开发难。

此外，zigbee 标准已经在新版本的 SEP2.0 智能电网标准中采纳 6Lowpan，这正

式标志着 zigbee 开始走下坡路，zigbee 已成为昨日黄花。庆幸的是，Contiki 出

现了，Contiki 是由瑞典计算机科学学院（Swedish Institute of Computer Science）

的 Adam Dunkels 和他的团队开发的。它开源、免费，易于移植，并且已经在许

多商业产品中获得了成功的应用。

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操作系统 Contiki 是比较适合于无线传感网络的操作系统。它不但有基本操

本文将宣告 Zigbee 及 Zigbee Pro 的终结，操作系统 Contiki 的 uIPv6 网络协

议基于 IEEE 802.15.4，实现了 6Lowpan、RPL、Coap 协议。由于采用了 IPv6 作

为组网协议，具有海量的地址空间，易于与互联网相连接，实现端到端的物物互

联网络，具有无法比拟的优越性，这将是物联网未来的发展方向和必然趋势。

1 Contiki 基本认识

1.1 下载源代码

操作系统 Contiki 完全开源、免费，目前，最新版本是 2.5，可以从网上下载

到源代码，下载地址：

http://sourceforge.net/projects/contiki/files/Contiki/Contiki 2.5/ 1.2 认识代码结构

整体源代码目录结构

下载到源代码后，解压缩，可以看到代码架构如图 1.1 所示。

图 1.1 contiki 代码架构图

下面详细介绍下代码结构：

apps：测试应用程序，这是与硬件无关的部分，不需要移植，主要例程是基于

uIPv6 的网络测试，如 email、ftp、dhcp、ping6 等。

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core：内核代码，这其中有与内核相关的部分，也有与内核无关的部分，后面

再做详细介绍。

cpu：处理器代码，这是与处理器相关的部分。将 Contiki 移植到某一特定的处

理器，仅仅需要修改该文件夹的内容即可，这部分与具体的硬件评估板无关。该

文件夹内，每一个文件夹对应了一个处理器。

examples：测试例程，有一部分是与上位机相关的，这部分代码有是的基于

contiki 的，有的是基于 java 的。

platform：平台相关代码，针对不同的评估板。同样的处理器可能有不同的硬

件评估板，这部分是针对特定评估板的应用程序入口。

doc：文档目录，该目录下存放了 Contiki 的介绍，以及帮助文档，读者在遇到

困难的时候，可以来这里寻找解决方案。

tool：工具，包含了一些测试工具。大部分测试工具是基于 java 开发的，因此，

与操作系统无关，在 windows、linux 或者是 mac os 上只要装上了 java 虚拟机，

都可以运行。如测试基于 IPv6 的传感器测试工具 cooja 就在目录下，该工具可以

在 java 环境下，模拟仿真出传感器网络的环境，对于开发调试有重要意义。具

体，读者可以参考原厂的相关技术手册。

其它文件：是关于 Contiki 介绍以及相关说明的文档，读者可以根据需要阅读。

内核源代码目录结构

本节主要介绍下内核结构。contiki 内核代码在 core 目录下，具体代码结构

体如图 1.2 所示。下面详细介绍下每一个目录的功能结构：

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图 1.2 Contiki 内核代码结构图

cfs：coffee 文件系统相关代码，这部分是与硬件无关的。需要移植的部分在 cpu

或者 platform 目录下。

ctk：GUI 以及 VNC 功能实现。Contiki 可以运行在 x86 平台下，可以当做一个

桌面的操作系统使用。因此，GUI 是必不可少的部分，该目录实现的就是这部分

功能。这部分也是与硬件无关的，具体移植的部分不再这里。

dev：该目录是一些外部设备驱动，是与硬件相关的部分，但是通常仅仅需要配

置，但不需要做过多的源代码修改。如 DM9000A、CC2520 的驱动就这这部分。

这些外设可以挂接在不同的处理器上，仅仅配置下地址，驱动实现的源代码都是

相同的。

lib：一些基本操作的函数库实现，这也是与硬件无关的，不需要移植。如 CRC

校验、ringbuf 管理、内存分配管理等都是在这里实现的。

loader：动态加载相关文件，相当于 windows 操作系统对动态连接口 dll 的处

理。个人认为，这部分代码比较混乱。里面有与处理器相关的部分，也有与处理

器无关的部分。由于不同处理器堆栈管理不同，以至于对动态加载有所不同，于

是就需要针对不同处理器做一些接口移植工作。很遗憾的是这部分代码比较混乱。

net：网络相关代码，这部分也是与硬件无关的。具体的驱动是在 dev 或者 cpu

目录下实现的。这部分由为 mac 层、rime 层、rpl 层以及 uIPv6 组成，每一部分

都是无线传感网络的有机组成部分，不可缺少。

sys：系统内核相关目录，这部分是与操作系统内核相关的部分，与具体的硬件

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平台无关。

1.3 其它部分源代码

Contiki 是免费开源的操作系统，但是学习资料短缺，对于初学者是一个极

大的挑战。庆幸的是，Internet 时代网络发达，很多的热心人在学习的过程中将他们的心得写成文档发表，对于后学者可以说是一大帮助。目前，关于系统更详

细的介绍，应用程序设计更深一步的了解，读者可以到网站：

www.iotdev.net 以及

http://blog.chinaunix.net/uid/9112803/frmd/24079.html 学习了解。在此，非常

感谢各位 Contiki 爱好者，你们提供的学习教程，对 Contiki 6Lowpan 的初学者提

供了极大的帮助。

2 系统内核移植

本章通过将 Contiki 移植到 CC2530 的过程，逐步介绍 Contiki 操作系统内核

的移植过程。Contiki 是一个非可剥夺性内核，移植非常简单。本章仅仅实现的

是一个能够调度的内核，关于动态加载、文件系统、网络协议栈的移植都不在讨

论范围内。

2.1 移植准备

官方的 Contiki 源码是在 Linux 开发环境进行的，移植到 IAR，首要解决的

就是 GCC 与 IAR 之间的差异，这主要包括：

GCC 是用 makefile 来管理工程编译，而 IAR 是 IDE，在 IAR 的 IDE 中需要

添加那些文件，不需要添加那些文件，也是需要考虑的重点；

嵌入式汇编，GCC 内嵌汇编与 IAR 内嵌汇编格式差异甚大，需要全面修改 Contiki 出现内嵌汇编的地方；

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{

unsigned short i;

unsigned char cclkconcmd; unsigned char cclkconsta; // Configure clock to use XOSC SLEEPCMD &= ~OSC_PD;

while (!(SLEEPSTA & XOSC_STB)); __asm(\

/* Require 63us delay for all revs */ for (i=0; i<0x505; i++) { __asm(\} CLKCONCMD = (0x00 | OSC_32KHZ_XOSC); /* 32MHz XOSC */ while (CLKCONSTA != (0x00 | OSC_32KHZ_XOSC)); SLEEPCMD |= OSC_PD; /* turn off 16MHz RC */ /* turn on 16MHz RC and 32MHz XOSC */ /* wait for 32MHz XOSC stable */

/* chip bug workaround */

CLKCONCMD |= TICKSPD_B2 | TICKSPD_B1 | TICKSPD_B0;/*tickspeed 250 kHz*/ cclkconcmd = CLKCONCMD; do{ cclkconsta = CLKCONSTA; }while(cclkconcmd != cclkconsta); __asm(\

} 文件 sys_handler.h 中主要实现的是对 sys_handler.c 中函数的声明以及一些配

置信息，这里就不列举其中的代码实现了。

最后，主要是为 cpu\\cc2530\\clock.c 文件添加处理代码，实现操作系统的移

植。该文件主要完成系统时钟初始化、系统 tick 处理等功能。clock.c 的头文件

声明在 core\\sys\\clock.h 下。clock.c 的具体代码实现如程序清单 2.5 所示。

程序清单 2.5 clock.c 的具体代码实现

/*******************************************************************************************

** 头文件包含 *******************************************************************************************/ #include #include \IOTDev.net 物联网开发论坛编制

#include \#include \#include \

/*******************************************************************************************

** Sleep timer runs on the 32k RC osc, One clock tick is 7.8 ms

*******************************************************************************************/

#define TICK_VAL (32768/128)

#define MAX_TICKS (~((clock_time_t)0) / 2)

/******************************************************************************************* ** 全局变量定义 *******************************************************************************************/ // Used in sleep timer interrupt for calculating the next interrupt time static unsigned long timer_value; // starts calculating the ticks right after reset static volatile clock_time_t count = 0; // calculates seconds static volatile clock_time_t seconds = 0; /******************************************************************************************* ** Function name: clock_delay ** Descriptions: 时钟延时控制，One delay is about 0.6 us, so this function delays for len * 0.6 us ** Input parameters:无 ** Output parameters: 无 ** Returned value: 无 *******************************************************************************************/ void clock_delay(unsigned int len) { unsigned int i; for(i = 0; i< len; i++) { __asm(\} } /******************************************************************************************* ** Function name: clock_wait ** Descriptions: Wait for a multiple of ~8 ms (a tick) ** Input parameters:无 ** Output parameters: 无 ** Returned value: 无 IOTDev.net 物联网开发论坛编制

*******************************************************************************************/

void clock_wait(int i) {

clock_time_t start; start = clock_time();

while(clock_time() - start < (clock_time_t)i);

}

/*******************************************************************************************

** Function name: clock_time ** Descriptions:获取时钟计数 ** Input parameters:无 ** Output parameters: 无 ** Returned value: 当前时钟计数值 *******************************************************************************************/ clock_time_t clock_time(void) { return count; } /******************************************************************************************* ** Function name: clock_seconds ** Descriptions:获取当前时钟秒数 ** Input parameters:无 ** Output parameters: 无 ** Returned value: 当前时钟计数值，以秒为单位 CCIF unsigned long clock_seconds(void) *******************************************************************************************/ { return seconds; } /******************************************************************************************* ** Function name: clock_init ** Descriptions:时钟初始化 ** Input parameters:无 ** Output parameters: 无 ** Returned value: 无 *******************************************************************************************/ void clock_init(void) { //Initialize tick value timer_value = ST0; IOTDev.net 物联网开发论坛编制

// sleep timer 0. low bits [7:0] 17

timer_value += ((unsigned long int)ST1) << 8; timer_value += TICK_VAL;

ST2 = (unsigned char) (timer_value >> 16); ST1 = (unsigned char) (timer_value >> 8); ST0 = (unsigned char) timer_value; IEN0 |= B_STIE; EA = 1;

// middle bits [15:8]

// init value 256

timer_value += ((unsigned long int)ST2) << 16; // high bits [23:16]

// interrupt enable for sleep timers.

// STIE=Interrupt mask, CPU

} /******************************************************************************************* ** Function name: cc2530_clock_ISR ** Descriptions:时钟 tick 中断服务函数 ** Input parameters:无 ** Output parameters: 无 ** Returned value: 无 ** Created by:任海波 ** Created Date: 2012-06-21 *******************************************************************************************/ #pragma vector= ST_VECTOR __interrupt void cc2530_clock_ISR( void ) { EA = 0; /*interrupt disable*/ /* When using the cooperative scheduler the timer 2 ISR is only required to increment the RTOS tick count. */ /*Read value of the ST0,ST1,ST2 and then add TICK_VAL and write it back. Next interrupt occurs after the current time + TICK_VAL*/ timer_value = ST0; timer_value += ((unsigned long int)ST1) << 8; timer_value += ((unsigned long int)ST2) << 16; timer_value += TICK_VAL; ST2 = (unsigned char) (timer_value >> 16); ST1 = (unsigned char) (timer_value >> 8); ST0 = (unsigned char) timer_value; ++count; /* Make sure the CLOCK_CONF_SECOND is a power of two, to ensure that the modulo operation below becomes a logical and and not an expensive divide. Algorithm from Wikipedia: IOTDev.net 物联网开发论坛编制

http://en.wikipedia.org/wiki/Power_of_two */

#if (CLOCK_CONF_SECOND & (CLOCK_CONF_SECOND - 1)) != 0

#error CLOCK_CONF_SECOND must be a power of two (i.e., 1, 2, 4, 8, 16, 32, 64, ...). #error Change CLOCK_CONF_SECOND in contiki-conf.h. #endif

if(count % CLOCK_CONF_SECOND == 0) { ++seconds; }

if(etimer_pending() &&

(etimer_next_expiration_time() - count - 1) > MAX_TICKS) { /*core/sys/etimer.c*/ etimer_request_poll(); } /*IRCON.STIF = Sleep timer interrupt flag. This flag called this interrupt func, now reset it*/ IRCON &= ~B_STIF; /*interrupt enable*/ EA = 1; } 2.5 重定向 printf 接口

函数 printf 是 C 语言编程的一个标准 IO 函数，在 PC 编程中他输出信息到

控制台窗口，给用户提示应用程序的执行过程。在嵌入式编程中，可能没有 CRT

显示器，但是该函数支持重定向。例如，可以将该函数执行到从串口输出，通过

串口可以查看相应的调试信息以及应用程序执行信息。这在开发调试应用程序的

过程中是非常重要的。

2.6 编译工程

移植代码已经编写完毕，现在利用 IAR 的 IDE 编译工程，编译结果如图 2.6

所示。编译没有错误，但是有一些警告，该警告是由于一些系统兼容问题引起的，

可以通过编译器屏蔽掉，屏蔽该编译警告的方法如图 2.7 所示。

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图 2.6 编译结果输出

图 2.7 屏蔽编译警告

2.7 应用程序模板建立

includes.h 文件修改

建立一个应用程序模板，测试移植结果。首先，includes.h 文件内容如程序

清单 2.6 所示。

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程序清单 2.6 includes.h 文件内容

#ifndef __INCLUDES_H__ #define __INCLUDES_H__ #ifdef __cplusplus extern \{ #endif /***************************************************************************** Standard header files 标准头文件 *****************************************************************************/ #include #include #include #include /***************************************************************************** 操作系统头文件 *****************************************************************************/ #include \#include \ /***************************************************************************** 处理器相关头文件 *****************************************************************************/ #include \ /**************************************************************************** User's header files 用户头文件

****************************************************************************/ #include \??Main.c 测试例程?

在 Main.c 里面建立应测试例程，实现两个 LED 灯的交叉闪烁，具体实现代

码如程序清单 2.7 所示。本节不讲解 Contiki 的具体编程方法，用户可以将

其作为一个例程来运行就行了。

程序清单 2.7 测试例程代码

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#include

/***************************************************************************** ** 全局变量定义

*****************************************************************************/

unsigned int idle_count = 0;

/***************************************************************************** ** 内部函数声明

*****************************************************************************/

//定义控制灯的端口 #define BLED P1_0 //蓝色 LED1 为 P10 #define RLED P1_1 //红色 LED2 为 P11 void led_init() { P1DIR |= 0x03; //P10、P11 定义为输出 RLED = 1; BLED = 1; } PROCESS(led_process, \PROCESS(led_process2, \AUTOSTART_PROCESSES(&led_process,&led_process2); PROCESS_THREAD(led_process, ev, data) { PROCESS_BEGIN(); while(1) { static struct etimer et; etimer_set(&et, CLOCK_SECOND); PROCESS_WAIT_EVENT_UNTIL(etimer_expired(&et)); //打开 LED RLED = !RLED; } PROCESS_END(); // LED1 灯闪一次 } PROCESS_THREAD(led_process2, ev, data) { IOTDev.net 物联网开发论坛编制

PROCESS_BEGIN(); while(1)

{

static struct etimer et; etimer_set(&et, CLOCK_SECOND);

PROCESS_WAIT_EVENT_UNTIL(etimer_expired(&et)); //打开 LED BLED = !BLED; }

PROCESS_END(); // LED1 灯闪一次

} /***************************************************************************** ** Function name: main ** Descriptions:主函数的模板，一般不要随意更改 ** input parameters:无 ** output parameters: 无 ** Returned value: 0 *****************************************************************************/ int main (void) { // 该函数必须被首先调用，它决定了系统时钟以及系统的工作模式 sys_init(); //dbg_setup_uart(); led_init(); //device_init(); //printf(\ // 系统 tick 初始化 clock_init(); process_init(); process_start(&etimer_process, NULL); autostart_start(autostart_processes); //printf(\while(1) { do { } while(process_run() > 0); idle_count++; IOTDev.net 物联网开发论坛编制

/* Idle! */ /* Stop processor clock */ /* asm(\} //return 0; } 3 网络协议栈移植

待续。

作者：www.iotdev.net 论坛任海波编辑：www.iotdev.net 论坛文档组日期： 2012-7-22

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本文来源：https://www.bwwdw.com/article/0zkv.html

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