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1 华中科技大学计算机科学与技术学院 入门指导 实验 石柯 2016/7/25

2 目录 1 开发环境 综述 硬件平台 软件 安装和配置指南 Linux 下的安装与配置 虚拟机环境下的安装与配置 IDE 的安装与使用 开发与调试 参考文献及网站 / 16 石柯 keshi@hust.edu.cn

3 1 开发环境 嵌入式操作系统 -TinyOS 实验入门指导 1.1 综述 实验开发环境由安装 Linux 操作系统的计算机和 DEVISER TelosB 节点构成, 两者之间通 过 USB 连接 1.2 硬件平台 DEVISER TelosB 节点, 如图 1.1 所示, 包括防水盒 锂电池和 TelosB 节点构成 图 1.1 DEVISER TelosB 平台 2 / 16 石柯 keshi@hust.edu.cn

4 TelosB 节点 (TPR2420) 最初由 Berkeley 大学研发 发布, 具有低功耗和快速苏醒功能, 可以保证更长的电池寿命, 与开源 TinyOS 兼容, 如图 2.1 所示 TelosB 节点把所有要素都集中在一个独立的平台上 :USB 编程能力,IEE 射频器和天线, 低功耗扩大内存的 MCU 和传感器套件, 具有以下特性 : IEEE RF 收发器 GHz 全球兼容 ISM 波段 250kbps 传输速率 集成板载天线 TI MSP430 10kB RAM 微处理器 低电流消耗 1MB 用于数据存储的外部闪存 通过 USB 接口获取数据和编程 包含光, 温度和湿度的传感器套件 运行 TinyOS 或更高版本 图 1.2 TelosB 结构 3 / 16 石柯 keshi@hust.edu.cn

5 1.3 软件 嵌入式操作系统 -TinyOS 实验入门指导 软件由运行在 Linux 操作系统下的交叉编译工具链和 TinyOS 操作系统构成, 具体用到的 软件见安装与配置部分 4 / 16 石柯 keshi@hust.edu.cn

6 2 安装和配置指南 嵌入式操作系统 -TinyOS 实验入门指导 2.1 Linux 下的安装与配置 (1)Linux 操作系统安装下载和安装 Ubuntu Desktop (64-bit) (ubuntu desktop-amd64.iso), 下载地址为 若要用双系统, 请先安装 Windows 再安装 Ubuntu , 安装教程网络上很多, 请自行 Google 或 baidu, 注意安装 linux 的主分区建议留 40G 空间以上, 交换分区 (swap partition) 留 8G( 物理内存的 2 倍以上 ) ( 2 ) 安装开发工具具体的开发工具包括 : nesc: tinyos-tools: tinyos-tools-14: tinyos-tools-devel: mspdebug: 0.22 avarice-tinyos: avr-binutils-tinyos: avr-gcc-tinyos: avr-libc-tinyos: avr-tinyos: avrdude-tinyos: avr-binutils-tinyos-legacy: avr-gcc-tinyos-legacy: avr-libc-tinyos-legacy: avr-tinyos-legacy: / 16 石柯 keshi@hust.edu.cn

7 avrdude-tinyos-legacy: uisp-tinyos: tinyos msp430-binutils-tinyos-legacy: msp430-gcc-tinyos-legacy: msp430-libc-tinyos-legacy: cvs msp430-tinyos-legacy: arm-all-tinyos: (i386 only) 建议采用自动安装方式, 基于 Debian 的.deb 包自动从 repository 安装, 自动解析软件 包之间的依赖关系, 防止产生冲突, 采用的 repository 位于 需要 计算机联网 安装前, 请先检查系统, 删除所有已安装的相关包 ( 第一次安装不需要 ): $ sudo dpkg -P `dpkg -l nesc '*tinyos*' grep ^ii awk '{ print $2 }' xargs` $ sudo apt-get clean 连接 tinyprod 服务器之前进行必要的认证 : 或 $ sudo wget -O - sudo apt-key add - $ gpg --keyserver keyserver.ubuntu.com --recv-keys A9B913B9 $ gpg -a --export A9B913B9 sudo apt-key add - 一般前一种即可 新建或修改 /etc/apt/sources.list.d/tinyprod-debian.list 文件, 让系统知道从哪里找到相关的软件包 $ sudo -s $ cd /etc/apt/sources.list.d $ echo "deb wheezy main" >> tinyprod-debian.list $ echo "deb msp main" >> tinyprod-debian.list 6 / 16 石柯 keshi@hust.edu.cn

8 最终的 /etc/apt/sources.list.d/tinyprod-debian.list 包含如下两行 : deb wheezy main deb msp main 安装 nesc tinyos-tools 和 msp430-46( 用于 telosb 的交叉编译工具 ): $ sudo apt-get update $ sudo apt-get install nesc tinyos-tools msp 在安装过程中,ubuntu 会自动安装和配置 JDK(openjdk) 环境 修改 /etc/apt/sources.list.d/tinyprod-debian.list 文件 : 将 deb wheezy main 改为 deb squeeze main 安装 avr-tinyos( 用于 micaz iris 等的交叉编译工具 ): $ sudo apt-get update $ sudo apt-get install avr-tinyos 如果想要删除所安装的软件, 可以使用如下命令 : $ sudo apt-get autoremove --purge nesc tinyos-tools msp avr-tinyos (3) 安装和配置 TinyOS 首先获取源代码, 在用户主目录即 /home/[username]( 例如用户名为 tinyos, 则目录名为 /home/tinyos) 进入终端 : wget tar xf tinyos-2_1_2.tar.gz mv tinyos-release-tinyos-2_1_2 tinyos-main 第一个命令是从 github 网上代码仓库获取源代码文件, 第二个命令是解压缩源代码压缩文件, 第三个命令是重命名解压后的目录 然后设置环境变量 : export TOSROOT="$HOME/tinyos-main" export TOSDIR="$TOSROOT/tos" export CLASSPATH=$CLASSPATH:$TOSROOT/support/sdk/java/tinyos.jar:. 7 / 16 石柯 keshi@hust.edu.cn

9 export MAKERULES="$TOSROOT/support/make/Makerules" export PYTHONPATH=$PYTHONPATH:$TOSROOT/support/sdk/python 嵌入式操作系统 -TinyOS 实验入门指导 echo "setting up TinyOS on source path $TOSROOT" 上述命令会把环境变量写入当前用户目录下的.bashrc 文件, 设置在当前目录下有效 若想设置对全部用户有效, 请将前 5 行的内容单独编辑为独立的 tinyos.env 文件, 将此文件拷贝到 /etc/profile.d/ (4) 检查开发环境设置完成后, 在终端键入 tos-check-env 检查环境是否安装和设置好, 结果应该类似 : Path: /usr/local/sbin /usr/local/bin /usr/sbin /usr/bin /sbin /bin /usr/games /usr/local/games Classpath: /home/tinyos/tinyos-main/support/sdk/java/tinyos.jar. rpms: nesc: /usr/bin/nescc Version: nescc: perl: /usr/bin/perl Version: v5.18.2) built for x86_64-linux-gnu-thread-multi flex: 8 / 16 石柯 keshi@hust.edu.cn

10 bison: java: /usr/bin/java --> WARNING: The JAVA version found first by tos-check-env may not be version 1.4 or version 1.5one of which is required by TOS. Please ensure that the located Java version is 1.4 or 1.5 graphviz: /usr/bin/dot dot - graphviz version ( ) --> WARNING: The graphviz (dot) version found by tos-check-env is not Please update your graphviz version if you'd like to use the nescdoc documentation generator. tos-check-env completed with errors: --> WARNING: The JAVA version found first by tos-check-env may not be version 1.4 or version 1.5one of which is required by TOS. Please ensure that the located Java version is 1.4 or > WARNING: The graphviz (dot) version found by tos-check-env is not Please update your graphviz version if you'd like to use the nescdoc documentation generator. 关于 java 和 graphviz 的警告是用于 Java 版本较新造成的, 可以不必理会 printenv MAKERULES 显示 /home/tinyos/tinyos-main/support/make/makerules (5) 允许读写串口烧写节点需要访问串口的权限, 可键入下面的命令 : sudo gpasswd -a <your-user> dialout 用用户名替代 <your-user> (6) 第一个 TinyOS 程序的编译和烧写 9 / 16 石柯 keshi@hust.edu.cn

11 将节点电源关闭, 用 USB 电缆连接计算机和节点, 键入 motelist 将显示下面的信息 : tinyos@tinyos-virtualbox:~$ motelist Reference Device Description XBT4P3EA /dev/ttyusb0 XBOW Crossbow Telos Rev.B 其中 /dev/ttyusb0 为该节点在 linux 中对应的设备文件 命令 motelist 仅支持 telosb 节点, 其他节点请用 dmesg 命令, 输出类似 : [ ] usb 2-2: New USB device strings: Mfr=1, Product=2, SerialNumber=3 [ ] usb 2-2: Product: Crossbow Telos Rev.B [ ] usb 2-2: Manufacturer: XBOW [ ] usb 2-2: SerialNumber: XBT4P3EA [ ] usbcore: registered new interface driver usbserial [ ] usbcore: registered new interface driver usbserial_generic [ ] usbserial: USB Serial support registered for generic [ ] usbcore: registered new interface driver ftdi_sio [ ] usbserial: USB Serial support registered for FTDI USB Serial Device [ ] ftdi_sio 2-2:1.0: FTDI USB Serial Device converter detected [ ] usb 2-2: Detected FT232BM [ ] usb 2-2: FTDI USB Serial Device converter now attached to ttyusb0 然后可以编译和烧写程序, 进入 LED 闪烁程序目录 : cd $TOSROOT/apps/Blink make telosb install /dev/ttyusb0 已有程序, 请将 install 换成 reinstall 显示如图 2.1: 10 / 16 石柯 keshi@hust.edu.cn

12 图 2.1 烧写程序至 telosb 节点然后可以看到节点的三个 LED 灯闪烁 (7) 使用 TOSSIM 进行仿真 ( 可选 ) 目前 tossim 仅支持 micaz 节点, 进入程序目录输入命令 : make micaz sim 会编译完成相应的仿真库文件, 使用 tossim 即可仿真, 请参考 tinyos 文档 若未显示 *** Successfully built micaz TOSSIM library. 一般是因为未安装所需的开发包, 请执行 : sudo apt-get install build-essential sudo apt-get install python-dev 2.2 虚拟机环境下的安装与配置 到 下载虚拟机软件 : VirtualBox Win.exe Oracle_VM_VirtualBox_Extension_Pack vbox-extpack 按提示安装即可, 包括主程序和扩展组件 为保证能够在虚拟机中访问到节点, 请在 Windows 系统中安装 USB 转串口驱动,CDM v WHQL Certified.zip( 11 / 16 石柯 keshi@hust.edu.cn

13 可以按上一节的步骤新建虚拟机安装 ubuntu 系统进行配置, 也可以直接使用已有的虚拟机文件, 用户名和密码均为 tinyos, 此时注意计算机的硬件配置中要将虚拟化支持选项打开 ( 缺省一般是打开的 ) 首次系统启动后要运行扩展组件, 如图 2.2 所示 图 2.2 加载扩展组件 连接节点后, 左键点击右下角的 USB 设备标志, 选择节点, 如图 2.3 所示 图 2.3 选择 USB 设备 12 / 16 石柯 keshi@hust.edu.cn

14 2.3 IDE 的安装与使用 嵌入式操作系统 -TinyOS 实验入门指导 系统可以安装 eclipse 和相应的插件 Yet2( 但该系 统已不再更新, 下面是具体的过程指导 ( 来自网站 1. Follow the instructions for installing TinyOS command line tools on Ubuntu 2. Install Eclipse, the C Development Tools and the Graphical Editing Framework and all dependencies: sudo apt-get update sudo apt-get install eclipse eclipse-cdt eclipse-gef 3. Start Eclipse, select "Help > Software Updates...". 4. You need to add a new update site, so click "Add...". 5. Enter the update site (name: "Yeti2 Update Site") into the dialog. 6. You are now able to select the plugins to install. You should select the following entries: o Yet2 - Core Plugin o Yet2 - TinyOS NesC 1.3.x Parser o Yet2 - TinyOS Base Environment o Yet2 - TinyOS 2.x on Unix o Yet2 - Formatter o Yet2 - Refactoring o Yet2 - TinyOS Debugger o Yet2 - TinyOS Search 7. Restart Eclipse and select the "TinyOS" perspective (Window menu). 8. Select "Window/Preferences" and setup the environment at the "TinyOS/Environments/TinyOS 2.x unix-environemnt" node. If you followed this tutorial the defaults should be OK, and no architecture specific paths should be set, otherwise set the directory paths properly. 9. Run "TinyOS/Check installation..." for verifying your setup 10. Start a new example project: "File/New/Example..." and select "TinyOS Example" Name: MyBlink Environment: TinyOS Unix Wrapper 2 Example: Blink Target: telosb 11. Select "Run/Run Configurations..." and select "TinyOS Build": Name: MyBlinkConfig Project: MyBlink Extras: **select debug** Click "Apply" 12. Click "Run/Run". The project should compile with no errors. 13 / 16 石柯 keshi@hust.edu.cn

15 13. Select "Run/External Tools/External Tools Configurations..." and select "Program" Name: mspdebug Location: /usr/bin/mspdebug (or your custom location) Working Directory: select "Workspace..." and select "MyBlink/build/telosb" Arguments: rf2500 "prog main.exe" Click "Apply" 14. Click "Run/External Tools/mspdebug" for programming the mote 15. Select "Run/Debug Configurations..." and select "TinyOS Debugger" Name: MyBlinkDebug Project: MyBlink TinyOS Binary: build/telosb/main.exe GDB Proxy: User defined command GDB Proxy Command: mspdebug rf2500 gdb GDB Debugger: msp430-gdb Select "Verbose console mode" Port: 2000 Click "Apply" 16. Select "Project/Properties" and select "TinyOS Source". Click on "Link Source..." Linked folder location: /opt/tinyos Folder name: tinyos 17. Source code level debugging should work now by using "Run/Debug". 注意 : 调试功能需要相应的硬件支持, 我们的节点没有这样的硬件 14 / 16 石柯 keshi@hust.edu.cn

16 3 开发与调试 Tinyos 的调试比较困难, 使用 GDB 调试需要专用的硬件, 在没有硬件的情况下建议采用以下的调试方式 : (1) 使用 LED 灯显示 ; (2) 使用串口回传数据至计算机,tinyos 提供了 printf 函数, 可以将信息通过串口回传到计算机上 在计算机端键入 java net.tinyos.tools.printfclient -comm serial@/dev/ttyusbxxx:telosb 即可显示程序中 printf 的内容, 图图 3.1 所示 printf 的使用见 : 图 3.1 tinyos 的 printf 显示 15 / 16 石柯 keshi@hust.edu.cn

17 4 参考文献及网站 TinyOS 相关 : 虚拟机相关 : Linux 相关 : 16 / 16 石柯 keshi@hust.edu.cn