【原创】Contiki介绍及参考资料

专业的物联网|Contiki6Lowpan|Zigbee|RFID|M2M|无线传感器网络开发论坛IOTDev.net物联网开发论坛编制1Contiki介绍及参考资料摘要本文介绍了Contiki是什么、contiki的特点、Contiki事件驱动（Event-driven）编程模型、contiki包含的无线网络协议栈6Lowpan/RPL/Coap、仿真工具Cooja/MSPsim、文件系统CoffeeFilesystem（CFS）、shell命令工具等，指出了Contiki的应用领域。最后给出了Contiki相关网站、教程和代码等。1.Contiki操作系统介绍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（SwedishInstituteofComputerScience）的AdamDunkels和他的团队开发。Contiki完全采用C语言开发，可移植性非常好，对硬件的要求极低，能够运行在各种类型的微处理器及电脑上，目前已经移植到8051单片机、MSP430、AVR、ARM、PC机等硬件平台上。Contiki适用于存储器资源十分受限的嵌入式单片机系统，典型的配置下Contiki只占用约2Kbytes的RAM以及40Kbytes的Flash存储器。Contiki是开源的操作系统，适用于BSD协议，即可以任意修改和发布，无需任何版权费用，因此已经应用在许多项目中。Contiki操作系统是基于事件驱动（Event-driven）内核的操作系统，在此内核上，应用程序可以在运行时动态加载，非常灵活。在事件驱动内核基础上，Contiki实现了一种轻量级的名为protothread的线程模型，来实现线性的、类似于线程的编程风格。该模型类似于Linux和windows中线程的概念，多个线程共享同一个任务栈，从而减少RAM占用。Contiki还提供一种可选的任务抢占机制、基于事件和消息传递的进程间通信机制。Contiki中还包括一个可选的GUI子系专业的物联网|Contiki6Lowpan|Zigbee|RFID|M2M|无线传感器网络开发论坛IOTDev.net物联网开发论坛编制2统，可以提供对本地串口终端、基于VNC的网络化虚拟显示或者Telnet的图形化支持。Contiki系统内部集成了两种类型的无线传感器网络协议栈：uIP和Rime。uIP是一个小型的符合RFC规范的TCP/IP协议栈，使得contiki可以直接和Internet通信。uIP包含了IPv4和IPv6两种协议栈版本，支持TCP、UDP、ICMP等协议，但是编译时只能二选一，不可以同时使用。Rime是一个轻量级为低功耗无线传感器网络设计的协议栈，该协议栈提供了大量的通信原语，能够实现从简单的一跳广播通信，到复杂的可靠多跳数据传输等通信功能。2.Contiki操作系统特点事件驱动（Event-driven）的多任务内核Contiki基于事件驱动模型，即多个任务共享同一个栈（stack），而不是每个任务分别占用独立的栈（如uCOS、FreeRTOS、Linux等）。Contiki每个任务只占用几个字节的RAM，可以大大节省RAM空间，更适合节点资源十分受限的无线传感器网络应用。低功耗无线传感器网络协议栈Contiki提供完整的IP网络和低功耗无线网络协议栈。对于IP协议栈，支持IPv4和IPv6两个版本，IPv6还包括6Lowpan帧头压缩适配器，ROLLRPL无线网络组网路由协议、CoRE/CoAP应用层协议，还包括一些简化的Web工具，包括Telnet、http和web服务等。Contiki还实现了无线传感器网络领域知名的MAC和路由层协议，其中MAC层包括X-MAC、CX-MAC、ContikiMAC、CSMA-CA、LPP等，路由层包括AODV、RPL等。集成无线传感器网络仿真工具Contiki提供了Cooja无线传感器网络仿真工具，能够多对协议在电脑上进行仿真，仿真通过后才下载到节点上进行实际测试，有利于发现问题，减少调试专业的物联网|Contiki6Lowpan|Zigbee|RFID|M2M|无线传感器网络开发论坛IOTDev.net物联网开发论坛编制3工作量。除此之外，Contiki还提供MSPsim仿真工具，能够对MSP430微处理器进行指令级模拟和仿真。仿真工具对于科研、算法和协议验证、工程实施规划、网络优化等很有帮助。集成Shell命令行调试工具无线传感器网络中节点数量多，节点的运行维护是一个难题，contiki可以通过多种交互方式，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程序等。基于文本的命令行接口是类似于Unix命令行的Shell工具，用户通过串口输入命令可以查看和配置传感器节点的信息、控制其运行状态，是部署、维护中实用而有效的工具。基于Flash的小型文件系统：CoffeeFileSystemContiki实现了一个简单、小巧、易于使用的文件系统，称为CoffeeFileSystem（CFS），它是基于Flash的文件系统，用于在资源受限的的节点上存储数据和程序。CFS是充分传感器网络数据采集、数据传输需求以及硬件资源受限的特点而设计的，因此在耗损平衡、坏块管理、掉电保护方面、垃圾回收、映射机制方等方面进行优化，具有使用的存储空间少、支持大规模存储的特点。CFS的编程方法与常用的C语言编程类似，提供open、read、write、close等函数，易于使用。集成功耗分析工具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至关总重要，无线传感器网络领域提出的许多网络协议都围绕降低功耗而展开。为了评估网络协议以及算法能耗性能，需要测量出每个节点的能量消耗，由于节点数量多，使用仪器测试几乎不可行。Contiki提供了一种基于软件的能量分析工具，自动记录每个传感器节点的工作状态、时间，并计算出能量消耗，在不需要额外的硬件或仪器的情况下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。开源免费Contiki采用BSD授权协议，用户可以下载代码，用户科研和商业，且可以专业的物联网|Contiki6Lowpan|Zigbee|RFID|M2M|无线传感器网络开发论坛IOTDev.net物联网开发论坛编制4任意修改代码，无需任何专利以及版权费用，是彻底的开源软件。尽管是开源软件，但是contiki开发十分活跃，在持续不断更新和改进之中。Contiki的作者Adam是一个编程的天才，它发明了LwIP、uIP、Protothred、contiki等软件，都在工业界得到广泛应用，大家熟知的LwIP就是一个例子。Adam还是IPSO组织的发起人之一，未来将会不断推进6Lowpan的标准化及应用。总结Contiki完全C语言开发、易于移植、支持大量的硬件平台和开发工具、事件驱动机制占用内存小、集成了多种无线传感器网络协议、无专利和版权费、集成仿真工具等特点和优势，已经成为无线传感器网络学术研究和产品开发的理想平台，在欧洲已经得到广泛应用，并逐渐得到其它地区开发人员的支持。随着物联网、无线传感器网络的发展，IP地址将耗尽，骨干网络必将升级到IPv6，因此6Lowpan标准被越来越多的标准化组织所采纳，研发6lowpan的人员将越来越多，这将使得contiki很可能成为嵌入系统中的Linux，在物联网领域得到广泛应用，发挥重要作用。参考资料Contiki官方网站：：源代码文档：代码下载：或者使用Git工具下载contiki代码：gitclonegit://contiki.git.sourceforge.net/gitroot/contiki/contikiInstantContiki开发环境：物联网开发论坛：