TinyOS

TinyOS имеет компонентную архитектуру, при правильной компоновке обеспечивающую минимальный размер кода, что очень важно для сенсорных устройств, которые имеют строгие ограничения по объему памяти. Библиотека компонентов TinyOS включает сетевые протоколы, драйверы сенсоров и утилиты получения и сбора информации, которые могут быть усовершенствованы в клиентских приложениях. Реализованная в TinyOS событийная модель дает возможность управлять питанием на низком уровне, что позволяет экономить энергопотреб ление. TinyOS перенесена более чем на дюжину аппаратных платформ и многочисленные сенсорные устройства.

TinyOS заметно отличается от ОС общего назначения, таких как UNIX, Windows и пр. Например, приложения для БСС не являются интерактивными в том же смысле, что и приложения для обычных ПК. Это объясняется тем, что TinyOS не нуждается во встроенной поддержке пользовательского интерфейса. К тому же ограничения в ресурсах памяти, с одной стороны, и аппаратная поддержка распределения памяти — с другой, делают такие механизмы, как виртуальная память, ненужными или даже невозможными в реализации.

При разработке TinyOS основное внимание было уделено обеспечению малого энергопотребления и возможности использования для программирования языка c довольно высоким уровнем абстракции. В результате была создана ОС с простой, но весьма развитой компонентной архитектурой. Специфика этой архитектуры заключается в обеспечении развитых и надежных механизмов параллельного выполнения задач в условиях крайне ограниченных ресурсов. Описанные выше причины привели разработчиков TinyOS к выбору модели, основанной на событиях.

Архитектура TinyOS включает две главные функциональные составляющие: планировщик задач и компонент. Понятие «компонент» в TinyOS несколько отличается от общепринятого. Так, интерфейс компонента TinyOS состоит из двух частей: верхней (upper), предоставляемой этим компонентом как провайдером, и нижней (lower), требуемой для его функционирования. Обе части содержат описания команд и событий.

Компонент имеет два основных элемента: набор команд и набор обработчиков событий. Кроме того, в каждом компоненте объявляются события, о которых он сигнализирует, и команды, используемые данным компонентом. Эти объявления применяются при компоновке для формирования конфигурации системы, настроенной на определенный класс приложений. Процесс компоновки распределяет компоненты по уровням, где каждый более высокий уровень посылает команды нижележащему уровню, а тот, в свою очередь, обращается к более высокому уровню с помощью сигналов о событиях. Аппаратное обес печение является самым нижним уровнем в иерархии компонентов.

Использование статического распределения памяти позволяет определять требования к памяти на этапе компиляции и избегать накладных расходов, связанных с динамическим распределением памяти. Кроме того, такой подход позволяет сокращать время выполнения благодаря статическому размещению переменных во время компиляции вмес то доступа к ним по указателям во время выполнения.

Команды являются неблокируемыми запросами к компонентам нижележащего уровня. Чтобы не возникало продолжительных задержек, время отклика вызванной команды не должно превышать заданного интервала времени, при этом команда должна вернуть флаг, указывающий, успешно она завершилась или нет. Отметим, что команды не могут подавать сигналы о событиях.

Обработчики событий прямо или косвенно имеют дело с аппаратными событиями. Самый нижний уровень компонентов содержит обработчики, непосредственно связанные с аппаратными прерываниями. Аппаратное событие инициирует процесс обработки, который распространяется вверх по уровням через события и может вернуться вниз с помощью команд.

Как и в остальных ОС, в TinyOS существуют атомарные потоки (task), которые выполняются вплоть до своего завершения, хотя и могут быть вытеснены событиями. С компонентом может быть связано более одного потока. Потоки могут вызывать команды нижележащего уровня, сигнализировать о событиях более высокому уровню и планировать другие потоки внутри компонента. Семантика потока «выполнение вплоть до завершения» позволяет иметь один стек, который выделяется выполняющемуся в данный момент потоку, что очень важно в системах с ограниченной памятью. Потоки дают возможность имитировать параллельную обработку внутри каждого компонента, так как они выполняются асинхронно по отношению к событиям. Однако потоки не должны блокироваться или простаивать в ожидании, поскольку в таких случаях они будут препятствовать развитию обработки в других компонентах.