曲阜师范大学：物联网工程专业《TinyOS操作系统》课程教学大纲

“TinyoS操作系统”课程教学大纲教研室主任：秦文华执笔人：田海峰一、课程基本信息开课单位：物理工程学院课程名称：Tinyos操作系统课程编号：072538英文名称：TinyosOperationSystem课程类型：专业基础课总学时：52实验学时：16理论学时：36学分：3开设专业：物联网先修课程：C语言程序设计，计算机组成结构，数据结构，操作系统，计算机网络。二、课程任务目标（一）课程任务本课程是一门物联网专业方向限选课。本课程的任务在于讲授TinyOS操作系统的基础和应用知识，使学生了解TinyOS系统的起源和体系结构，掌握nesC编程语言的编程操作，掌握TinyOs平台移植、仿真工具、网络协议以及高级应用开发的相关技术。对TinyOS系统有一个全面的了解，为无线传感器网络的进一步开发的奠定基础。（二）课程目标在学完本课程之后，学生能够：1.了解TinyOS系统的起源和体系结构等相关知识2.了解TinyOS系统的开发环境；3.掌握nesC编程语言的语法规则：4.掌握TinyOS系统的基本操作：5.了解TinyOS系统内核任务和调度，了解系统的启动顺序；6.了解TinyOS系统平台与仿真及网络协议：7.掌握TinyOS系统的高级应用技术：8.能够完成基于TinyOS的应用实例开发：9.为无线传感器网络的进一步开发的奠定基础

“TinyOS 操作系统”课程教学大纲 教研室主任：秦文华 执笔人：田海峰 一、课程基本信息 开课单位：物理工程学院 课程名称：TinyOS 操作系统 课程编号：072538 英文名称：TinyOS Operation System 课程类型：专业基础课 总 学 时：52 理论学时：36 实验学时：16 学 分：3 开设专业：物联网 先修课程：C 语言程序设计，计算机组成结构，数据结构，操作系统，计算机网络。 二、课程任务目标 （一）课程任务 本课程是一门物联网专业方向限选课。本课程的任务在于讲授 TinyOS 操作系统的基础和应用知 识，使学生了解 TinyOS 系统的起源和体系结构，掌握 nesC 编程语言的编程操作，掌握 TinyOS 平台 移植、仿真工具、网络协议以及高级应用开发的相关技术。对 TinyOS 系统有一个全面的了解，为无 线传感器网络的进一步开发的奠定基础。 （二）课程目标 在学完本课程之后，学生能够： 1. 了解 TinyOS 系统的起源和体系结构等相关知识； 2. 了解 TinyOS 系统的开发环境； 3. 掌握 nesC 编程语言的语法规则； 4. 掌握 TinyOS 系统的基本操作； 5. 了解 TinyOS 系统内核任务和调度，了解系统的启动顺序； 6. 了解 TinyOS 系统平台与仿真及网络协议； 7. 掌握 TinyOS 系统的高级应用技术； 8. 能够完成基于 TinyOS 的应用实例开发； 9. 为无线传感器网络的进一步开发的奠定基础

三、教学内容和要求（一）理论教学的内容及要求第一章绪论第一节无线传感器网络概述1．了解无线传感器网络的研究进展、体系特征；2.了解无线传感器网络结构、传感器节点结构及传感器网络的特点。第二节无线传感器网络操作系统1.了解无线传感器网络对操作系统的需求；2.了解现有的无线传感器网络操作系统第三节TinyOS操作系统概述1.了解TinyOS技术特点；2.了解TinyOS体系结构。教学重点：1.TinyOS技术特点和体系结构。第二章开发环境第一节TinyOS2.1在Windows中的安装1.掌握TinyOS2.1在Windows中的安装过程。第二节其他安装方法1.了解TinyoS2.1在Ubuntu9.10中的安装过程。第三节TinyOS安装后的测试1.了解TinyOS2.1安装后的测试过程。第四节程序的编译和下载1.了解代码编辑工具“EditPlus”的使用；2.掌握编译程序、安装USB串口驱动及下载程序的过程。教学重点：1.TinyoS2.1在Windows中的安装过程：2．编译程序、安装USB串口驱动及下载程序的过程。教学难点：1：编译程序、安装USB串口驱动及下载程序的过程。第三章nesC编程语言第一节nesC语言简介

三、教学内容和要求 （一）理论教学的内容及要求 第一章 绪论 第一节 无线传感器网络概述 1．了解无线传感器网络的研究进展、体系特征； 2. 了解无线传感器网络结构、传感器节点结构及传感器网络的特点。 第二节 无线传感器网络操作系统 1．了解无线传感器网络对操作系统的需求； 2．了解现有的无线传感器网络操作系统 第三节 TinyOS 操作系统概述 1．了解 TinyOS 技术特点； 2．了解 TinyOS 体系结构。 教学重点： 1. TinyOS 技术特点和体系结构。 第二章 开发环境 第一节 TinyOS 2.1 在 Windows 中的安装 1．掌握 TinyOS 2.1 在 Windows 中的安装过程。 第二节 其他安装方法 1．了解 TinyOS 2.1 在 Ubuntu 9.10 中的安装过程。 第三节 TinyOS 安装后的测试 1．了解 TinyOS 2.1 安装后的测试过程。 第四节 程序的编译和下载 1．了解代码编辑工具“EditPlus”的使用； 2．掌握编译程序、安装 USB 串口驱动及下载程序的过程。 教学重点： 1. TinyOS 2.1 在 Windows 中的安装过程； 2. 编译程序、安装 USB 串口驱动及下载程序的过程。 教学难点： 1. 编译程序、安装 USB 串口驱动及下载程序的过程。 第三章 nesC 编程语言 第一节 nesC 语言简介

第二节nesc语言规范1.了解nesC语言规范、接口及组件；2.理解模块概念及组成，理解调用命令和事件信号、任务、原子等概念；3.理解配件概念及其组成，理解连接/绑定的概念：4.理解隐式绑定、无参数化绑定及有参数化绑定的区别。第三节基于nesC语言的应用程序1．了解应用程序的总体框架；2.掌握应用程序的开发步骤、命名环境、编程过程及下载过程；3.结合Blink实例及BlinkSingle实例理解的开发过程：4.了解移植TinyOS1.x代码到2.x86的过程。第四节nesC程序运行模型1.理解nesC的并行运行模型；2.理解任务的概念，掌握建立任务的方法；3.理解内部函数的概念；4.理解分阶段作业的概念；5.理解同步与异步的执行方式：6.理解原子性代码的概念及作用。第五节编程约定1.了解编程通用约定：2．了解nesC中提供的常用软件包；3.掌握nesC语法约定；4.掌握TinyoS约定；5.了解生成可视化组件关系图的方法。教学重点：1．模块概念及组成，理解调用命令和事件信号、任务、原子等概念：2.应用程序的开发步骤、命名环境、编程过程及下载过程；3.任务的概念，建立任务的方法；4.nesC语法约定。教学难点：1．模块概念及组成，理解调用命令和事件信号、任务、原子等概念；2.配件概念及其组成，理解连接/绑定的概念：

第二节 nesC 语言规范 1．了解 nesC 语言规范、接口及组件； 2. 理解模块概念及组成，理解调用命令和事件信号、任务、原子等概念； 3. 理解配件概念及其组成，理解连接/绑定的概念； 4. 理解隐式绑定、无参数化绑定及有参数化绑定的区别。 第三节 基于 nesC 语言的应用程序 1. 了解应用程序的总体框架； 2. 掌握应用程序的开发步骤、命名环境、编程过程及下载过程； 3. 结合 Blink 实例及 BlinkSingle 实例理解的开发过程； 4. 了解移植 TinyOS 1.x 代码到 2.x 86 的过程。 第四节 nesC 程序运行模型 1. 理解 nesC 的并行运行模型； 2. 理解任务的概念，掌握建立任务的方法； 3. 理解内部函数的概念； 4. 理解分阶段作业的概念； 5. 理解同步与异步的执行方式； 6. 理解原子性代码的概念及作用。 第五节 编程约定 1. 了解编程通用约定； 2. 了解 nesC 中提供的常用软件包； 3. 掌握 nesC 语法约定； 4. 掌握 TinyOS 约定； 5. 了解生成可视化组件关系图的方法。 教学重点： 1. 模块概念及组成，理解调用命令和事件信号、任务、原子等概念； 2. 应用程序的开发步骤、命名环境、编程过程及下载过程； 3. 任务的概念，建立任务的方法； 4. nesC 语法约定。 教学难点： 1. 模块概念及组成，理解调用命令和事件信号、任务、原子等概念； 2. 配件概念及其组成，理解连接/绑定的概念；

3．任务、内部函数、分阶段作业、同步与异步、原子性代码的概念：4.nesC语法约定。第四章基本操作第一节点对点的无线通信1.了解主动消息模式通信模型；2.熟悉无线通信接口和组件；3.掌握如何发送消息到指定节点以及如何接收消息第二节节点与PC的串口通信1.了解信息源的概念及端口测试的过程；2.了解基站的工作过程及监听工具的工作过程；3.理解MIG消息接口生成工具的工作过程：4.了解SerialForwarder的工作过程；5.掌握发送信息包到串口的方法；6.掌握利用基于printf库的打印调试方法；第三节传感1.了解一般传感器的工作过程；2.理解Sense实例及Oscilloscope实例。第四节存储1.了解TinyoS存储的类型及规划；2．掌握配置数据的存储方法；3.理解日志数据的存储方法4．掌握大数据块的存储方法。教学重点：1.主动消息模式通信模型；2.发送消息到指定节点以及如何接收消息；3.基站的工作过程及监听工具的工作过程；4.Sense实例：5.配置数据的存储，大数据块的存储。教学难点：1.主动消息模式通信模型；2.发送消息到指定节点以及如何接收消息：

3. 任务、内部函数、分阶段作业、同步与异步、原子性代码的概念； 4. nesC 语法约定。 第四章 基本操作 第一节 点对点的无线通信 1. 了解主动消息模式通信模型； 2. 熟悉无线通信接口和组件； 3. 掌握如何发送消息到指定节点以及如何接收消息。 第二节 节点与 PC 的串口通信 1. 了解信息源的概念及端口测试的过程； 2. 了解基站的工作过程及监听工具的工作过程； 3. 理解 MIG 消息接口生成工具的工作过程； 4. 了解 SerialForwarder 的工作过程； 5. 掌握发送信息包到串口的方法； 6. 掌握利用基于 printf 库的打印调试方法； 第三节 传感 1. 了解一般传感器的工作过程； 2. 理解 Sense 实例及 Oscilloscope 实例。 第四节 存储 1. 了解 TinyOS 存储的类型及规划； 2. 掌握配置数据的存储方法； 3. 理解日志数据的存储方法； 4. 掌握大数据块的存储方法。 教学重点： 1. 主动消息模式通信模型； 2. 发送消息到指定节点以及如何接收消息； 3. 基站的工作过程及监听工具的工作过程； 4. Sense 实例； 5. 配置数据的存储，大数据块的存储。 教学难点： 1. 主动消息模式通信模型； 2. 发送消息到指定节点以及如何接收消息；

3.基站的工作过程及监听工具的工作过程：4.配置数据的存储，大数据块的存储。第五章系统内核第一节硬件抽象架构1．了解TinyOS的硬件抽象架构第二节任务和调度1.了解TinyOS2.x任务和调度器的特点；2.理解TinyOS2.x的调度器替换为用户程序的过程；3.理解调度器的具体实现过程。第三节系统启动顺序1.了解TinyOS2.x的启动接口；2.理解TinyOS2.x的启动顺序；3．掌握系统启动和软件初始化过程。第四节资源仲裁1.了解无线传感器节点资源类型及特点；2.了解资源仲裁的接口并理解仲裁过程；3.理解共享资源的应用实例。第五节微控制器的电源管理1.理解TinyOS2.x的电源管理机制。第六节外围设备的电源管理1.理解两种电源管理模型（显式和隐式）的管理机制。第七节串口通信1.了解TinyOS2.x串口协议栈的结构；2.理解串口协议栈的实现机制。教学重点：1.使用命令行方式管理用户和组；2.使用用户管理者管理用户和组。教学难点：1.使用命令行方式管理用户和组。第6章平台与仿真第一节平台

3. 基站的工作过程及监听工具的工作过程； 4. 配置数据的存储，大数据块的存储。 第五章 系统内核 第一节 硬件抽象架构 1. 了解 TinyOS 的硬件抽象架构 第二节 任务和调度 1. 了解 TinyOS 2.x 任务和调度器的特点； 2. 理解 TinyOS 2.x 的调度器替换为用户程序的过程； 3. 理解调度器的具体实现过程。 第三节 系统启动顺序 1. 了解 TinyOS 2.x 的启动接口； 2. 理解 TinyOS 2.x 的启动顺序； 3. 掌握系统启动和软件初始化过程。 第四节 资源仲裁 1. 了解无线传感器节点资源类型及特点； 2. 了解资源仲裁的接口并理解仲裁过程； 3. 理解共享资源的应用实例。 第五节 微控制器的电源管理 1. 理解 TinyOS 2.x 的电源管理机制。 第六节 外围设备的电源管理 1. 理解两种电源管理模型（显式和隐式）的管理机制。 第七节 串口通信 1. 了解 TinyOS 2.x 串口协议栈的结构； 2. 理解串口协议栈的实现机制。 教学重点： 1. 使用命令行方式管理用户和组； 2. 使用用户管理者管理用户和组。 教学难点： 1. 使用命令行方式管理用户和组。 第 6 章 平台与仿真 第一节 平台

1．了解平台的概念以及硬件上节点的组成部分：2.了解普通引脚接口及3条总线接口的实现；3.了解新平台的建立过程；4.了解TinyOS2.x移植到CC2430平台的过程。第二节编译系统1.了解makefile文件的结构及编写Makefile文件方法；2．掌握简单的Makefile文件的编写。第三节TOSSIM仿真1.了解TOSSIM仿真器的工作原理；2.了解仿真编译的过程；3.了解基于Python的仿真过程；4.了解TOSSIM中调试系统的作用；5.了解无线电仿真中的网络配置；6.了解变量的观察方法；7．了解gdb调试工具的使用方法。教学重点：1.平台的建立过程；2.TinyOS2.x移植到CC2430平台的过程；3.简单的Makefile文件的编写；4.仿真编译的过程。教学难点：1.TinyOS2.x移植到CC2430平台的过程；2.简单的Makefile文件的编写：第7章网络协议第一节分发协议1.了解小数据分发协议的原理；2.了解分发协议的相关接口和组件；3.理解EasyDissemination实例的实现：4.了解分发协议使用的两种分发库Drip库和DIP库。第二节汇聚协议1.了解小数据汇聚协议的原理；

1. 了解平台的概念以及硬件上节点的组成部分； 2. 了解普通引脚接口及 3 条总线接口的实现； 3. 了解新平台的建立过程； 4. 了解 TinyOS 2.x 移植到 CC2430 平台的过程。 第二节 编译系统 1. 了解 makefile 文件的结构及编写 Makefile 文件方法； 2. 掌握简单的 Makefile 文件的编写。 第三节 TOSSIM 仿真 1. 了解 TOSSIM 仿真器的工作原理； 2. 了解仿真编译的过程； 3. 了解基于 Python 的仿真过程； 4. 了解 TOSSIM 中调试系统的作用； 5. 了解无线电仿真中的网络配置； 6. 了解变量的观察方法； 7. 了解 gdb 调试工具的使用方法。 教学重点： 1. 平台的建立过程； 2. TinyOS 2.x 移植到 CC2430 平台的过程； 3. 简单的 Makefile 文件的编写； 4. 仿真编译的过程。 教学难点： 1. TinyOS 2.x 移植到 CC2430 平台的过程； 2. 简单的 Makefile 文件的编写； 第 7 章 网络协议 第一节 分发协议 1. 了解小数据分发协议的原理； 2. 了解分发协议的相关接口和组件； 3. 理解 EasyDissemination 实例的实现； 4. 了解分发协议使用的两种分发库 Drip 库和 DIP 库。 第二节 汇聚协议 1. 了解小数据汇聚协议的原理；

2.了解汇聚协议的相关接口和组件：3.了解CTP协议的工作机制与实现过程：4.理解EasyCollection实例的实现。教学重点：1.分发协议的相关接口和组件：2.汇聚协议的原理；3.CTP协议的工作机制与实现过程。教学难点：1.分发协议的原理；2.汇聚协议的相关接口和组件；3.CTP协议的工作机制与实现过程。第8章高级应用技术第一节低功耗应用程序1.了解外围设备的电源管理中并行和串行方式的区别及优缺点；2．掌握无线模块的电源管理的方法；3.掌握微处理器的电源管理的方法。第二节低功耗监听1．了解低功耗监听的工作原理；2.了解低功耗监听的相关接口。第三节TOSThreads线程1.了解TOSThreads线程的特点；2.了解nesC语言的API接口操作线程的过程第四节CC2420联网安全功能1.了解CC2420安全模式的特点；2．了解安全模式下发送端和接收端的配置方法。教学重点：1．无线模块的电源管理的方法；2.微处理器的电源管理的方法：3.低功耗监听的工作原理；4．低功耗监听的相关接口。教学难点：

2. 了解汇聚协议的相关接口和组件； 3. 了解 CTP 协议的工作机制与实现过程； 4. 理解 EasyCollection 实例的实现。 教学重点： 1. 分发协议的相关接口和组件； 2. 汇聚协议的原理； 3. CTP 协议的工作机制与实现过程。 教学难点： 1. 分发协议的原理； 2. 汇聚协议的相关接口和组件； 3. CTP 协议的工作机制与实现过程。 第 8 章 高级应用技术 第一节 低功耗应用程序 1. 了解外围设备的电源管理中并行和串行方式的区别及优缺点； 2. 掌握无线模块的电源管理的方法； 3. 掌握微处理器的电源管理的方法。 第二节 低功耗监听 1. 了解低功耗监听的工作原理； 2. 了解低功耗监听的相关接口。 第三节 TOSThreads 线程 1. 了解 TOSThreads 线程的特点； 2. 了解 nesC 语言的 API 接口操作线程的过程。 第四节 CC2420 联网安全功能 1. 了解 CC2420 安全模式的特点； 2. 了解安全模式下发送端和接收端的配置方法。 教学重点： 1. 无线模块的电源管理的方法； 2. 微处理器的电源管理的方法； 3. 低功耗监听的工作原理； 4. 低功耗监听的相关接口。 教学难点：

1.无线模块的电源管理的方法：2.微处理器的电源管理的方法：3.低功耗监听的相关接口。第9章基于TinyOS的应用开发实例第一节基于TSL2550传感器的光照检测1.理解基于TSL2550传感器的光照检测的实现过程。第二节基于GSM短信的远程数据传输1.理解基于GSM短信的远程数据传输的实现过程。（二）实践教学的内容及要求1.验证Blink实例及BlinkSingle实例熟悉TinyOS开发环境的使用，并验证验证Blink实例及BlinkSingle实例程序。2.无线发送和接收实验熟悉并掌握通过无线电发送和接收消息的步骤。3.传感器实验熟悉并掌握启动传感器采集数据显示的过程。4.数据存储熟悉并掌握配置数据及大数据块的存储方案。5.验证EasyDissemination实例熟悉并理解分发协议的实现。6.验证EasyCollection实例熟悉并理解汇聚协议的实现。7.基于TSL2550传感器的光照检测熟悉并掌握TSL2550光照检测传感器的使用，以及程序调试过程。8.基于GSM短信的远程数据传输熟悉并掌握SIM300模块的使用，以及程序调试过程。四、学时分配各教学环节学时分配章次小讲实讨课上习备注计授验论外机题22第一章绪论44第二章开发环境

1. 无线模块的电源管理的方法； 2. 微处理器的电源管理的方法； 3. 低功耗监听的相关接口。 第 9 章 基于 TinyOS 的应用开发实例 第一节 基于 TSL2550 传感器的光照检测 1. 理解基于 TSL2550 传感器的光照检测的实现过程。 第二节 基于 GSM 短信的远程数据传输 1. 理解基于 GSM 短信的远程数据传输的实现过程。 （二）实践教学的内容及要求 1．验证 Blink 实例及 BlinkSingle 实例 熟悉 TinyOS 开发环境的使用，并验证验证 Blink 实例及 BlinkSingle 实例程序。 2．无线发送和接收实验 熟悉并掌握通过无线电发送和接收消息的步骤。 3. 传感器实验 熟悉并掌握启动传感器采集数据显示的过程。 4. 数据存储 熟悉并掌握配置数据及大数据块的存储方案。 5. 验证 EasyDissemination 实例 熟悉并理解分发协议的实现。 6. 验证 EasyCollection 实例 熟悉并理解汇聚协议的实现。 7. 基于 TSL2550 传感器的光照检测 熟悉并掌握 TSL2550 光照检测传感器的使用，以及程序调试过程。 8. 基于 GSM 短信的远程数据传输 熟悉并掌握 SIM300 模块的使用，以及程序调试过程。 四、学时分配 章 次 各教学环节学时分配 小 计 讲 授 实 验 上 机 习 题 讨 论 课 外 备 注 第一章 绪论 2 2 第二章 开发环境 4 4

844第三章nesC编程语言844第四章基本操作440第五章系统内核M04第6章平台与仿真484第7章网络协议604第8章高级应用技术448第9章基于TinyOS的应用开发实例16合计5236五、考核说明本课程所采用的考核方法为闭卷考试。本课程成绩评定的方法，总成绩=期末考试×60%+实验成绩×20%+作业成绩×10%+期中成绩×10%。六：主要教材及教学参考书目（一）主要教材1、青岛东合技术公司编著《Tinyos操作系统开发技术及实践》，西安电子科技大学出版社，2014年。（二）主要参考书目1.潘浩等著《无线传感器网络操作系统Tiny0S》，清华大学出版社，2011年。2.李鸥等著《TinyOS实用编程：面向无线传感器网节点软件开发》，机械工业出版社，2012年

第三章 nesC 编程语言 8 4 4 第四章 基本操作 8 4 4 第五章 系统内核 4 4 0 第 6 章 平台与仿真 4 4 0 第 7 章 网络协议 8 4 4 第 8 章 高级应用技术 4 6 0 第 9 章 基于 TinyOS 的应用开发实例 8 4 4 合 计 52 36 16 五、考核说明 本课程所采用的考核方法为闭卷考试。 本课程成绩评定的方法，总成绩＝期末考试×60%+实验成绩×20%+作业成绩×10%+期中成绩× 10%。 六、主要教材及教学参考书目 （一）主要教材 1、青岛东合技术公司编著《Tinyos 操作系统开发技术及实践》，西安电子科技大学出版社， 2014 年。 （二）主要参考书目 1．潘浩等著《无线传感器网络操作系统 TinyOS》，清华大学出版社，2011 年。 2．李鸥等著《TinyOS 实用编程：面向无线传感器网节点软件开发》，机械工业出版社，2012 年