IoT开发实战：CoAP卷【3.0】

10.3.2 native入门示例

下面我们在Instant Contiki中实现一个最为简单的“hello world”示例，该示例位于examples/hello-world目录中，通过cd指令进入该目录后运行“make TARGET=native”便可生成可执行文件，具体操作步骤如下：

# 进入hello-world目录cd ~/contiki/exapmples/hello-world # 使用native平台

make TARGET=native

TARGET参数用于指定平台，native平台是Contiki所支持的平台中较为特殊的平台，native平台一般特指Linux平台，该平台在Linux系统内仿真Contiki系统所需的运行环境。此时经make编译获得的可执行文件为hello-world.native，该文件可在Linux系统中直接运行。在控制台中输入“./hello-world.native”可获得类似输出。

# 运行可执行文件./hello-world.native
./hello-world.native
# contiki-main.c中输出
Contiki-3.x-2906-g14bfaff started with IPV6, RPL
Rime started with address 1.2.3.4.5.6.7.8
MAC nullmac RDC nullrdc NETWORK sicslowpan
Tentative link-local IPv6 address fe80:0000:0000:0000:0302:0304:0506:0708
# hello world.c中输出
Hello, world
# 使用Ctrl+c 退出

控制台中除了输出“Hello，world”之外，还给出了很多提示信息，这些提示信息由native平台下的contiki-main.c中输出，而hello-world.c中仅输出“Hello，world”。下面我们再来分析helloworld.c文件，hello-world.c的具体实现如下：

代码清单10-1 native hello-world.c

#include "contiki.h"
#include <stdio.h>
PROCESS(hello_world_process, "Hello world process");
AUTOSTART_PROCESSES(&hello_world_process);
PROCESS_THREAD(hello_world_process, ev, data)
{
PROCESS_BEGIN();
printf("Hello, world
");
PROCESS_END();
}

虽然hello-world.c示例非常简单，但已经包括了protothread机制涉及的常用宏定义——PROCESS（…）、PROCESS_THREAD（…）、PROCESS_BEGIN（）、PROCESS_END（）和AUTOSTART_PROCESSES（…）。

·PROCESS（hello_world_process，”Hello world process”）：PROCESS宏用于任务声明，此处声明一个hello_world_process任务。

·AUTOSTART_PROCESSES（&hello_world_process）：AUTOSTART_PROCESSES宏用于设置“自启动”任务，hello_world_process任务加入到自启动任务列表中，Contiki操作系统完成初始化工作之后便会启动该任务。

·PROCESS_THREAD（hello_world_process，ev，data）{}：在任务主体中，任务主体总是以PROCESS_BEGIN（）开始并以PROCESS_END（）结束，此处hello_world_process任务中并没有while（1）循环结构，所以任务运行一次。

10.3.3 安装交叉工具链

一个入门级别的“Hello World”示例虽然并没有太多的使用价值，但是该示例却展现了使用protothread的基本方法，现在我们可以把native的成功经验迁移到CC2538dk/SensorTag平台中。SensorTag平台和native平台不同，SensorTag平台的开发依赖于gcc-arm-embedded交叉工具链。gcc-arm-embedded交叉工具链的更多信息请参考：https://launchpad.net/gcc-arm-embedded。下面介绍gcc-arm-embedded工具链安装的两种方法：Ubuntu PPA方法和软件包直接安装法。

1.Ubuntu PPA方法

如果使用Ubuntu发行版，可通过Ubuntu PPA服务安装较新版本的gcc-arm-embedded交叉工具链，在控制台中依次输入以下指令：

# Instant Contiki中已经预装了gcc-arm-embedded工具链
# 可使用apt-get remove指令卸载该旧工具链
sudo apt-get remove gcc-arm-none-eabi
# 增加gcc-arm-embedded软件源仓库
sudo add-apt-repository ppa:team-gcc-arm-embedded/ppa
# 更新软件源
sudo apt-get update
# 安装gcc-arm-embedded
sudo apt-get install gcc-arm-embedded

2.软件包直接安装法

其他Linux发行版也可以通过下载软件包的方式安装gcc-arm-embedded交叉工具链。下面以gcc-arm-none-eabi 5.4版本为例说明安装gcc-arm-embedded的具体方法。

# 获取gcc-arm-embedded软件安装包
wget https://launchpadlibrarian.net/287101520/gcc-arm-none-eabi-5_4-2016q3-20160926-
linux.tar.bz2
# 复制安装包到/usr/local目录
sudo cp gcc-arm-none-eabi-5_4-2016q3-20160926-linux.tar.bz2 /usr/local
# 在/usr/local目录下解压软件安装包
cd /usr/local
sudo tar -jxvf gcc-arm-none-eabi-5_4-2016q3-20160926-linux.tar.bz2

把gcc-arm-none-eabi-5_4解压至/usr/local之后，并不能立即使用gcc-arm-embedded工具链，还需要把交叉工具链的具体路径加入到用户环境变量中。

# 使用nano打开bashrc
sudo nano ~/.bashrc
# 在bashrc文件的最后一行增加
PATH=$PATH:/usr/local/gcc-arm-none-eabi-5_4-2016q3/bin
# 退出nano
# 立即更新环境变量
source ~/.bashr

3.安装验证

完成交叉工具链安装之后，在控制台中输入“arm-none-eabi-gcc-v”便可查看该工具是否安装成功，若交叉工具链安装成功可在控制台中看到如图10-8所示内容。

10.3.4 SensorTag入门示例

完成了交叉工具链的安装之后，我们立马着手SensorTag平台上的“Hello World”示例。SensorTag的“Hello World”示例比native的“Hello World”示例更复杂一些。

1.修改makefile.user.include

与设备相关的代码均位于本书代码仓库the_beginning_of_coap/microsystem_device目录中，该目录下有一个名为makefile.user.include的文件，该文件用于指定Contiki源代码的具体位置，在前面的小节中Contiki源代码被复制至user用户根目录中，那么Contiki源代码的绝对位置为/home/user/contiki。请根据实际情况修改Contiki源代码的具体位置，否则将导致SensorTag入门示例和其他所有示例编译失败。makefile.user.include的具体内容如下：

APPDIRS+=$(USER_FOLDER)/apps
TARGETDIRS+=$(USER_FOLDER)/platform
#指定contiki源代码目录位置
# 请务必根据实际情况修改
CONTIKI=/home/user/contiki
include $(CONTIKI)/Makefile.include

图10-8 验证arm-none-eabi-gcc工具链

2.hello-world.c

SensorTag入门示例位于/examples/sensortag/hello-world目录中，该文件夹中包括：hello-world.c、project-conf.h、Makefile.target和Makefile四个文件，其中hello-world.c文件的具体内容如下：

代码清单10-2 SensorTag hello-world.c

#include "contiki.h"
#include "dev/leds.h"
#include "net/ipv6/uip-ds6.h"
#include <stdio.h>
PROCESS(hello_world_process, "hello world process");
PROCESS(simple_process, "simple process");
AUTOSTART_PROCESSES(&hello_world_process);
PROCESS_THREAD(hello_world_process, ev, data)
{
static struct etimer et_red;
PROCESS_BEGIN();
etimer_set(&et_red, CLOCK_SECOND / 8);
printf("hello world!
");
while(1) {
PROCESS_YIELD();
if(ev == PROCESS_EVENT_TIMER && etimer_expired(&et_red)) {
if(uip_ds6_get_global(ADDR_PREFERRED) != NULL) {
leds_off(LEDS_RED);
printf("device has joined the net
");
process_start(&simple_process, NULL);
} else {
leds_toggle(LEDS_RED);
etimer_set(&et_red, CLOCK_SECOND / 8);
}
}
} P
ROCESS_END();
}P
ROCESS_THREAD(simple_process, ev, data)
{
static struct etimer et_green;
PROCESS_BEGIN();
printf("simple process
");
etimer_set(&et_green, CLOCK_SECOND / 4);
while(1) {
PROCESS_YIELD();
if(ev == PROCESS_EVENT_TIMER && etimer_expired(&et_green)) {
leds_toggle(LEDS_GREEN);
etimer_set(&et_green, CLOCK_SECOND / 4);
}
}P
ROCESS_END();
}

ello-world.c中包含两个任务：hello_world_process和simple_process。hello_world_process任务周期性查看设备是否已经获得IPv6网络前缀，如果暂未分配到网络前缀，则令红色LED不停闪烁；如果已经分配到网络前缀，那么关闭红色LED并启动simple_process任务。

·PROCESS（hello_world_process，"hello world process"）：声明hello_world_process任务，并把该任务设置为自启动。
·PROCESS（simple_process，"simple process"）：声明simple_process任务。·static struct etimer et_red；etimer_set（&et_red，CLOCK_SECOND/8）：在hello_world_process任务中增加一个etimer定时器，该定时器为Contiki中的一个默认组件，定时器的溢出时间为
CLOCK_SECOND/8也就是125ms。
·PROCESS_YIELD（）：任务挂起等待系统时间。
·if（ev==PROCESS_EVENT_TIMER&&etimer_expired（&et_red））：任务获得一个定时器事件，且定时器etimer为在该任务中创建的et_red定时器。Contiki中通过etimer实现任务的周期性运行。
·uip_ds6_get_global（ADDR_PREFERRED）！=NULL：获取全局IPv6网络前缀，该前缀由边界路由分配。如果该设备未分配到IPv6网络前缀，再次启动et_red定时器，超时依然为
CLOCK_SECOND/8。
·process_start（&simple_process，NULL）：如果分配到IPv6网络前缀，则启动simple任务。
simple_process任务是典型的周期性处理任务，但是该任务并不会开机自动，该任务是否启动取决于设备是否已经获取IPv6网络前缀。

3.生成hello-world.hex

下面我们尝试生成HEX格式固件，在控制台中输入：

# 进入hello-world示例目录cd examples/sensortag/hello-world # 生成固件

make BOARD=sensortag/cc2650

在hello-world目录下将生成hello-world.hex文件，该文件便是hello-world示例的最终固件。若在Instant Contiki 3.0中生成固件，可以在Instant Contiki 3.0中复制hello-world.hex，切换至Windows操作系统后直接粘贴到合适的目录即可；若使用其他Linux发行版需要在虚拟机中安装VMware Tools工具，该工具可实现Linux虚拟机和Windows主机之间的复制与粘贴操作。Linux虚拟机和Windows主机之间传输的文件的方法还包括FTP和共享文件夹等方法。

4.下载hello-world.hex

SensorTag/CC2650的固件下载操作需要借助XDS110下载工具（见图10-9）和Flash Programmer2下载软件。相关软件与工具的详细介绍和使用方法请参考德州仪器官方网站。

·XDS110：http://processors.wiki.ti.com/index.php/Debug_DevPack_User_Guide

·Flash Programmer2：http://www.ti.com.cn/tool/cn/flash-programmer

图10-9 SensorTag和XDS110下载器

为了顺利下载固件首先需要拆除SensorTag的保护外壳，把SensorTag底板与XDS110下载器相连，然后通过USB连接线与Windows主机相连。打开Flash Programmer2下载软件把hello-world.hex文件下载至SensorTag中，具体操作过程如图10-10所示。HEX文件下载完成之后SensorTag将自动重启。

图10-10 下载hello-world.hex

5.运行hello-world.hex

固件下载完成之后，SensorTag将进入正常运行模式，XDS110下载工具将在Windows主机中虚拟一个串口设备，利用该串口设备可以观察SensorTag的运行情况，通过串口调试工具可以观察到以下类似输出信息：

# contiki-main.c中输出
Starting Contiki-3.x-2906-g14bfaff
With DriverLib v0.46593
TI CC2650 SensorTag
Starting Contiki-3.x-2906-g14bfaff
With DriverLib v0.46593
TI CC2650 SensorTag
Net: sicslowpan
MAC: CSMA
RDC: ContikiMAC, Channel Check Interval: 16 ticks
RF: Channel 25
Link layer addr: 00:12:4b:00:07:c9:4b:03
Node ID: 19203
# hello-world.c中输出
hello world!

SensorTag的串口输出信息大致可分为两部分：一部分为contiki-main.c输出内容，另一部分为hello-world.c输出内容。contiki-main.c中输出了当前Contiki的版本编号，CC2650相关driverlib的版本编号、Platform名称、MAC层和RDC层选用组件情况、射频部分工作信号、CC2650链路层MAC地址等基本信息。hello-world.c中的输出信息则相对简单，仅包括“hello world！”。

此时SensorTag的红色LED将会不停地闪烁，由于并没有边界路由设备，所以Sensor Tag始终无法加入网络，也无法获得全局网络前缀。SensorTag与外部网络建立联系必须要依赖于边界路由。

10.4 搭建边界路由

在WiFi组成的无线局域网中一般存在两种角色：WiFi AP和WiFi Station，WiFi AP即俗称的无线路由器，而手机或者个人笔记本则扮演WiFi Station角色。在Contiki所支持的IEEE 802.15.4无线局域网中，SensorTag扮演终端设备，这和WiFi无线局域网中的手机和个人笔记本所扮演的角色相似。边界路由则扮演与无线路由器相似的角色，它把无线数据“翻译”为有线数据，可以说边界路由是低功耗无线网络与传统互联网之间的桥梁。

在多数情况下，WiFi无线路由器仅需传递IPv4报文，但在此处的无线网络中边界路由需要做更多的工作，它需要把经过6LoWPAN技术压缩的IPv6报文还原为完整的IPv6报文。由于具体网络的限制，边界路由还需要把IPv6报文转化为合适的IPv4报文。

Contiki中有多种创建边界路由的方法，本小节将介绍Slip-Radio+Native-Border-Router方法。本小节中CC2538用于实现Slip-Radio，而树莓派用于实现Native-Border-Router，本节的主要工作如图10-11所示。

10.4.1 创建Slip-Radio

Slip是串行线路接口协议的简称，它是一种点对点网络解决方案，Slip协议是一种非常古老的串行线路接口协议，该协议提供了一种非常简单的封装IP数据包的方法。Slip协议定义一个称为slip end的界定符，该值为192（0xC0），该界定符被追加到IP数据包的末尾，利用该界定符判断IP数据包是否完整。在IP数据包中也会出现其他的0xC0，为了解决这种冲突，Slip协议又定义了一个slip esc界定符，该值为219（0xDB）。当IP发送数据包中包含0xC0时，它被自动替换为0xDB 0xDC两个字符，这样可以避免与结尾界定符0xC0产生冲突。

图10-11 搭建边界路由主要工作

Slip-Radio把无线传感网中的IPv6数据转化为使用串行接口的slip数据，那么Native-Border-Router便可使用诸如ttyUSB0这样的串行设备接收slip分包数据，并把这些分包数据注入到Linux网络层中。Slip-Radio的相关实现代码位于本书代码仓库microsystem_deviceexamplesipv6slip-radio目录中。

1.生成Slip-Radio固件

本节示例使用CC2538DK平台生成Slip-Radio固件，具体操作如下：

# 进入Slip-Radio目录cd examples/ipv6/slip-radio # 在CC2538平台下生成固件make TARGET=cc2538dk

2.下载Slip-Radio固件

CC2538的固件烧写方式和SensorTag/CC2650相似，借助Flash Programmer2和XDS100/XDS110下载工具便可完成操作。

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THE END