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面向物联网的嵌入式操作系统WebitX的设计与实现

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摘要

第1章 绪论

1.1 物联网发展现状

1.2 Webit操作系统的衍化

1.3 现有流行嵌入式操作系统分析

1.4 课题提出和意义

1.5 论文组织结构

第2章 WebitX的需求分析与总体设计

2.1 物联网对操作系统的需求

2.2 WebitX的设计目标

2.3 WebitX的体系结构

2.4 WebitX的功能模块

2.5 本章小结

第3章 WebitX的详细设计与实现

3.1 任务管理的设计与实现

3.1.1 系统中的任务

3.1.2 任务的状态

3.1.3 任务的创建和删除

3.1.4 任务调度设计

3.2 任务之间通信的设计与实现

3.2.1 WebitX两种通信模式

3.2.2 任务间通信过程

3.3 中断和时间管理的设计与实现

3.3.1 系统中断管理

3.3.2 系统时间管理

3.4 内存管理的设计与实现

3.4.1 内存分配算法

3.4.2 内存回收算法

3.5 设备管理的设计与实现

3.5.1 USART的打开与关闭

3.5.2 USART的读写

3.6 TCP/IP协议栈的设计与实现

3.6.1 链路层协议

3.6.2 网络层协议

3.6.3 运输层协议

3.6.4 应用层协议

3.6.5 TCP/IP协议栈的工作过程

3.7 物联网设备读写

3.8 本章小结

第4章 WebitX测试

4.1 测试环境

4.1.1 硬件环境

4.1.2 软件环境

4.1.3 串口调试工具

4.2 系统功能测试

4.2.1 任务调度与通信

4.2.2 内存管理

4.2.3 设备管理

4.2.4 网络通信

4.3 系统性能测试

4.3.1 内核最小空间

4.3.2 最大中断禁止时间

4.3.3 任务切换时间

第5章 WebitX在物联网中的应用

5.1 物联网应用模型

5.2 物联网应用实现

第6章 结束语

6.1 本文工作总结

6.2 未来工作展望

参考文献

致谢

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摘要

物联网的概念是在1999年提出的,它的定义很简单:把所有物品通过射频识别等信息传感设备与互联网连接起来,实现智能化识别和管理。随着物联网知识的普及及技术的广泛推广应用,物联网被越来越多人所关注。未来的物联网上,所有的物体都要求具备智能,能够互动,包括人与人、物与物、人与物之间都能通过网络进行交流,这对网络体系的建设提出了严峻的挑战。
  目前大多数的物联网应用是基于硬件编程的,缺少一个比较完备的操作系统支持,效率不高。缺少操作系统的支持,要应对许多复杂应用,对物联网程序人员来说总显得不是那么得心应手。而由于嵌入式操作系统的专一性特点,已有的操作系统不能完全胜任新的需求。WebitX的开发,给物联网应用的研究提供了广阔的空间。本文设计的嵌入式操作系统WebitX,是面向物联网应用的异步抢占式实时操作系统。能够满足物联网数据采集、打包、传输的需要。具有微内核、多任务(8个任务)、快速响应、稳定可靠、可扩展性强等特点。在充分考察了物联网研究的现状的基础上,对WebitX做了详细的需求分析和可行性分析。在论文的主要部分,详细论述了WebitX的设计与实现,包括任务管理、中断和时间管理、任务间的通信、内存管理、设备管理、网络通信等功能。正如题目中所提到的,这是一个异步抢占式的操作系统,它拥有5个优先级可分配(0-4),高优先级任务可以中断低优先级任务的执行,这些设计都是为了满足实时响应的需要。
  本文设计的操作系统创新性的提出了基于TCP/IP协议栈的数据传输方式,方便物联网设备连入互联网,获得更大的应用空间。操作系统提供对USART的驱动支持,方便基于串口的数据通信的开发。异步抢占式设计满足物联网大多数实时应用的需要。

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