Contiki 介绍及参考资料

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Coffee File system（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（Swedish Institute of Computer
Science）的Adam Dunkels 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
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，ROLL RPL
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
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：Coffee File System
Contiki 实现了一个简单、小巧、易于使用的文件系统，称为Coffee File System
（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
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。