CPS实验教学系统软件体系结构如图10.22所示，包括因特网服务器、物件服务引擎、操作系统、存储管理、电源管理、I/O管理、设备管理和网络管理模块。

图10.22 CPS实验教学系统软件体系结构

1.操作系统

由于系统的资源有限，CPS节点基于多任务操作系统Contiki。Contiki支持IPv4/IPv6通信，提供了uIPv6协议栈，支持TCP/UDP，还提供了线程、定时器、文件系统、I/O管理、网络驱动等功能。Contiki同时提供完整的IP网络和低功率无线电通信机制。

2.因特网服务器

在操作系统Contiki之上构建因特网服务器，管理并存储不同的控制页面，通过访问控制页面可以实现远程用户与CPS节点的交互。

3.物件服务引擎

在操作系统Contiki之上构建物件服务引擎，提供对接入物件的访问控制和数据交换服务的开放式API，基于这些API开发不同的物件服务应用程序，具有可扩展性。服务引擎可以接收来自因特网服务器对物件的控制命令、参数设置和数据交换请求，处理和物件的有线/无线连接控制、数据传输等功能。

如图10.23所示，物件服务引擎将用户请求派发给相应的物件服务应用程序。

图10.23 物件服务引擎请求处理示意图(www.daowen.com)

4.队列结构

为了实现高效率的数据处理和数据交换，在共享RAM中创建两个环形队列，一个队列用于存放用户请求，另一个队列用于存放与物件交换的数据。每一个环形队列的结构如图10.24所示（图中阴影部分为存有数据的区域，非阴影部分为空闲区域）。

图10.24 队列结构

5.双MCU数据处理流程

图10.25说明了用户通过浏览器发送HTTP请求给CPS节点，请求数据交换的处理流程，比如，用户要读取传感器数据、生产加工设备状态等。相反地，用户可以下达控制命令和任务参数给物件，数据处理流程是类似的。

图10.25 用户请求数据处理流程

6.用户访问权限管理

为了CPS的安全性，允许合法的用户访问CPS节点，进而访问所连接物件。可以在CPS节点中存储授权的用户名、密码，甚至存储其固定的IP地址及MAC地址。远程用户访问CPS节点时，要比较用户、密码，只有合法用户才可以通过因特网访问CPS节点。