初探STM32F4(3)--WIFI模块(1)
WIFI
- WIFI测试的代码架构剖析
- 步骤1：wifi模块的主函数流程
- 步骤2：剖析atk_8266_send_cmd()函数
- 步骤3：剖析atk_8266_wifista_test()函数
- 步骤4：剖析如何配置成TCP客户端
- 步骤5：作为客户端如何向服务器发送数据
通过上几节的分析，对STM32常用外设的配置有了基本概念，可以开始本文研究，本文并不是具体分析WIFI模块通讯机理，仅是对 正点原子的代码例程架构的详细剖析。
阅读完本文，要能回答以下问题：
- 简述单片机配置WIFI模块的主程序流程
- 解释WIFI模块的三种工作模式STA+AP、STA、AP都是什么？
- 单片机是通过发送AT指令来操作WIFI模块，简述发送AT指令的代码流程
- 如果将WIFI模块配置成STA模式，简述STA配置代码流程
- 配置好WIFI模块后，要与远端进行收发数据，收发数据的协议有UDP或者TCP(客户端/服务器)，这些都是什么？
- 如果将WIFI模块配置成TCP客户端与远端通信，简述配置成TCP客户端的代码流程？简述发送数据的代码流程？
- STA/AP与TCP/UDP是两类不同层次的概念，简单区分一下。
WIFI测试的代码架构剖析
步骤1：wifi模块的主函数流程
1、阐述例程主函数代码结构？首先是单片机串口初始化，然后是其余用到的外设初始化，最后是WIFI模块初始化，之后就是测试WIFI模块收发数据。详细代码如下：
int main(void)
{
u8 key,fontok=0;
//基本的外设初始化
Stm32_Clock_Init(360,25,2,8); //设置时钟,180Mhz
HAL_Init(); //HAL库初始化
delay_init(180); //初始化延时函数
uart_init(115200); //初始化USART1
usart3_init(115200); //初始化USART3
//下面就是些其他外设的初始化配置了，以后再来学习。
usmart_dev.init(90); //³õʼ»¯usmart
LED_Init(); //³õʼ»¯LED
KEY_Init(); //³õʼ»¯°´¼ü
SDRAM_Init(); //SDRAM³õʼ»¯
LCD_Init(); //LCD³õʼ»¯
W25QXX_Init(); //³õʼ»¯W25Q256
tp_dev.init(); //³õʼ»¯´¥ÃþÆÁ
my_mem_init(SRAMIN); //³õʼ»¯ÄÚ²¿ÄÚ´æ³Ø
my_mem_init(SRAMEX); //³õʼ»¯ÍⲿSDRAMÄÚ´æ³Ø
my_mem_init(SRAMCCM); //³õʼ»¯ÄÚ²¿CCMÄÚ´æ³Ø
exfuns_init(); //ΪfatfsÏà¹Ø±äÁ¿ÉêÇëÄÚ´æ
f_mount(fs[0],"0:",1); //¹ÒÔØSD¿¨
f_mount(fs[1],"1:",1); //¹ÒÔØSPI FLASH.
key=KEY_Scan(0);
if((key==KEY0_PRES)&&(tp_dev.touchtype&0X80)==0) //Ç¿ÖÆУ׼£¬µç×èÆÁ²ÅÐèҪУ׼
{
LCD_Clear(WHITE); //ÇåÆÁ
TP_Adjust(); //ÆÁĻУ׼
TP_Save_Adjdata();
LCD_Clear(WHITE); //ÇåÆÁ
}
fontok=font_init(); //¼ì²é×Ö¿âÊÇ·ñOK
if(fontok||key==KEY1_PRES)//ÐèÒª¸üÐÂ×Ö¿â
{
LCD_Clear(WHITE); //ÇåÆÁ
POINT_COLOR=RED; //ÉèÖÃ×ÖÌåΪºìÉ«
LCD_ShowString(60,50,200,16,16,"ALIENTEK STM32");
while(SD_Init()) //¼ì²âSD¿¨
{
LCD_ShowString(60,70,200,16,16,"SD Card Failed!");
delay_ms(200);
LCD_Fill(60,70,200+60,70+16,WHITE);
delay_ms(200);
}
LCD_ShowString(60,70,200,16,16,"SD Card OK");
LCD_ShowString(60,90,200,16,16,"Font Updating...");
key=update_font(20,110,16,"0:");//´ÓSD¿¨¸üÐÂ
while(key)//¸üÐÂʧ°Ü
{
LCD_ShowString(60,110,200,16,16,"Font Update Failed!");
delay_ms(200);
LCD_Fill(20,110,200+20,110+16,WHITE);
delay_ms(200);
}
LCD_ShowString(60,110,200,16,16,"Font Update Success!");
delay_ms(1500);
LCD_Clear(WHITE);//ÇåÆÁ
}
//到这里都是其他外设的配置，先不研究
atk_8266_test(); //ATK_ESP8266的测试
}
串口通信的初始化配置已在前文介绍，其余用到的外设初始化本文暂时不涉及。下面重点关注WIFI测试函数void atk_8266_test(void)，
2.atk_8266_test函数流程是什么样的？首先测试WIFI模块能否正常应答，当WIFI模块能够应答后，先关闭其事先设置好的透传模式(关于透传模式是什么，看这篇文章.)，然后按键选择不同的透传模式。一共有三种模式可以选择：STA+AP、STA、AP。配置好模式后，测试WIFI模块收发数据。整个流程的具体代码如下所示：
void atk_8266_test(void)
{
// u16 rlen=0;
u8 key;
u8 timex;
POINT_COLOR=RED;
Show_Str_Mid(0,30,"ATK-ESP8266 WIFIÄ£¿é²âÊÔ",16,240);
while(atk_8266_send_cmd("AT","OK",20))//检查WIFI模块是否能够应答
{
atk_8266_quit_trans();//退出透传
atk_8266_send_cmd("AT+CIPMODE=0","OK",200); //关闭透传模式
Show_Str(40,55,200,16,"未检查到模块",16,0);
delay_ms(800);
LCD_Fill(40,55,200,55+16,WHITE);
Show_Str(40,55,200,16,"尝试连接模块...",16,0);
}
while(atk_8266_send_cmd("ATE0","OK",20));//关闭回显，以为会死循环，后来才发现有break语句跳出while循环。如果没有break就一直配置。
atk_8266_mtest_ui(32,30);
while(1)
{
delay_ms(10);
atk_8266_at_response(1);//¼ì²éATK-ESP8266Ä£¿é·¢Ë͹ýÀ´µÄÊý¾Ý,¼°Ê±ÉÏ´«¸øµçÄÔ
key=KEY_Scan(0);
if(key)
{
LCD_Clear(WHITE);
POINT_COLOR=RED;
switch(key)
{
case 1://KEY0
Show_Str_Mid(0,30,"ATK-ESP WIFI-AP+STA ²âÊÔ",16,240);
Show_Str_Mid(0,50,"ÕýÔÚÅäÖÃATK-ESP8266Ä£¿é£¬ÇëÉÔµÈ...",12,240);
atk_8266_apsta_test(); //STA+AP
break;
case 2://KEY1
Show_Str_Mid(0,30,"ATK-ESP WIFI-STA ²âÊÔ",16,240);
Show_Str_Mid(0,50,"ÕýÔÚÅäÖÃATK-ESP8266Ä£¿é£¬ÇëÉÔµÈ...",12,240);
atk_8266_wifista_test();//WIFI STA模式
break;
case 4://WK_UP
atk_8266_wifiap_test(); //WIFI AP模式
break;
}
atk_8266_mtest_ui(32,30);
timex=0;
}
if((timex%20)==0)LED0=!LED0;//200msÉÁ˸
timex++;
}
}
3、STA+AP、STA、AP三种模式是什么意思？
- 首先回答WIFI模块是干什么的？WIFI模块是串口转WIFI通信的一种传输转换模块，模块内置无线网络协议栈（IEEE802.11、TCP/IP）
- 多个WIFI模块之间就可以组成无线网络拓扑，那么每个WIFI模块在无线网络中的地位是怎么样的呢？
- AP，无线接入点，是一个无线网络的创建者，是网络的中心节点。一般家庭中的无线路由器就是一个AP
- STA站点，每一个连接到无线网络中的终端都可以称为一个站点。
- 因此就有了两种无线网络结构：
- 基于AP组建的无线网络（Infra），是由AP创建，众多STA加入。网络中所有站点的通信都通过AP来转发完成
- 基于自组网的无线网络（Adhoc），是仅由两个及以上STA组成，网络中不存在AP，所有STA都可以直接通信
- 现在可以回答这三种模式的意思了。
- STA模式。WIFI模块本身并不接受无线的接入，它可以连接到ap（路由器），然后连接到互联网。
- AP模式。WIFI模块本身作为热点，提供无线接入服务，允许其它无线设备接入，提供数据访问。AP之间允许相互连接
- STA+AP模式。同时支持两个功能，例如手机，既连到无线路由器上。同时由可以开热点，让其他的终端连进来
步骤2：剖析atk_8266_send_cmd()函数
通过上一节我们知道了，在WIFI测试函数里面，单片机与wifi模块的通讯，是通过发送AT指令并等待应答实现的。发送AT指令对应的函数是atk_8266_send_cmd()函数，代码如下：
u8 atk_8266_send_cmd(u8 *cmd,u8 *ack,u16 waittime)
{
u8 res=0;
USART3_RX_STA=0;
u3_printf("%s\r\n",cmd); //串口3发送数据
if(ack&&waittime) //如果需要等待应答
{
while(--waittime) //等待时间开始倒计时
{
delay_ms(10);
if(USART3_RX_STA&0X8000)//接收到读操作的标记位
{
if(atk_8266_check_cmd(ack))
{
printf("ack:%s\r\n",(u8*)ack);
break;//做出应答回复，结束程序
}
USART3_RX_STA=0;
}
}
if(waittime==0)res=1;
}
return res;
}
简单分析一轮atk_8266_send_cmd()函数：
- 该函数入口参数含义？第一个入口参数为u8 *cmd，u8是uint8_t的别名，uint8_t是unsigned char的别名，故cmd是一个指向无符号字符数据类型的指针，表示待发送的命令字符串。第二个入口参数为u8 *ack，ack也是一个指向无符号字符数据类型的指针，表示期待的应答结果。第三个入口参数是u16 waittime，u16是uint16_t的别名，uint16_t是unsigned short int的别名，是两字节的整形变量，表示等待时间。
- 该函数返回参数含义？返回参数数据类型也是一个无符号字符数据类型。为什么可以给该数据类型赋值1或者0？因为字符变量在内存中存放的是其对应的ASCII值，所以你给一个char变量赋值1的话，根据ASCLL表，也有相应的字符。所以能赋值。约定好0代表发送成功、1代表发送失败。
- 发送命令字符串通过u3_printf()函数实现，分析其函数内部细节。函数名称表明是通过串口uart3发送数据，代码细节如下，大体流程是函数接收可变参数，将接收到的参数写入UART3的数据寄存器，C语言中可变参数的用法参考这篇文章.
void u3_printf(char* fmt,...)
{
u16 i,j;
va_list ap;
va_start(ap,fmt);
vsprintf((char*)USART3_TX_BUF,fmt,ap);
va_end(ap);
i=strlen((const char*)USART3_TX_BUF); //此次发送数据的长度
for(j=0;j<i;j++) //循环发送数据
{
while((USART3->SR&0X40)==0); //不断将要发送的数据写入UART3的数据寄存器中
USART3->DR=USART3_TX_BUF[j];
}
}
- STM32通过u3_printf指令，已经向wifi模块发送了AT指令，后续代码是要干什么？ wifi模块接收到AT指令后也会返回一个特征值给STM32去读，告诉STM32自己是否正常工作。因此，后续代码就是在倒计时之内一直等待串口进行读操作，产生中断，由于中断中设定了某些特征值的标志位，如果接收到了这些标志位，就可以通过printf发送应答指令了。printf函数也被重定义了，实现向串口1发送数据，我们就可以通过串口调试助手看到应答指令了。
int fputc(int ch, FILE *f)
{
while((USART1->SR&0X40)==0);//循环发送，直到发送完毕
USART1->DR = (u8) ch;
return ch;
}
- 串口1、3的中断服务程序中干了些啥事？ 以后再研究。
- 发送AT指令函数中还调用了atk_8266_check_cmd函数，这函数是要实现什么功能？函数内部主要是strstr()函数的功能，具体看这篇文章.通过strstr()函数实现了这样的功能：STM32发送AT指令后，收到了wifi了应答，只有应答语句包含ok字符串，这才表明AT指令生效，将ok字符串打印到串口1中去，否则不打印，继续倒计时等待。
u8* atk_8266_check_cmd(u8 *str)
{
char *strx=0;
if(USART3_RX_STA&0X8000) //½ÓÊÕµ½Ò»´ÎÊý¾ÝÁË
{
USART3_RX_BUF[USART3_RX_STA&0X7FFF]=0;//Ìí¼Ó½áÊø·û
strx=strstr((const char*)USART3_RX_BUF,(const char*)str);
}
return (u8*)strx;
}
步骤3：剖析atk_8266_wifista_test()函数
WIFI模块有三种模式可以选择：STA+AP、STA、AP。本文只剖析sta模式(ap模式后续再说)的测试代码，对应于函数atk_8266_wifista_test()
1、简述配置STA模式的代码架构？代码流程如下：
- 打开STA模式
- 设置无线参数，连接指定路由器
- 选择网络模式，在STA模式下有三种子模式选择（TCP服务器、TCP客户端和UDP）
- 配置好后，进入主循环开始数据收发测试，此时如果连接成功建立，我们可以通过按键中断选择不同测试方式：
- 如果按KEY_UP按键，即退出当前测试，回到主界面
- 如果按KEY_0按键，即开始发送数据测试，按照不同子模式（TCP服务器、TCP客户端和UDP），有不同的发送指令格式。
- 如果接收到外部设备发送过来的数据，将串口接收回来的数据显示到设置好的位置。
- 如果一直没有收到数据，程序每隔10 秒会检查一次连接是否存在
- 同时LED灯每400ms 闪烁一次，提示程序正在运行。具体代码架构如下。
u8 atk_8266_wifista_test(void)
{
//......
//设置为STA模式
atk_8266_send_cmd("AT+CWMODE=1","OK",50); //设置为STA模式
//......
//配置无线参数，连接目标路由器
sprintf((char*)p,"AT+CWJAP=\"%s\",\"%s\"",wifista_ssid,wifista_password);
while(atk_8266_send_cmd(p,"WIFI GOT IP",300));
//......
//配置网络模式
netpro|=atk_8266_netpro_sel(50,30,(u8*)ATK_ESP8266_CWMODE_TBL[0]);
if(netpro&0X02) //UDP
{
}
else//TCP
{
if(netpro&0X01)//TCP Client
{}
else//TCP Server
{}
}
while(1)
{
key=KEY_Scan(0);
if(key==WKUP_PRES)//WK_UP 退出测试
{
}
else if(key==KEY0_PRES)//KEY0 发送数据
{
if((netpro==3)||(netpro==2)) //UDP
{}
else if((netpro==1)) //TCP Client
{}
else //TCP Server
}
else;
//......
if(USART3_RX_STA&0X8000) //如果接收到数据
{
//将接收到的数据打印到串口
}
t++;
if(t==1000)
{
//检查wifi模块连接状态
}
if((t%20)==0)LED0=!LED0;//程序正常运行的指示灯
}
myfree(SRAMIN,p); //释放内存
return res;
}
2、STA模式下有三种子模式（TCP服务器、TCP客户端和UDP）是什么意思？
- TCP和UDP都是WIFI通信时需要遵守的规则，WIFI上的客户要在同一规则下交流
- TCP，传输控制协议，通过制定一些规则，实现了数据准确无误的传递。由于TCP传送数据前需要客户与服务器建立连接，传输速度慢
- UDP，用户数据报协议，它只是把数据发送出去，不能确保数据到达目的地，但无需客户与服务器建立连接，传输速度快
-
在选择TCP进行通信的时候，通信的双方，必须一方为TCP客户端（TCP Client），一方为TCP服务器（TCP Server）。以打电话来类比，打电话的人是TCP客户端，接电话的一方为TCP服务器。TCP/IP协议中的IP地址类似电话号码，而TCP/IP中的端口号类似电话分机号。客户端（拨电话者），首先需要知道对方的IP地址和端口（电话号码和分机号），先连接上TCP服务器端（接听者的电话摘机），才能进行数据传输（通话）。和一般电话不同，在这里TCP服务器可以同时接入多个TCP客户端，就如有多路线路的电话，不会因为一路电话在接通中而不能接入其它电话。
- 有了上述这些知识，再去看WIFI模块不同子模式下的测试步骤，就很好理解了。
步骤4：剖析如何配置成TCP客户端
1、如何将wifi模块配置成TCP客户端？此时WIFI模块作为打电话的一方，最重要的步骤就是输入对方的电话号码，对应函数atk_8266_ip_set()，该函数通过显示屏按键输入远端IP地址。
if(netpro&0X01) //TCP Client ͸´«Ä£Ê½²âÊÔ
{
LCD_Clear(WHITE);
POINT_COLOR=RED;
Show_Str_Mid(0,30,"ATK-ESP WIFI-STA ²âÊÔ",16,240);
Show_Str(30,50,200,16,"ÕýÔÚÅäÖÃATK-ESPÄ£¿é,ÇëÉÔµÈ...",12,0);
if(atk_8266_ip_set("WIFI-STA Ô¶¶ËIPÉèÖÃ",(u8*)ATK_ESP8266_WORKMODE_TBL[netpro],(u8*)portnum,ipbuf))goto PRESTA; //IPÊäÈë
atk_8266_send_cmd("AT+CIPMUX=0","OK",20); //0£ºµ¥Á¬½Ó£¬1£º¶àÁ¬½Ó
sprintf((char*)p,"AT+CIPSTART=\"TCP\",\"%s\",%s",ipbuf,(u8*)portnum); //ÅäÖÃÄ¿±êTCP·þÎñÆ÷
while(atk_8266_send_cmd(p,"OK",200))
{
LCD_Clear(WHITE);
POINT_COLOR=RED;
Show_Str_Mid(0,40,"WK_UP:·µ»ØÖØÑ¡",16,240);
Show_Str(30,80,200,12,"ATK-ESP Á¬½ÓTCPʧ°Ü",12,0); //Á¬½Óʧ°Ü
key=KEY_Scan(0);
if(key==WKUP_PRES)goto PRESTA;
}
atk_8266_send_cmd("AT+CIPMODE=1","OK",200); //´«ÊäģʽΪ£ºÍ¸´«
}
步骤5：作为客户端如何向服务器发送数据
1、如何发送数据？当WIFI模块已经和远端IP建立好连接后，只要单片机开启透传模式，然后向串口3（连接WIFI模块的串口）写数据就可以发送数据了。
else if((netpro==1)) //TCP Client
{
atk_8266_quit_trans();
atk_8266_send_cmd("AT+CIPSEND","OK",20); //¿ªÊ¼Í¸´«
sprintf((char*)p,"ATK-8266%s测试%d\r\n",ATK_ESP8266_WORKMODE_TBL[netpro],t/10);//待发送的数据
Show_Str(30+54,100,200,12,p,12,0);
u3_printf("%s",p);
timex=100;
}