FPGA实现ESP8266驱动且进行数据包收发

一. 简介

本次将使用正点原子的ESP8266 WIFI模块，来实现PC与FPGA之间的TCP通讯，其中ESP8266与FPGA之间的接口是UART。

二. 正点原子的ESP8266 WIFI模块介绍

模块实物图如下，到手就可以使用了，RST和IO_0两个IO口不接或者接高电平就可以了。

在使用之前，需要通过AT指令对模块进行配置，比如说是AP模式，还是STA模式。AP模式就是模块作为无线 WIFI 热点，允许其他 WIFI 设备连接到本模块；STA模式就是连接到其它的WIFI设备。具体的指令可以在正点原子论坛上下载。

三. ESP8266初始化

本次是将ESP8266配置成AP模式，充当TCP服务器，配置的AT指令如下(每个指令末尾均带有换行)。FPGA端只需要通过串口将这些AT指令依次发送出去即可完成配置。

先将这些指令的数据存储到memory中，就像下面这样。

reg[7:0]    rom0[14:0];
reg[7:0]    rom1[10:0];
reg[7:0]    rom2[43:0];
reg[7:0]    rom3[15:0];
reg[7:0]    rom4[44:0];

always@(*)begin
    rom0[0] = "A";
    rom0[1] = "T";
    rom0[2] = "+";
    rom0[3] = "C";
    rom0[4] = "W";
    rom0[5] = "M";
    rom0[6] = "O";
    rom0[7] = "D";
    rom0[8] = "E";
    rom0[9] = "=";
    rom0[10] = "2";
    rom0[11] = 8'h0D;
    rom0[12] = 8'h0A;
end

然后再初始化模块中依次发送出去即可，需要注意的是，每个指令的发送需要间隔一定的时间，因为ESP8266每接收到一个指令会返回一个应答(通常是OK),不等待的话，可能会导致下条指令接收错误。

全部发送完成后，模块会跳到S7状态，向外部发送初始化完成信号。

localparam S0 = 'd0;   //IDLE
localparam S1 = 'd1;   //AT + CWMODE = 2
localparam S2 = 'd2;   //AT + RST
localparam S3 = 'd3;   //AT + CWSP="ATK-ESP8266","12345678",1,4
localparam S4 = 'd4;   //AT + CIPMUX = 1
localparam S5 = 'd5;   //AT+CIPSERVER=1,8086
localparam S6 = 'd6;   //wait 10ms
localparam S7 = 'd7;   //ack

四. 发送数据

由于ESP8266配置的模式不支持透传模式，所以每次发送数据的时候，需要发送一个发送的AT指令，如下。这条AT指令发送完成后，也不能立马发送数据，需要等ESP8266做出响应后才能。这里发送数据的时候，不需要带换行。ID0: 第一个连接到tcp服务器的客户端。

五. 数据接收

当ESP8266模块，接收到数据的时候，会做出如下的响应。其中4是第四个连接到tcp服务器的客户端。

在接收数据的时候，需要先解析前面的+IPD,4,n: 这些字符。解析正确后，就将后面接收到的n字节数据作为有效数据。

//检测头部序列 是否正确
always@(posedge clk or negedge rst_n) begin
    if( rst_n == 1'b0 )
        head_index <= 'd0;
    else if( state == S_HEAD )
        if( head_index == 'd0 && esp8266_rx_done_i == 1'b1 )
            if( esp8266_rx_data_i == "+" )
                head_index <= head_index + 1'b1;
            else
                head_index <= 'd0;
        else if( head_index == 'd1 && esp8266_rx_done_i == 1'b1)
            if( esp8266_rx_data_i == "I" )
                head_index <= head_index + 1'b1;
            else if( esp8266_rx_data_i == "+" )
                head_index <=  'd1;
            else
                head_index <= 'd0;
        else if( head_index == 'd2 && esp8266_rx_done_i == 1'b1)
            if( esp8266_rx_data_i == "P" )
                head_index <= head_index + 1'b1;
            else if( esp8266_rx_data_i == "+" )
                head_index <=  'd1;
            else
                head_index <= 'd0;
        else if( head_index == 'd3 && esp8266_rx_done_i == 1'b1)
            if( esp8266_rx_data_i == "D" )
                head_index <= head_index + 1'b1;
            else if( esp8266_rx_data_i == "+" )
                head_index <=  'd1;
            else
                head_index <= 'd0;
        else if( head_index == 'd4 && esp8266_rx_done_i == 1'b1)
            if( esp8266_rx_data_i == "," )
                head_index <= head_index + 1'b1;
            else if( esp8266_rx_data_i == "+" )
                head_index <=  'd1;
            else
                head_index <= 'd0;
        else if( head_index == 'd5 && esp8266_rx_done_i == 1'b1)
            if( esp8266_rx_data_i == "0" )
                head_index <= head_index + 1'b1;
            else if( esp8266_rx_data_i == "+" )
                head_index <=  'd1;
            else
                head_index <= 'd0;
        else if( head_index == 'd6 && esp8266_rx_done_i == 1'b1)
            if( esp8266_rx_data_i == "," )
                head_index <= head_index + 1'b1;
            else if( esp8266_rx_data_i == "+" )
                head_index <=  'd1;
            else
                head_index <= 'd0;
        else if( head_index == 'd7 && esp8266_rx_done_i == 1'b1)
            if( esp8266_rx_data_i == "1" )
                head_index <= head_index + 1'b1;
            else if( esp8266_rx_data_i == "+" )
                head_index <=  'd1;
            else
                head_index <= 'd0;
        else if( head_index == 'd8 && esp8266_rx_done_i == 1'b1)
            if( esp8266_rx_data_i == "6" )
                head_index <= head_index + 1'b1;
            else if( esp8266_rx_data_i == "+" )
                head_index <=  'd1;
            else
                head_index <= 'd0;
        else if( head_index == 'd9 && esp8266_rx_done_i == 1'b1)
            if( esp8266_rx_data_i == ":" )
                head_index <= head_index + 1'b1;
            else if( esp8266_rx_data_i == "+" )
                head_index <=  'd1;
            else
                head_index <= 'd0;
        else
            head_index <= head_index;
    else
        head_index <= 'd0;
end

六. 整体设计

本次的设计主要是为了完成如下数据包格式的收发，所以设计不仅仅是单纯的收发，还包括数据包的整合和解析。有相同需求的，可以参考参考。

整个设计模块的层次图如下(高云的EDA软件RTL图有点拉胯)

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