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《嵌入式系统 – 玩转ART-Pi开发板》第7章 环境监测系统(二)

玩转ART-Pi开发板 BruceOu 9个月前 (04-18) 335次浏览 0个评论

DzSgL4.png

7.3联网【WiFi】

ART-Pi有两种联网方式,一个是板载的WiFi模块AP6212,这个模块自带蓝牙;另一个是工业扩展板的网口,使用的芯片是LAN8720A,我没有扩展板,这里就只讲解如何使用WiFi联网。这里先看看WiFi的电路。

cI3gUg.png

图11 AP6212芯片

cI3q54.png

cI3OPJ.png

图12 WiFi和BT接口

从上图可以看出WiFi和BT使用的是二合一芯片AP6212,WiFi的接口是SDIO,BT使用的是串口,还是很简单的。

接下来就是针对WiFi进行简单的配置。

7.3.1 WiFi配置

首先是配置WiFi底层驱动。

cI8Sr6.png

图13添加WiFi驱动

然后是添加WiFi库。

cI8CVO.png

图14添加WiFi库

接下来的配置是为了优化WiFi而配置的。

优化配置一:添加easyflash库

默认情况下,连接WiFi后,重启板子后需要重新连接WiFi,可以将WiFi的信息记录在flash中,重新后再次连接即可,这里就需要添加easyflash包。

cI8iIe.png

图15添加Easyflash库

优化配置二:BT配网
我们在首次使用开发板连接WiFi,需要命令来连接,这就需要PC有串口驱动和终端助手,还是比较麻烦,接下来的方式是通过板载的BT软件,通过智能手机将WiFi信息传给板子,这样只需给板子上电就可以连接WiFi了,但这需要额外的手机APP或者微信小程序等,官方提供了相应的小程序,这里直接用就可以了。BT配网配置比较多。

首先需要使能BT协议栈。

cI8AGd.png

图16添加BT协议栈

BT使用的是串口3因此需要打开串口3。

cI8VxI.png

图17添加UART3

还需要JSON库、RTC和文件系统。

cI8eMt.png

图18添加JSON库

cI8nqf.png

图19添加文件系统

cI8MdS.png

<center>图20添加软件RTC</center>

好了,关于WiFi的配置差不多了,接下来就是实现WiFi连网、断电重连、BT联网。

7.3.2 WiFi代码实现

首先增加一个模块文件夹,用于配置BT和WiFi,具体内容请看源码。

cI81iQ.png

图21添加modules文件夹

【bt_module.c】

#include <rtthread.h>
#include <fal.h>
#include <rt_ota.h>
#include <wifi_module.h>

#define DBG_TAG "bt"
#define DBG_LVL DBG_LOG
#include <rtdbg.h>

#define BT_FIRMWARE_PARTITION_NAME "bt_image"
static const struct fal_partition *bt_partition = RT_NULL;

extern void bt_stack_port_main(void);

void bluetooth_thread(void *param)
{
    bt_stack_port_main();
}

int bluetooth_firmware_check(void)
{
    bt_partition = fal_partition_find(BT_FIRMWARE_PARTITION_NAME);
    if (bt_partition == NULL)
    {
        LOG_E("%s partition is not exist, please check your configuration!", BT_FIRMWARE_PARTITION_NAME);
        return -1;
    }
    else
    { //try to update the bt_image
        int result = 0;
        /* verify OTA download partition */
        if (rt_ota_init() >= 0 && rt_ota_part_fw_verify(fal_partition_find(RT_OTA_DL_PART_NAME)) >= 0)
        {
            /* do upgrade when check upgrade OK */
            if (rt_ota_check_upgrade() && (result = rt_ota_upgrade()) < 0)
            {
                log_e("OTA upgrade failed!");
                //TODO upgrade to safe image?
            }
            /* when upgrade success, erase download partition firmware.
             * The purpose is to prevent other programs from using.
             */
            if (result >= 0)
            {
                fal_partition_erase(fal_partition_find(RT_OTA_DL_PART_NAME), 0, 4096);
            }
        }
    }
    //check firmware validity
    if (rt_ota_part_fw_verify(bt_partition) < 0)
    {
        LOG_E("BT image was NOT found on %s partition!", BT_FIRMWARE_PARTITION_NAME);
        return -1;
    }
    return 0;
}

int bluetooth_init(void)
{
    rt_device_t wifi = NULL, bt_firmware = NULL;
    //wait for wifi is ready
    while (wifi == NULL)
    {
        wifi = rt_device_find(WIFI_DEVICE_NAME);
        rt_thread_mdelay(500);
    }
    LOG_D("bluetooth start init");
    //wait for firmware is ready
    if (bluetooth_firmware_check() < 0)
    {
        return -1;
    }
    //create bt device fs
    bt_firmware = fal_char_device_create(BT_FIRMWARE_PARTITION_NAME);
    if (bt_firmware == NULL)
    {
        LOG_E("bt firmware device create failed");
        return -1;
    }

    rt_thread_t tid = rt_thread_create("bt_thread", bluetooth_thread, NULL, 1024, 15, 5);
    if (tid)
    {
        rt_thread_startup(tid);
        return 0;
    }
    else
    {
        LOG_E("bluetooth thread create failed");
        return -1;
    }
}

bt_module.c添加的是BT初始化的内容。

【bt_module.h】

#ifndef __BTMODULE_H
#define __BTMODULE_H

int bluetooth_init(void);

#endif  /*__BLUETOOTH_H*/

【wifi_module.c】

#include <rtthread.h>
#include <rtdevice.h>
#include <cJSON.h>
#include <wlan_mgnt.h>
#include <netdev_ipaddr.h>
#include <netdev.h>
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>

#include <wifi_module.h>

#define DBG_TAG "wifi"
#define DBG_LVL DBG_LOG
#include <rtdbg.h>

#define MAX_SSID_PASSWD_STR_LEN 50
#define BT_SEND_TIMES 1
#define BT_SEND_FAIL_RETRY 3

extern int bt_stack_blufi_send(uint8_t *string, uint32_t length);
extern int adb_socket_init(void);

char wifi_status_str[100];

struct _wifi
{
    char ssid[MAX_SSID_PASSWD_STR_LEN];
    char passwd[MAX_SSID_PASSWD_STR_LEN];
} wifi;


#ifdef RT_WLAN_AUTO_CONNECT_ENABLE

#include <wlan_mgnt.h>
#include <wlan_cfg.h>
#include <wlan_prot.h>
#include <easyflash.h>
#include <fal.h>

static int read_cfg(void *buff, int len)
{
    size_t saved_len;

    ef_get_env_blob("wlan_cfg_info", buff, len, &saved_len);
    if (saved_len == 0)
    {
        return 0;
    }

    return len;
}

static int get_len(void)
{
    int len;
    size_t saved_len;

    ef_get_env_blob("wlan_cfg_len", &len, sizeof(len), &saved_len);
    if (saved_len == 0)
    {
        return 0;
    }

    return len;
}

static int write_cfg(void *buff, int len)
{
    /* set and store the wlan config lengths to Env */
    ef_set_env_blob("wlan_cfg_len", &len, sizeof(len));

    /* set and store the wlan config information to Env */
    ef_set_env_blob("wlan_cfg_info", buff, len);

    return len;
}


static const struct rt_wlan_cfg_ops ops =
{
    read_cfg,
    get_len,
    write_cfg
};

void wlan_autoconnect_init(void)
{
    fal_init();
    easyflash_init();

    rt_wlan_cfg_set_ops(&ops);
    rt_wlan_cfg_cache_refresh();

    /* enable auto reconnect on WLAN device */
    rt_wlan_config_autoreconnect(RT_TRUE);
}
#endif

int wifi_connect(char *conn_str)
{
    cJSON *conn = cJSON_Parse(conn_str);
    if (conn)
    {
        cJSON *ssid = cJSON_GetObjectItem(conn, "ssid");
        cJSON *passwd = cJSON_GetObjectItem(conn, "passwd");
        rt_memset(wifi.ssid,0,sizeof(wifi.ssid));
        rt_memset(wifi.passwd,0,sizeof(wifi.passwd));
        if (ssid && passwd)
        {
            if (rt_strlen(ssid->valuestring) > MAX_SSID_PASSWD_STR_LEN ||
                rt_strlen(passwd->valuestring) > MAX_SSID_PASSWD_STR_LEN)
            {
                LOG_E("invalid ssid or passwd length,max %d", MAX_SSID_PASSWD_STR_LEN);
            }
            else
            {
                rt_memcpy(wifi.ssid, ssid->valuestring, rt_strlen(ssid->valuestring));
                rt_memcpy(wifi.passwd, passwd->valuestring, rt_strlen(passwd->valuestring));
                return rt_wlan_connect(wifi.ssid, wifi.passwd);
            }
        }
        else
        {
            LOG_E("cannot find ssid or password.");
        }

        cJSON_Delete(conn);
    }
    else
    {
        LOG_E("invalid wifi connection string.");
    }
    return -1;
}

int wifi_is_ready(void)
{
    return rt_wlan_is_ready();
}

char *wifi_get_ip(void)
{
    struct netdev *dev = netdev_get_by_name(WIFI_DEVICE_NAME);
    if (dev)
    {
        return inet_ntoa(dev->ip_addr);
    }
    else
    {
        return NULL;
    }
}

char *wifi_status_get(void)
{
    rt_memset(wifi_status_str, 0, sizeof(wifi_status_str));
    uint8_t wifi_status = wifi_is_ready();
    char *wifi_ip = wifi_get_ip();
    rt_sprintf(wifi_status_str, "{wifi:'%s', url:'%s'}", wifi_status ? "on" : "off", wifi_ip);
    return wifi_status_str;
}

static void wifi_ready_handler(int event, struct rt_wlan_buff *buff, void *parameter)
{
    int cnt = BT_SEND_TIMES;

    //wifi status send
    rt_memset(wifi_status_str, 0, sizeof(wifi_status_str));
    while (cnt--)
    {
        char *wifi_status = wifi_status_get();
        int retry_cnt = BT_SEND_FAIL_RETRY;
        while (bt_stack_blufi_send((uint8_t *)wifi_status, rt_strlen(wifi_status)) < 0)
        {
            if (retry_cnt == 0)
                break;
            retry_cnt--;
            rt_thread_mdelay(1000);
        }
        rt_thread_mdelay(5000);
    }
}

int wifi_init(void)
{
    rt_memset(&wifi, 0, sizeof(wifi));
    rt_wlan_register_event_handler(RT_WLAN_EVT_READY, wifi_ready_handler, NULL);

    return 0;
}

wifi_module.c添加了WiFi接收BT信息的初始化和自动连接初始化的内容。

【wifi_module.h】

#ifndef __WIFI_MODULE_H__
#define __WIFI_MODULE_H__

#define WIFI_DEVICE_NAME "w0"

#ifdef RT_WLAN_AUTO_CONNECT_ENABLE
void wlan_autoconnect_init(void);
#endif

int wifi_init(void);
int wifi_is_ready(void);
char *wifi_get_ip(void);
int wifi_connect(char *conn_str);
char *wifi_status_get(void);

#endif /*__WIFIMODULE_H*/

最后,在main.c中初始化即可。

//wifi init
wifi_init();

//bt init
bluetooth_init();

/* init Wi-Fi auto connect feature */
wlan_autoconnect_init();

另外btstack-v0.0.1工具包修改了内容比较多,我这里就不在一一列出,主要要有bt的前缀名,设备路径,BT复位引脚。具体修改内容请参看完整代码。

【关键问题】
1.未定义bt_stack_blufi_send

cI8foD.png

这个问题很好解决,主要是bt_stack_blufi_send函数是一个静态函数,外部文件访问不到,去掉“static”即可。

cI84Fe.png

2.程序崩溃
如果没有使能文件系统则会出现以下错误:

cI8IWd.png

7.3.3 WiFi联网测试

一切完成后,编译,下载,打开终端。

   ___  ______  _____         ______  _   ______  _____  _____  _____ 
  / _ \ | ___ \|_   _|        | ___ \(_)  | ___ \/  _  \/  _  \|_   _|
 / /_\ \| |_/ /  | |   ______ | |_/ / _   | |_/ /| | | || | | |  | |  
 |  _  ||    /   | |  |______||  __/ | |  | ___ \| | | || | | |  | |  
 | | | || |\ \   | |          | |    | |  | |_/ /\ \_/ /\ \_/ /  | |  
 \_| |_/\_| \_|  \_/          \_|    |_|  \____/  \___/  \___/   \_/  

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lwIP-2.0.2 initialized!
[I/sal.skt] Socket Abstraction Layer initialize success.
[I/SFUD] Find a Winbond flash chip. Size is 16777216 bytes.
[I/SFUD] norflash0 flash device is initialize success.
[I/SFUD] Probe SPI flash norflash0 by SPI device spi10 success.
[D/FAL] (fal_flash_init:63) Flash device |                norflash0 | addr: 0x00000000 | len: 0x01000000 | blk_size: 0x00001000 |initialized finish.
[I/FAL] ==================== FAL partition table ====================
[I/FAL] | name       | flash_dev |   offset   |    length  |
[I/FAL] -------------------------------------------------------------
[I/FAL] | wifi_image | norflash0 | 0x00000000 | 0x00080000 |
[I/FAL] | bt_image   | norflash0 | 0x00080000 | 0x00080000 |
[I/FAL] | download   | norflash0 | 0x00100000 | 0x00200000 |
[I/FAL] | easyflash  | norflash0 | 0x00300000 | 0x00100000 |
[I/FAL] | filesystem | norflash0 | 0x00400000 | 0x00c00000 |
[I/FAL] =============================================================
[I/FAL] RT-Thread Flash Abstraction Layer (V0.5.0) initialize success.
[Flash] (../packages/EasyFlash-v4.1.0/src/ef_env.c:1818) ENV start address is 0x00000000, size is 8192 bytes.
[Flash] EasyFlash V4.1.0 is initialize success.
[Flash] You can get the latest version on https://github.com/armink/EasyFlash .
[I/OTA] RT-Thread OTA package(V0.2.3) initialize success.
[I/OTA] Verify 'wifi_image' partition(fw ver: 1.0, timestamp: 1592464902) success.
msh />[I/WWD] wifi initialize done. wiced version 3.3.1
[I/WLAN.dev] wlan init success
[I/WLAN.lwip] eth device init ok name:w0

接下俩进行联网操作,可通过BT进行联网操作,关于BT联网操作参考笔者博文:

ART-Pi联网

这里通过wifi命令来联网。

先对周围的无线网络进行扫描,如果你知道Wii信息可以跳过该步骤:

wifi scan

cI87QI.png

连接网络:

wifi join ssid passwd

cI8XTS.png

联网成功后会显示IP,接下来可以使用下WiFi相关的的其他命令。

查看WiFi的IP信息 :

ifconfig

cI8zWj.png

有WiFi信息不代表联网成功,接下来ping下IP。

ping ip/域名

cIGpSs.png

最后再来测试下重启时候回重新联网,使用reboot命令:

cIGCyq.png

可以看到重新联网成功。

7.3.4 WiFi联网总结

WiFi联网涉及的东西很多,主要有三块,WiFi的驱动与配置,BT的驱动与配置,另外还有flash的驱动与配置,后面两部分是对WiFi联网的优化。简单总结下本文所述的配网流程。

cIGPO0.png

图22 WiFi联网

WiFi联网整体流程还是比较简单的,给开发板上电后,首次联网可使用BT和CMD联网,连网后悔保存WiFi信息,再次使用设备时,系统会自动连接flash中的WiFi信息,如果连接成功则结束,如果存储的WiFi失效,可重新使用BT或者CMD联网。当然啦,这里一个可以优化的地方,就是当存储的WiFi失效后,只有通过终端才能看到来联网失败,这里可以通过LED/蜂鸣器/语音等设备提示联网失败,提醒用户重新配网。

关于WiFi的底层驱动已经封装了,这部分内容也很多,主要是协议栈内容多,但是大体的流程和其他驱动一样的。

首先是硬件初始化:

int rt_hw_wlan_init(void)
{
    if (init_flag == 1)
    {
        return RT_EOK;
    }

    rt_thread_t tid = RT_NULL;

    tid = rt_thread_create("wifi_init", wifi_init_thread_entry, RT_NULL, WIFI_INIT_THREAD_STACK_SIZE, WIFI_INIT_THREAD_PRIORITY, 20);
    if (tid)
    {
        rt_thread_startup(tid);
    }
    else
    {
        LOG_E("Create wifi initialization thread fail!");
        return -RT_ERROR;
    }

    return RT_EOK;
}
INIT_APP_EXPORT(rt_hw_wlan_init);

硬件初始化后,就是设备注册:

rt_err_t rt_wlan_dev_register(struct rt_wlan_device *wlan, const char *name, const struct rt_wlan_dev_ops *ops, rt_uint32_t flag, void *user_data)
{
    rt_err_t err = RT_EOK;

    if ((wlan == RT_NULL) || (name == RT_NULL) || (ops == RT_NULL) ||
        (flag & RT_WLAN_FLAG_STA_ONLY && flag & RT_WLAN_FLAG_AP_ONLY))
    {
        LOG_E("F:%s L:%d parameter Wrongful", __FUNCTION__, __LINE__);
        return RT_NULL;
    }

    rt_memset(wlan, 0, sizeof(struct rt_wlan_device));

#ifdef RT_USING_DEVICE_OPS
    wlan->device.ops = &wlan_ops;
#else
    wlan->device.init       = _rt_wlan_dev_init;
    wlan->device.open       = RT_NULL;
    wlan->device.close      = RT_NULL;
    wlan->device.read       = RT_NULL;
    wlan->device.write      = RT_NULL;
    wlan->device.control    = _rt_wlan_dev_control;
#endif

    wlan->device.user_data  = RT_NULL;

    wlan->device.type = RT_Device_Class_NetIf;

    wlan->ops = ops;
    wlan->user_data  = user_data;

    wlan->flags = flag;
    err = rt_device_register(&wlan->device, name, RT_DEVICE_FLAG_RDWR);

    LOG_D("F:%s L:%d run", __FUNCTION__, __LINE__);

    return err;
}

后面就是进行WIFI 的连接断开,扫描等操作,如果加上优化配置的部分,还需要进行flash的读写配置,BT的配置。

关于WiFi的更多信息,请参看官方手册:

WiFi


资源获取方法

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2.在公众号回复关键词[Art-Pi]获取资料提取码

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