TCP over WiFi#

B-L475E-IOT01A 板载的 WiFi 模块为 ISM43362-M3G-L44，其内部集成了 TCP/IP 协议栈，只需简单的 AT 指令即可建立无线连接。ISM43362-M3G-L44 可通过 UART 或 SPI 接口与单片机通信。那这个时候同学们就会有疑问了:thinking:，平时在单片机上用的 WiFi 透传模块几乎都是 UART 的，这款为什么有个 SPI 接口呢？

众所周知啊，单片机高速 WiFi 通信传输，是难以实现的，原因一般在于：

  1. 支持高速通信的 WiFi 模块，一般是 USB、SDIO、或PCIE 接口，这些接口一般出现在 Cortex-A 系列的芯片，大多数 Cortex-M 系列的普通单片机是没有这种接口的。

  2. 即使某些单片机提供了这些接口，单片机和 WiFi模块的通信编程也会变得非常复杂，并造成单片机选型的成本增加。

  3. 普通单片机因资源（性能和存储）有限，难以支持实用的、较好性能的单片机 WiFi 方案。

所以，大多数用在单片机系统上的 WiFi 模块，要么是以 UART 为主的，只能做一些基本的低速控制命令的传输，或者费了九牛二虎之力，集成了 USB、 SDIO、或 PCIE 接口的 WIFI 模块，但效果也很一般，且造价昂贵。因此，在普通单片机上做高速 WiFi 通信（类似 ESP32 这种自带 WiFi 的芯片不在讨论范围内）是难以实现的，而通过 SPI 方式传输，就可以改变这种情况。原因在于 SPI 为全双工通信，传输速率可达几 Mbps，并且大部分单片机上都有 SPI 外设。

实验目的#

  • 了解 SPI 通信协议

  • 实现 TCP over WiFi

准备工作#

  • :iphone:安装 TCP Server 软件

硬件#

  • 物联网实验箱

  • USB 数据线

  • :iphone:

软件#

  • CLion

  • STM32CubeMX

  • TCP Server

相关电路原理#

  • STM32 与 WiFi 模块的硬件连接

image-20220805114113309

:exclamation: 注意

开发板将 wifi 模块的 spi 和 uart 都引出来了，但官方的驱动代码默认使用 spi 通信，可以在程序中修改宏定义的值，从而使用 uart 通信，后面会讲在哪个文件里修改。

引脚定义与相关API#

  • 引脚定义

  • 相关API

实验步骤#

STM32CubeMX创建工程#

  • 以开发板为模板生成工程，保持默认设置，不修改任何引脚配置和时钟配置

代码编写及运行结果#

  • 添加需要的源文件和板级支持包（BSP）

  1. 添加 BSP（步骤跟前面的章节相同），创建 ~User/wifi 文件夹

  2. 将以下路径中的四个 .h 文件添加到新建的 ~User/wifi 目录下，并将 es_wifi_conf_template.h 的文件名修改为 es_wifi_conf.h image-20220805143154915

  3. 将以下路径中的三个 .c 文件添加到新建的 ~User/wifi 目录下image-20220805143407206

完成后是这样的

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  • 修改 CMakeLists.txt 文件

第56行添加 User

image-20220805145141169

添加以下 include_directories 和 file 路径

include_directories(
        Drivers/BSP/B-L475E-IOT01
        User/wifi
        // 其他include目录
)


file(GLOB_RECURSE SOURCES
        "User/wifi/*.*"
        "Drivers/BSP/B-L475E-IOT01/*.*"
        // *.*表示通配符，也就是这个文件夹里的所有文件都会被编译
        )

  • 修改 es_wifi_conf.h 文件，将原有的代码替换成以下代码

/**
  ******************************************************************************
  * @file    es_wifi_conf.h
  * @author  MCD Application Team
  * @brief   ES-WIFI configuration.
  ******************************************************************************
  * @attention
  *
  * Copyright (c) 2017 STMicroelectronics.
  * All rights reserved.
  *
  * This software is licensed under terms that can be found in the LICENSE file
  * in the root directory of this software component.
  * If no LICENSE file comes with this software, it is provided AS-IS.
  *
  ******************************************************************************
  */

#ifndef ES_WIFI_CONF_H
#define ES_WIFI_CONF_H

#ifdef __cplusplus
 extern "C" {
#endif  

//#define WIFI_USE_CMSIS_OS

#ifdef WIFI_USE_CMSIS_OS
#include "cmsis_os.h"

extern osMutexId es_wifi_mutex;

#define LOCK_SPI()              osMutexWait(spi_mutex, 0)
#define UNLOCK_SPI()            osMutexRelease(spi_mutex)
#define LOCK_WIFI()             osMutexWait(es_wifi_mutex, 0)
#define UNLOCK_WIFI()           osMutexRelease(es_wifi_mutex)
#define SEM_SIGNAL(a)           osSemaphoreRelease(a)
#define SEM_WAIT(a,timeout)     osSemaphoreWait(a,timeout)
#define SPI_INTERFACE_PRIO              configMAX_SYSCALL_INTERRUPT_PRIORITY
#else

#define LOCK_WIFI()
#define UNLOCK_WIFI()
#define LOCK_SPI()
#define UNLOCK_SPI()
#define SEM_SIGNAL(a)
#define SPI_INTERFACE_PRIO              0
#endif

#define ES_WIFI_MAX_SSID_NAME_SIZE                  32
#define ES_WIFI_MAX_PSWD_NAME_SIZE                  32
#define ES_WIFI_PRODUCT_ID_SIZE                     32
#define ES_WIFI_PRODUCT_NAME_SIZE                   32
#define ES_WIFI_FW_REV_SIZE                         24
#define ES_WIFI_API_REV_SIZE                        16
#define ES_WIFI_STACK_REV_SIZE                      16
#define ES_WIFI_RTOS_REV_SIZE                       16

#define ES_WIFI_DATA_SIZE                           2000  /*Increased from 1400 to fit scan result.*/
#define ES_WIFI_MAX_DETECTED_AP                     10
   
#define ES_WIFI_TIMEOUT                             30000
                                                    
#define ES_WIFI_USE_PING                            1
#define ES_WIFI_USE_AWS                             0
#define ES_WIFI_USE_FIRMWAREUPDATE                  0
#define ES_WIFI_USE_WPS                             0
                                                    
#define ES_WIFI_USE_SPI                             1
#define ES_WIFI_USE_UART                            (!ES_WIFI_USE_SPI)
   


#ifdef __cplusplus
}
#endif
#endif /* ES_WIFI_CONF_H */

:exclamation: 注意

若要使用 uart 通信，可以通过 es_wifi_conf.h 文件中的宏定义修改

#define ES_WIFI_USE_SPI                             1	// 1为SPI，0为uart
#define ES_WIFI_USE_UART                            (!ES_WIFI_USE_SPI)

如果修改为 uart 通信，编译的时候会报错，这时候就要修改 es_wifi.c 文件，添加 char *ptr;。很多官方的代码偶尔会有一些小错误，根据实际情况修改并编译成功就行了。

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  • 修改 stm32l4xx_it.c 文件，添加以下代码

/* USER CODE BEGIN 1 */
void EXTI1_IRQHandler(void)
{
    HAL_GPIO_EXTI_IRQHandler(GPIO_PIN_1);
}
/* USER CODE END 1 */

  • 修改 main.c 文件，让手机和开发板连接上同一个wifi

手机连接 wifi 后，打开 TCP Server 软件，会出现手机 IP 地址，修改 mian.c 中的 IP 地址。

image-20220805151834432 
/* Update SSID and PASSWORD with own Access point settings */
#define SSID     "LMX"      //wifi名称
#define PASSWORD "luo010607"    //wifi密码

uint8_t RemoteIP[] = {192,168,137,32};  //手机IP地址，注意是 , 不是 .

  • 编译下载代码后，等待开发板连接上 wifi，然后点击 APP 的 CREATE 创建 TCP 连接

  1. 右上角出现提示，此时开发板与手机通过 wifi 进行 TCP 通信

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  1. 手机发送”hello, pxh!”到单片机:grin:，单片机接收到（可通过串口查看单片机接收到的信息）并回复”Hello!”

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