【1】07网络子系统设计|程序设计框架

创建时间：2022/3/1 16:15
更新时间：2022/4/28 18:17
作者：gi51wa2j
标签：bingo, RTOS训练营, 基于HAL的智能家居, 正文

1.网络系统_设计思路与结构体

本节源码：在GIT仓库中

rtos_doc_source\RTOS培训资料\ 01_项目1_基于HAL库实现智能家居\ 05_项目1_基于HAL库的智能家居\1_项目源码\ 10_19_net_struct

1.1 程序总体框架

1.2 网络系统层次

将网卡设备融入输入子系统中

1.3 怎么得出这些层次？

看视频。


1.4 抽象网卡设备的结构体

typedef struct NetDevice{ char *name;        //根据名字来选择不同的网卡 char ip[4]; char mac[6]; int (*Init)(struct NetDevice *ptDev); int (*Connect)(struct NetDevice *ptdev, char *SSID, char *password); void (*Disconnect)(struct NetDevice *ptdev); /*数据传输三要素:source, dest, data*/ /*Type选择TCP传输还是UDP传输*/ int (*Send)(struct NetDevice *ptDev, char *Type, char *pDestIP, int iDestPort, unsigned char *Data, int iLen); /*接收时，使用iLocalPort来选择监听的端口，使用pSrcIP来保持源头的IP值*/ int (*Recv)(struct NetDevice *ptDev, char *Type, int iLocalPort, cahr *pSrcIP, unsigned char *Data, int iLen, int TimeoutMS); }NetDevice,*PNetDevice;

2.网络系统_ESP8266模块编程

参考资料：

  • AT指令

rtos_doc_source\RTOS培训资料\00_基础资源资料\ 1_STM32F103\3_硬件资料\4_ESP8266-01S模块资料\01_技术手册\01_乐鑫(espressif)\ ESP8266 Non-OS AT 指令使用示例_V1.3.pdf

  • 操作视频

09-7_2-1.AT指令应用示例_UDP 传输_固定远端的 UDP 通信 09-7_2-2.AT指令应用示例_远端可变的 UDP 通信

本节源码：在GIT仓库中

rtos_doc_source\RTOS培训资料\ 01_项目1_基于HAL库实现智能家居\ 05_项目1_基于HAL库的智能家居\1_项目源码\ 10_20_net_esp8266

2.1 AT指令练习

如下图接好ESP8266模块：


练习AT指令：

  • 先烧录程序：

rtos_doc_source\RTOS培训资料\01_项目1_基于HAL库实现智能家居\ 04_AT指令(基于ESP8266)\1_项目源码\ 01_STM32F103_ESP8266-01S_Console

  • 接好USB串口线

  • 执行AT命令：使用6_AiThinker_Serial_Tool_V1.2.3

  • 向开发板发送网络数据：使用sscom5.13.1.zip

1. 配置 WiFi 模式 AT+CWMODE=3 // softAP+station mode 2. 连接路由器 AT+CWJAP="Programmers","100asktech" // SSID and password of router 响应：OK 3. 查询 ESP8266 设备的 IP 地址，查询到的STAIP+CIFSR:STAIP 才是需要的 AT+CIFSR 响应：   +CIFSR:APIP,"192.168.4.1"   +CIFSR:APMAC,"1a:fe:34:a5:8d:c6"   +CIFSR:STAIP,"192.168.3.133"             +CIFSR:STAMAC,"18:fe:34:a5:8d:c6"   OK   4. 单连接 AT+CIPMUX=0 响应： OK 5. 创建 UDP 传输, 最后一个参数设置为2时表示UDP通信的远端可改变     （这个IP地址为我们所任意设置的PC本地IP，这里任意设置之后，如果需要使用ESP8266向电脑发送数据，那么SSCOM软件中本地IP就需要设置为192.168.101.110，端口为8080） AT+CIPSTART="UDP","192.168.101.110",8080,1112,2 响应： CONNNECT OK 6. 发送数据 AT+CIPSEND=7 // Send 7 bytes >UDPtest // enter the data, no CR 响应： Recv 7 bytes OK 7. 发送数据到其他指定远端。例例如，发数据到 192.168.101.111, 端⼝口 1000 AT+CIPSEND=7,"192.168.101.111",1000 // Send 7 bytes >UDPtest // enter the data, no CR 响应： Recv 7 bytes OK 8. 接收数据。 当 ESP8266 设备接收到服务器器发来的数据，将提示如下信息： +IPD,n:xxxxxxxxxx // received n bytes, data=xxxxxxxxxxx 9. 断开 UDP 传输 AT+CIPCLOSE 响应： CLOSED OK



2.2 ESP8266编程


2.3 网卡管理层编程



3.网络系统_实现AT命令

参考资料：

  • AT指令

rtos_doc_source\RTOS培训资料\00_基础资源资料\ 1_STM32F103\3_硬件资料\4_ESP8266-01S模块资料\01_技术手册\01_乐鑫(espressif)\ ESP8266 Non-OS AT 指令使用示例_V1.3.pdf

  • 操作视频

09-7_2-1.AT指令应用示例_UDP 传输_固定远端的 UDP 通信 09-7_2-2.AT指令应用示例_远端可变的 UDP 通信

本节源码：在GIT仓库中

rtos_doc_source\RTOS培训资料\ 01_项目1_基于HAL库实现智能家居\ 05_项目1_基于HAL库的智能家居\1_项目源码\ 10_21_net_at_command

3.1 编写at_command.c

在esp8266.c中，调用了这些函数：

ATInterfaceSelect ATInterfaceInit ATCommandSend ATDataRecv



  • ATCommandSend

    • 发送

    • 读取返回结果

    • 判断状态

  • ATDataRecv

    • 读取数据

    • 解析数据

    • 判断状态


3.2 实现UART接口设备

所以，对于不同的接口，抽象出一个结构体：

#define ATInterfaceDevice  UARTDevice #define PATInterfaceDevice PUARTDevice typedef struct UARTDevice { char *name; int (*Init)(struct UARTDevice *ptDev); void (*InvalidRecvBuf)(struct UARTDevice *ptDev); int (*Write)(struct UARTDevice *ptDev, char *Data, int iLen); int (*ReadByte)(struct UARTDevice *ptDev, char *Data); }UARTDevice, *PUARTDevice;

3.3 AT命令返回值判断


以字符形式显示，得到OK换行的编码格式
  • 回车：4F 4B
  • 换行：0D 0A


4.网络系统_串口设备编程

参考资料：

  • 视频

08-6环形缓冲区的概念和实现

  • 源码(板载UATT1的源码)

rtos_doc_source\RTOS培训资料\ 01_项目1_基于HAL库实现智能家居\ 05_项目1_基于HAL库的智能家居\1_项目源码\ 10_22_net_uart_not_tested\ ModuleDrivers\driver_usart.c

本节源码：在GIT仓库中

rtos_doc_source\RTOS培训资料\ 01_项目1_基于HAL库实现智能家居\ 05_项目1_基于HAL库的智能家居\1_项目源码\ 10_22_net_uart_not_tested

4.1 AT模块框架

在at_command.c里，调用了底层UART硬件的接口函数：



4.2 实现UART接口设备

STM32F103上使用了2个UART：

  • UART1：通过USB串口芯片与PC相连，实现了printf、scanf等操作

  • UART3：与WIFI模块ESP8266相连

编程思路：


UART1的代码在ModuleDrivers\driver_usart.c里，

我们可以参考这个文件实现UART3的操作。


4.2.1 初始化

  • 硬件初始化：引脚、波特率等

// Core\Src\usart.c void MX_USART3_UART_Init(void) {   /* USER CODE BEGIN USART3_Init 0 */   /* USER CODE END USART3_Init 0 */   /* USER CODE BEGIN USART3_Init 1 */   /* USER CODE END USART3_Init 1 */   huart3.Instance = USART3;   huart3.Init.BaudRate = 115200;   huart3.Init.WordLength = UART_WORDLENGTH_8B;   huart3.Init.StopBits = UART_STOPBITS_1;   huart3.Init.Parity = UART_PARITY_NONE;   huart3.Init.Mode = UART_MODE_TX_RX;   huart3.Init.HwFlowCtl = UART_HWCONTROL_NONE;   huart3.Init.OverSampling = UART_OVERSAMPLING_16;   if (HAL_UART_Init(&huart3) != HAL_OK)   {     Error_Handler();   }   /* USER CODE BEGIN USART3_Init 2 */   /* USER CODE END USART3_Init 2 */ }

  • 中断初始化

// ModuleDrivers\driver_usart.c void EnableUART3IRQ(void) {     HAL_NVIC_SetPriority(USART3_IRQn, 0, 1);     HAL_NVIC_EnableIRQ(USART3_IRQn);         __HAL_UART_ENABLE_IT(&huart3, UART_IT_RXNE); }

  • 环形缓冲区的初始化

// smartdevice\device\uart\uart_dev.c /********************************************************************** * 函数名称： UART3Init * 功能描述： 初始化UART3 * 输入参数： ptDev-没有使用 * 输出参数： 无 * 返 回 值： 0-成功 * 修改日期       版本号     修改人       修改内容 * ----------------------------------------------- * 2021/10/15      V1.0   韦东山       创建 ***********************************************************************/ static int UART3Init(struct UARTDevice *ptDev) { /* 在Core\Src\main.c里已经初始化硬件 * 1. MX_USART3_UART_Init * 2. EnableUART3IRQ */ ring_buffer_init(&g_UART3RingBuffer); return 0; }

4.2.2 发送数据

使用查询方式发送多个数据，调用流程如下：

UART3Write // smartdevice\device\uart\uart_dev.c KAL_UART3Write // smartdevice\kal\kal_uart_dev.c CAL_UART3Write // smartdevice\cal\cal_uart_dev.c USART3_SendBytes // ModuleDrivers\driver_usart.c


底层函数是USART3_SendBytes，代码如下：

// ModuleDrivers\driver_usart.c /********************************************************************** * 函数名称： USART3_SendBytes * 功能描述： 通过UART3发出多个数据 * 输入参数： buf-数据缓冲区 * 输入参数： len-数据长度 * 输出参数： 无 * 返 回 值： 0-成功 * 修改日期       版本号     修改人       修改内容 * ----------------------------------------------- * 2021/10/15      V1.0   韦东山       创建 ***********************************************************************/ void USART3_SendBytes(char *buf, int len) { int i; for (i = 0; i < len; i++) { while ((USART3->SR & (1<<7)) == 0); USART3->DR = buf[i]; } }


4.2.3 接收数据

流程为：

  • 中断服务程序：把数据放入环形缓冲区

  • 上层代码：从环形缓冲区得到数据

中断服务程序代码：

// ModuleDrivers\driver_usart.c /********************************************************************** * 函数名称： USART3_IRQHandler * 功能描述： UART3中断函数,把接收到的数据放入环形缓冲区 * 输入参数： 无 * 输出参数： 无 * 返 回 值： 无 * 修改日期       版本号     修改人       修改内容 * ----------------------------------------------- * 2021/10/15      V1.0   韦东山       创建 ***********************************************************************/ void USART3_IRQHandler(void) { static ring_buffer *uart3_ringbuffer = GetUART3RingBuffer();     unsigned char c = 0;     if((USART3->SR &(1<<5)) != 0)     {         c = USART3->DR;         ring_buffer_write(c, uart3_ringbuffer);     }     HAL_UART_IRQHandler(&huart3); }


上层代码:

// smartdevice\device\uart\uart_dev.c /********************************************************************** * 函数名称： UART3ReadByte * 功能描述： 通过UART3读取1个字节(不等待,无数据就返回-1) * 输入参数： ptDev-没有使用 * 输出参数： Data-数据缓冲区 * 返 回 值： 0-成功, (-1)-无数据 * 修改日期       版本号     修改人       修改内容 * ----------------------------------------------- * 2021/10/15      V1.0   韦东山       创建 ***********************************************************************/ static int UART3ReadByte(struct UARTDevice *ptDev, char *Data) { return ring_buffer_read((unsigned char *)Data, &g_UART3RingBuffer)   }


5.网络系统_单元测试

参考资料：

  • AT指令

rtos_doc_source\RTOS培训资料\00_基础资源资料\ 1_STM32F103\3_硬件资料\4_ESP8266-01S模块资料\01_技术手册\01_乐鑫(espressif)\ ESP8266 Non-OS AT 指令使用示例_V1.3.pdf

  • 操作视频

09-7_2-1.AT指令应用示例_UDP 传输_固定远端的 UDP 通信 09-7_2-2.AT指令应用示例_远端可变的 UDP 通信

本节源码：在GIT仓库中

rtos_doc_source\RTOS培训资料\ 01_项目1_基于HAL库实现智能家居\ 05_项目1_基于HAL库的智能家居\1_项目源码\ 10_23_net_unittest_err 10_24_net_unittest_ok

5.1 编写测试代码

  • 初始化

  • 连接WIFI

  • 显示自己的IP、端口

  • 创建UDP传输

  • 读取数据、打印出来


5.2 上机测试

向开发板发送数据：

  • 使用sscom5.13.1

  • 使用微信小程序：搜"百问网嵌入式物联网"

  • 使用微信小程序：扫码


6.网络系统_用作输入设备

本节源码：在GIT仓库中

rtos_doc_source\RTOS培训资料\ 01_项目1_基于HAL库实现智能家居\ 05_项目1_基于HAL库的智能家居\1_项目源码\ 10_25_net_input_not_tested

6.1 设计思路

ESP8266通过串口把网络数据发给主控，数据格式为：

+IPD,n:xxxxxxxxxx // received n bytes, data=xxxxxxxxxxx

所以，可以这样做：

  • 在串口接收中断里：记录收到的数据

  • 判断是否有+IPD,前缀

    • 如果有，继续接收数据，得到长度n

      • 得到长度后，继续接收数据本身

      • 接收到n个数据后，构造InputEvent，放入缓冲区

6.2 编写代码

构造一个InputDevice，在它的初始化函数里，提供串口中断的回调函数。

在回调函数里，处理串口数据。


6.3 上机测试

向开发板发送数据：

  • 使用sscom5.13.1

  • 使用微信小程序：搜"百问网嵌入式物联网"

  • 使用微信小程序：扫码


7.网络系统_用作输入设备_单元测试

本节源码：在GIT仓库中

rtos_doc_source\RTOS培训资料\ 01_项目1_基于HAL库实现智能家居\ 05_项目1_基于HAL库的智能家居\1_项目源码\ 10_25_net_input_not_tested 10_26_net_input_unittest_ok

7.1 编写单元测试代码

仍然使用net_test.c


7.2 上机测试

向开发板发送数据：

  • 使用sscom5.13.1

  • 使用微信小程序：搜"百问网嵌入式物联网"

  • 使用微信小程序：扫码