Запускаем встраиваемый Wi-Fi с помощью модуля SPWF01SA.11

Необходимо организовать обмен данными между точками получения и обработки информации, т.е. так называемый «Интернет вещей», по сети Wi-Fi? Работающие в стандарте 802.11 b/g/n встраиваемые Wi-Fi-модули производства STMicroelectronics позволят сделать это даже в устройствах с маломощным процессором на борту.

Широкое распространение Wi-Fi-сетей делает эту технологию крайне привлекательной для использования в качестве «последней мили» для автоматизации как в повседневной жизни, так и в промышленности. Wi-Fi находит применение в таких приложениях как торговое оборудование, системы безопасности, медицинские приборы, промышленная телеметрия и бытовая техника.

Несмотря на то, что Wi-Fi-сеть работает на сравнительно небольших расстояниях 10…300 метров, передача данных возможна как на смартфон, расположенный рядом, так и на ПК на другом краю земного шара. Интернет-протоколы, естественным образом интегрированные в стандарт, делают возможной передачу данных с беспроводного Wi-Fi-устройства на любые современные гаджеты – персональные компьютеры, планшеты, ноутбуки и смартфоны – которыми сегодня пользуется большинство населения планеты. Растет число Wi-Fi-сетей на промышленных предприятиях – по данным IDC, в 2013 году рост рынка индустриальных Wi-Fi-сетей (Enterprise WLAN Market) составил около 15%.

До недавнего времени относительная дороговизна и сложность интеграции Wi-Fi-технологии ограничивала ее применение во встраиваемых приложениях. Новые Wi-Fi-модули SPWF01Sx производства компании STMicroelectronics кардинально меняют сложившийся порядок благодаря исключительной простоте интеграции и стоимости, соизмеримой со стоимостью радиомодулей Bluetooth и ZigBee.

SPWF01Sx – кратко о главном

Wi-Fi-модули SPWF01SA.11 и SPWF01SC.11 (рисунок 1) поддерживают стандарт 802.11 b/g/n и предназначены для создания приложений «Интернета вещей» (Internet of Things). Новые модули могут использоваться в промышленной телеметрии, системах безопасности, умном доме, медицине и интеллектуальном освещении. Модули могут работать в режимах Station, P2P (IBSS) и MiniAP, поддерживают различные протоколы безопасности – WEP, WPA-personal, WPA-2 Personal, WPA-Enterprise. Структурная схема модуля приведена на рисунке 2.

Рис. 1. Wi-Fi-модули SPWF01Sx.11

Рис. 2. Структурная схема модуля SPWF01Sx.11

Интегрированный стек протоколов TCP/IP и встроенная файловая система позволяют с успехом применять модуль даже в тех устройствах, где на борту имеется относительно маломощный процессор. Для управления модулями используются обычные AT-команды, отправляемые по последовательному UART-интерфейсу. Набор текстовых команд позволяет использовать для управления модулем любую терминальную программу в процессе отладки (рисунок 3). Интересной особенностью модуля является возможность использовать его в качестве M2M WEB-сервера, для чего достаточно загрузить HTML-код страницы во FLASH- или RAM-память. Объем FLASH-памяти, отведенный под пользовательские файлы, равен 512 кбайт. Модуль может хранить и выдавать по запросу файлы любого типа – html, pdf, doc или jpg. Файлы можно размещать и в RAM-памяти, но тогда размер одного файла не может быть более 4096 байт. Файлы в RAM-память загружаются через UART, во FLASH – через Wi-Fi-сеть.

Взаимодействие как с UART, так и с портами GPIO может осуществляться через WEB-интерфейс любого браузера. Очень просто послать на выход UART-модуля текстовую строку, для чего достаточно обратиться к имеющейся в модуле странице cgi_demo.html (по IP-адресу модуля), напечатать в предложенном окне нужные символы и нажать кнопку «Submit» (рисунок 4). Можно управлять через Интернет портами ввода-вывода модуля – конфигурировать, задавать или считывать уровни, обратившись для этого к специальной странице remote.html.

Передача данных возможна через сокетные соединения TCP или UDP, при этом модуль выступает в качестве клиента. Можно одновременно открывать до восьми соединений. Модуль может работать в режиме прямого соединения с другим модулем или Wi-Fi-устройством без использования дополнительной точки доступа. Данный режим реализуется с помощью встроенного функционала MiniAP.

Технические характеристики

Производитель предлагает несколько вариантов исполнения модулей, отличающихся способом подключения антенны и установленным объемом FLASH-памяти (512 кбайт или 1,5 Мбайт).

Wi-Fi-модули SPWF01SA.11 и SPWF01SC.11 работают от единого источника с напряжением 3.1…3.6 В; потребление тока лежит в пределах от 25 мА в режиме сканирования до 250 мА в режиме передачи. Выходная мощность +18 дБм и чувствительность до -96 дБ позволяют оценить ожидаемую дальность связи в несколько сотен метров на открытом пространстве. Модули выполнены в SMD-исполнении с краевым расположением контактов, что делает возможной ручную пайку обычным паяльником. Модули работают в температурном диапазоне -40…85°C и отличаются только типом подключения радиочастотного выхода – на модуле SPWF01SA.11 установлена чип-антенна, в то время как к модулю SPWF01SС.11 через UFL-разъем должна подключаться внешняя антенна.

Технические характеристики модулей приведены в таблице 1.

Таблица 1. Технические характеристики SPWF01Sx.11

Стандарт	802.11 b/g/n (BSS Station & miniAP)
Выходная мощность, дБм	TX power: +18.3 (63 мВт)
Чувствительность, дБм	RX sensitivity: -96
Режимы безопасности	None, WEP, WPA/WPA2-PSK, WPA-Enterprise
Встроенные стеки протоколов	TCP/IP stack (IPv4); TCP/UDP — up to 8 clients; DHCP; DNS; Web Server/HTTP-client
Программный интерфейс	AT-команды
Объем FLASH/RAM и драйвер на внешнем микроконтроллере	Нет требований
Интерфейсы	16xGPIO, 3xUART, SPI, I2C
Режимы энергопотребления, мА	2.5 (Wakeup on event);15 (Standby, radio disabled);25 (Standby, WiFi Scanning); 92 (Connected, RX, Idle); 250 (Connected, TX)
Напряжение питания, В	3.1…3.6
Стабилизатор питания	Встроенный
Низкочастотный LPO (32 кГц)	Встроенный
Размеры, ШхДхВ, мм	26.92×15.24×2.35
Температурный диапазон, °C	-40…85
Обновление прошивки	UART/ по эфиру (OTA – Over the Air)
Сертификация	FCC/IC/CE-certified; RoHS-compliant

 

Особенности интеграции SPWF01Sx

С точки зрения схемотехники подключение модуля к внешнему управляющему микроконтроллеру не представляет никакой сложности. Назначение выводов модуля описано в таблице 2. Схема подключения SPWF01SA.11 в минимальной конфигурации приведена на рисунке 5. Основной интерфейс управления – совместимый с уровнями 5 В полный UART с квитированием RTS/CTS и максимальной скоростью 921 кбит/с. При ограничении скорости обмена до 115 кбит/с можно ограничиться только линиями RXD1 и TXD1 (без подключения CTS1_DN, RTS1_DP), однако такое подключение производитель использовать не рекомендует. В будущих прошивках ожидается поддержка SPI c большей скоростью обмена данными.

Таблица 2. Назначение выводов

Имя сигнальной линии	Тип	Номер вывода	Основная функция	Альтернативная функция1	Примечание
GPIO-линии ввода-вывода общего назначения
GPIO[0]	I/O	16	Порт ввода-вывода общего назначения; восстановление заводских настроек2	SPI MISO	Вход подтянут к земле; вывод совместим с уровнем 5 В
GPIO[1]	I/O	17	Порт ввода-вывода общего назначения	SPI MOSI	Вход подтянут к земле; вывод совместим с уровнем 5 В
GPIO[2]	I/O	19	Порт ввода-вывода общего назначения	SPI Chip Select	Плавающий вход; выход совместим с уровнем 5 В
GPIO[3]	I/O	1	Порт ввода-вывода общего назначения	SPI Clock	Вход подтянут к земле; вывод совместим с уровнем 5 В
GPIO[6]	I/O	22	Порт ввода-вывода общего назначения; запрет режимов Wake Up/Sleep3	ADC 0	Вход подтянут к земле; вывод совместим с уровнем 5 В
GPIO[4]	I/O	18	Порт ввода-вывода общего назначения	Вход данных UART34	–
GPIO[5]	I/O	20	Порт ввода-вывода общего назначения	Выход данных UART34	–
GPIO[7]	I/O	13	Порт ввода-вывода общего назначения; переключение режимов STA/Mini AP5	ADC 1	–
GPIO[8]	I/O	4	Порт ввода-вывода общего назначения	Выход данных UART24; ADC2	–
GPIO[9]	I/O	7	Порт ввода-вывода общего назначения	Вход данных UART24; ADC3	–
GPIO[11]	I/O	11	–	I2C SCL	–
GPIO[12]	I/O	12	Порт ввода-вывода общего назначения	I2C SDA	–
GPIO[15]	I/O	21	Порт ввода-вывода общего назначения	DAC	–
Мониторинг состояния без альтернативных функций
GPIO[10]	I/O	5	Светодиод	–	Мигает в режиме RUN
GPIO[13]	I/O	15	Светодиод	–	–
GPIO[14]	I/O	14	Светодиод	–	Отображение состояния питания
Выводы интерфейса управления UART1
RXD1	I	8	Вход приема данных UART1	–	Вывод совместим с уровнем 5 В
TXD1	O	6	Выход передачи данных UART1	–	Вывод совместим с уровнем 5 В
CTS1_DN	I	9	Вход «Clear To Send» UART1	–	Активный низкий уровень; вывод совместим с уровнем 5 В
RTS1_DP	O	10	Выход «Request to send» UART1	–	Активный низкий уровень; вывод cовместим в уровнем 5 В
Сброс
RESETn	I	3	Вход сброса	–	Для сброса требуется активный низкий уровень в течение 5 мс; вывод имеет внутреннюю подтяжку к 2,5 В и не совместим с уровнем 5 В
Линии питания и земли
3.3 V	–	24	Напряжение питания	–	Развязывающий конденсатор 10 мкФ
Ground	–	23	Земля	–	–
Ground Paddle	–	25	Земляной полигон	–	Необходимо предусмотреть достаточное количество переходных отверстий для отвода тепла на земляной слой печатной платы
Встроенный загрузчик (Boot loader)
BOOT0	I	2	Boot loader6	–	–

 

К трем портам GPIO-модуля можно подключить светодиоды, которые будут показывать текущее состояние:

• GPIO[10] – светодиод индицирует режим RUN;
• GPIO[13] – светодиод индицирует режим WiFi Link up;
• GPIO[14] – светодиод показывает присутствие питания.

Сброс модуля производится нулевым уровнем длительностью не менее 5 мс по линии RESET, которая внутри модуля подтянута к источнику напряжения 2.5 В. Вывод RESET не совместим с напряжением 5 В (not 5V tolerant!).

Вывод BOOT0 позволяет активировать процесс обновления внутреннего программного обеспечения (Firmware Update) при подаче питания на модуль. Загрузка начинается в том случае, если при сбросе линия BOOT0 находится в высоком состоянии.

Модули SPWF01Sx имеют 30 краевых контактов с шагом 1.524 мм. Использована шестислойная печатная плата. В документации приводятся рекомендации по выбору профиля пайки.

Центральный полигон модуля Ground Paddle необходимо соединить с земляным полигоном платы с помощью достаточного количества переходных отверстий, т.к. он также выполняет функцию отвода тепла. В связи с тем, что центральный полигон модуля имеет относительно большой размер 10х8 мм, следует консультироваться с технологами при выборе размера переходных отверстий и геометрии паяльной маски.

Вокруг антенны желательно оставлять свободное пространство без элементов и сигнальных/земляных линий. Дополнительные рекомендации и диаграмму направленности можно найти в документации на установленную на модуле антенну A5839.

Управление Wi-Fi-модулем

Управление всеми возможностями модуля производится с помощью текстовых AT-команд и похоже на способ управления GSM-модемом со встроенным TCP-стеком. Перечень AT-команд приведен в таблице 3. Полный перечень интерфейсных сообщений, которые возможны между управляющим микроконтроллером и модулем, состоит из:

• AT-команд;
• конфигурационных переменных (configuration variables);
• переменных статуса модуля (status variables);
• асинхронных незапрашиваемых сообщений (unsolicited responses или WINDS).

На рисунке 6 показаны направления движения различных интерфейсных сообщений.

Асинхронные незапрашиваемые сообщения могут приходить в произвольные моменты времени и имеют следующий вид:

<cr><lf>+WIND:<номер>:<описательная часть><cr><lf>

где

<номер> – это уникальный номер для каждого типа сообщения

<описательная часть> – текстовое пояснение (может отсутствовать)

<cr><lf> – коды 0х13 и 0х10 (HEX)

После подачи питания модуль выдает несколько незапрашиваемых сообщений, которые отражают различные стадии инициализации аппаратной и программной части, например:

+WIND:1:Poweron (140128-caf4b79-SPWF01S)

+WIND:13:ST SPWF01SA IWM: Copyright (c) 2012-2014 STMicroelectronics, Inc. All rights Reserved.

+WIND:3:Watchdog Running

+WIND:0:Console active

+WIND:32:WiFi Hardware Started

+WIND:21:WiFi Scanning

+WIND:35:WiFi Scan Complete (0x0)

+WIND:19:WiFi Join: 6A:09:27:7C:98:D5

+WIND:25:WiFi Association with ‘iPhone POI’ successful

+WIND:51:WPA Handshake Complete

+WIND:24:WiFi Up: 172.20.10.3

Модуль готов принимать AT-команды только после появления сообщения +WIND:0:Console active

AT-команды управления имеют следующий вид:

AT<cd><cr> – посылается от управляющего МК в модуль SPWF

<пусто или несколько линий ответа> – посылается от SPWF к МК (опционально)

<cr><lf><код ответа><cr><lf> – посылается от SPWF к МК (опционально)

<код ответа> может иметь следующий вид:

OK

ERROR: <описательная часть>

Таблица 3. Примеры AT-команд управления модулем

Разные команды
AT	Внимание (Attention)
AT+S.HELP	Вывести страницу подсказки
AT+S.FWUPDATE	Обновление встроенного ПО
AT+S.WIFI	Разрешить/Запретить Wi-Fi
AT+CFUN	Смена текущего режима работы (cброс)
AT+S.MFGTEST	Тест для процесса производства
AT+S.PEMDATA	Конфигурирование хранилища серитфикатов
AT+S.ECHO	Возвращать «ЭХО» на последовательный порт
AT+S.HTTPDFSUPDATE	Обновить файловую систему static HTTPD
Конфигурирование
AT+S.GCFG	Прочитать текущее конфигурационное значение
AT+S.SCFG	Установить переменную конфигурации
AT+S.SSIDTXT	Установить текстовое значение SSID
AT+S.STS	Получить текущие состояния/статистика
AT&V	Отобразить все конфигурационные значения
AT&F	Восстановить заводские настройки
AT&W	Сохранить текущие настройки
AT+S.NVW	Записать производственные настройки
Управление файлами
AT+S.FSC	Создать файл
AT+S.FSA	Добавить к существующему файлу
AT+S.FSD	Удалить существующий файл
AT+S.FSL	Показать список имен файлов
AT+S.FSP	Распечатать содержимое файла
Сетевые команды
AT+S.PING	Послать ping на определенный адрес
AT+S.SCAN	Сканировать каналы
AT+S.HTTPGET	Выдать запрос HTTP GET
AT+S.ROAM	Переподключение к Wi-Fi

AT-команды можно вводить как в нижнем, так и в верхнем регистре. В аргументах команды прописные и строчные символы различаются (case sensitive). Максимальная длина команды не может превышать 127 символов. После отсылки первого символа AT-команды «A», выдача незапрашиваемых сообщений блокируется и разрешается вновь после завершения ввода команды.

Конфигурационные переменные – это набор значений, которые определяют режим работы модуля. Каждую переменную можно отдельно записывать командой AT+S.SCFG и считывать командой AT+S.GCFG. Пример чтения собственного IP-адреса модуля:

AT+S.SCFG=ip_addr<cr>

# ip_ipaddr = 192.168.240.111

OK

Для вывода списка всех переменных вместе с установленными значениями можно воспользоваться командой AT&V. Выдаваемый список зависит от версии firmware и может выглядеть, например, таким образом:

AT&V

# Dumping All Configuration Keys:

# nv_manuf = ST

# nv_model = SPWF01SA

# nv_serial = 3513D23094

# nv_wifi_macaddr = 00:80:E1:FF:92:7B

# blink_led = 1

# user_desc = anonymous

# localecho1 = 1

# console_uart = 1

# console1_speed = 115200

# console1_hwfc = 0

# console1_enabled = 1

# console2_speed = 115200

# console2_enabled = 0

# localecho2 = 1

# console3_enabled = 0

# console3_speed = 115200

# localecho3 = 1

# wifi_tx_msdu_lifetime = 0

# wifi_rx_msdu_lifetime = 0

# wifi_rts_threshold = 3000

# wifi_ssid = 69:50:68:6F:6E:65:20:50:4F:49:00:00:00:00:00:00:00:00:00:00:00:00:00:00:00:00:00:00:00:00:00:00

# wifi_ssid_len = 10

# wifi_mode = 1

# wifi_auth_type = 0

# wifi_rssi_thresh = 0

# wifi_rssi_hyst = 0

# wifi_ap_idle_timeout = 120

# wifi_beacon_loss_thresh = 10

# wifi_priv_mode = 2

# wifi_wep_keys[0] = 00:00:00:00:00:00:00:00:00:00:00:00:00:00:00:00

# wifi_wep_keys[1] = 00:00:00:00:00:00:00:00:00:00:00:00:00:00:00:00

# wifi_wep_keys[2] = 00:00:00:00:00:00:00:00:00:00:00:00:00:00:00:00

# wifi_wep_keys[3] = 00:00:00:00:00:00:00:00:00:00:00:00:00:00:00:00

# wifi_wep_key_lens = 00:00:00:00

# wifi_wep_default_key = 0

# wifi_wpa_psk_raw = 38:E1:53:A7:F2:B0:6B:D6:7F:0D:95:4A:65:01:D3:24:62:F7:57:40:72:F9:7F:20:6E:24:E7:99:7B:6F:0D:06

# wifi_wpa_psk_text = oleglena

# ip_use_dhcp = 1

# ip_use_httpd = 1

# ip_mtu = 1500

# ip_hostname = iwm-FF-92-7B

# ip_apdomainname = captiveportal.net

# ip_ipaddr = 192.168.0.50

# ip_netmask = 255.255.255.0

# ip_gw = 192.168.0.1

# ip_dns = 192.168.0.1

# ip_http_get_recv_timeout = 2000

# ip_dhcp_timeout = 20

OK

После установки одной или нескольких конфигурационных переменных с помощью команды AT+S.SCFG<имя переменной>,<значение> их обязательно нужно сохранить в энергонезависимой памяти модуля с помощью команды AT&W. Новые значения будут применены только после перезагрузи модуля, что можно сделать как отключением-включением питания, так и по команде AT+CFUN=1<cr>

Переменные статуса можно только считывать, они отображают статистику и различные параметры текущего состояния модуля – причину последнего сброса, время работы с момента подачи питания, IP-настройки и другие (зависит от версии firmware), например:

AT+S.STS

# Status & Statistics:

# version = 140128-caf4b79-SPWF01S

# reset_reason = 0

# conf_flag = 5

# system_uptime = 2745

# system_sleeptime = 0

# gpio_enable = 0

# captiveportal = 0

# wifi_sup_ratemask = 0x003FFFCF

# wifi_bas_rate_mask = 0x00000540

# wifi_state = 10

# wifi_dtim_period = 3

# wifi_gf_mode = 0

# wifi_channelnum = 1

# wifi_chan_activity2 = 0x00003FFE

# wifi_max_tx_power = 18

# wifi_reg_country = TW

# wifi_num_assoc = 0

# ip_ipaddr = 172.20.10.3

# ip_netmask = 255.255.255.240

# ip_gw = 172.20.10.1

# ip_dns = 172.20.10.1

# free_heap = 25144

# min_heap = 23336

# current_time = 2745

OK

Описание всех AT-команд выходит за рамки данной статьи. Далее на основе реальных примеров рассмотрим порядок настройки и организацию передачи данных с помощью модуля PWF01SA.11 с заводскими настройками («из коробки»).

Сканирование сети

После подачи питания модуль сканирует эфир и пытается подключиться к сети, имя которой (SSID) и параметры шифрования заранее прописаны в модуль. На заводе в модуль заносятся значения по умолчанию. Нужные пользователю настройки можно сделать по UART с помощью команды AT+S.SSIDTXT и соответствующих команд установки конфигурационных переменных.

Посмотреть список окружающих Wi-Fi-сетей типа Infrastructure (AP) и IBSS (Ad-Hoc) позволяет команда AT+S.SCAN, которая отображает имя каждой сети, тип, канал, силу сигнала и т.п (рисунок 7).

Реальный список найденных сетей может выглядеть таким образом:

FOUND: BSS 00:0E:8F:F5:70:A4 CHAN: 01 RSSI: -65 SSID: ‘MGTS_GPON_5199’ CAPS: 0411 WPA: 0 WPA2: 20

FOUND: BSS 00:16:CA:F5:1B:E1 CHAN: 01 RSSI: -89 SSID: ‘Beeline_WiFi’ CAPS: 0421 WPA: 0 WPA2: 0

FOUND: BSS 00:16:CA:F5:1B:E2 CHAN: 01 RSSI: -89 SSID: ‘Beeline_WiFi_WPA’ CAPS: 0431 WPA: 22 WPA2: 24

FOUND: BSS 4C:60:DE:E3:61:F2 CHAN: 05 RSSI: -86 SSID: ‘netgear’ CAPS: 0411 WPA: 22 WPA2: 24

FOUND: BSS 00:1F:C6:27:F9:3D CHAN: 06 RSSI: -51 SSID: ‘WL500gP_UYME’ CAPS: 0411 WPA: 0 WPA2: 20

FOUND: BSS F8:C0:91:13:D1:07 CHAN: 09 RSSI: -82 SSID: ‘Akado458’ CAPS: 0411 WPA: 22 WPA2: 0

FOUND: BSS CC:5D:4E:4D:EE:4A CHAN: 11 RSSI: -87 SSID: ‘ZyXEL_KEENETIC_GIGA_4DEE4A’ CAPS: 0411 WPA: 0 WPA2: 24

Пример работы

После первого включения модуль постоянно сканирует сеть, но не может никуда подключиться, т.к. пользовательские настройки не введены:

+WIND:21:WiFi Scanning

+WIND:35:WiFi Scan Complete (0x0)

+WIND:21:WiFi Scanning

+WIND:35:WiFi Scan Complete (0x0)

…

Первые команды даем, когда модуль сам сканирует сеть, но пока не может никуда подключиться, т.к. настройки модуля по умолчанию не соответствуют найденным Wi-Fi-сетям. Подаем следующие команды:

• Задаем SSID точки доступа: AT+S.SSIDTXT=WL500gP_UYME
• Задаем пароль шифрования: AT+S.SCFG=wifi_wpa_psk_text,abcdef123
• Задаем режим шифрования WPA2-Personal: AT+S.SCFG=wifi_priv_mode,2
• Задаем режим работы – подключение к точке доступа (STA): AT+S.SCFG=wifi_mode,1
• Задаем тип адреса – получать будет по DHCP: AT+S.SCFG=ip_use_dhcp,1
• Сохраняем новые настройки в энергонезависимой памяти: AT&W
• Перегружаем модуль, что бы новые настройки вступили в силу: AT+CFUN=1
• Модуль перегружается:

+WIND:2:RESETð<0>

+WIND:1:Poweron (1203-121218_01-50-g511fab4-stm_demo)

+WIND:13:Sagrad IWM: Copyright (c) 2012 Sagrad, Inc. All rights Reserved.

+WIND:3:Watchdog Running

+WIND:0:Console active

+WIND:46:WPA: Crunching PSK…

+WIND:32:WiFi Hardware Started

+WIND:21:WiFi Scanning

+WIND:35:WiFi Scan Complete (0x0)

+WIND:19:WiFi Join: 00:1F:C6:27:F9:3D

+WIND:25:WiFi Association with ‘WL500gP_UYME’ successful

+WIND:51:WPA Handshake Complete

+WIND:24:WiFi Up: 192.168.1.9

Есть результат! Наш модуль успешно подключился к Wi-Fi-точке доступа и получил IP-адрес 192.168.1.9. Теперь при каждом включении модуль будет искать требуемую сеть и подключаться к ней автоматически. Процесс подключения занимает примерно 5…10 секунд.

Работа с файлами

Файловая система подразумевает манипулирование файлами как в RAM, так и во FLASH-памяти модуля SPWF01Sx. Загрузка файлов во FLASH-память производится по эфиру через внешний HTTP-сервер. Командой AT+S.HTTPDFSUPDATE отправляется запрос HTTP GET к удаленному HTTP-серверу. Полученный файл (или сразу набор файлов) сохраняется во FLASH-памяти. В нее можно загружать файлы любого типа (HTML, PDF, DOC, JPEG). Максимальная емкость файлов составляет 512 кбайт.

Файлы в RAM-память загружаются локально, через UART. Команда AT+S.FSC создает HTML-файл в RAM-памяти модуля. По этой команде файлу лишь присваивается имя и резервируется место в указанном в команде объеме. В связи с ограниченной емкостью RAM максимальная длина файла не может превышать 4096 байт. Создаваемый файл должен включать полноценный заголовок HTTP-ответа и собственно контент страницы, который будет отображаться в WEB-браузере клиента. В модуле есть несколько предустановленных статических файлов, которые нельзя удалить из памяти, но содержимое этих файлов можно менять путем перезаписи. Добавление данных в существующий файл производится с помощью команды AT+S.FSA, в которой указывается имя файла и число записываемых байтов. После подачи команды модуль принимает по UART указанное в команде количество байтов. Команда AT+F.FSD удаляет существующий файл (статический файл удалить нельзя). Просмотреть список всех файлов можно с помощью команды AT+S.FSL, например, он может выглядеть таким образом (зависит от версии firmware):

AT+S.FSL=

I 456 /input_demo.shtml

I 324 /cgi_demo.html

I 167 /message.shtml

I 547 /index.html

I 193 /config.shtml

I 174 /status.shtml

I 213 /404.html

I 2018 /firstset.html

I 2425 /remote.html

OK

Просмотреть содержимое любого файла, сохраненного в модуле, можно локально через UART командой AT+S.FSP. Например:

AT+S.FSP=/message.shtml

<html><head><title>Message</title></head><body bgcolor=«white» text=«black»><h1>Message for client from SPWF01S</h1><pre><!—#message—></pre></body></html>

OK

AT+S.FSP=/input_demo.shtml

<html><head><title>Power Demo</title></head><body bgcolor=«white» text=«black»> <p>Power load: <!—#input—> </p> <p> <br/><br/>Again?<br/> <form name=«CGI Uart» method=«GET» action=«/input.cgi»> <input type=«radio» name=«input» value=«on»/>Yes, one more time. Please<br/> <input type=«radio» name=«input» value=«off»/>No, thanks. Bring me to HomePage<br/> <input type=«submit» name=«submit» value=«Submit» > </form> </p></body></html>

OK

При обращении к главной странице модуля в браузере будет показано следующее (рисунок 8):

Работа с сокетами

Прием и передача данных возможна по протоколам TCP и UDP в качестве клиента. Команда AT+S.SOCKON открывает сокет по заданному IP-адресу и номеру порта. Одновременно можно открыть до восьми сокетов. Каждому открытому сокету присваивается числовой идентификатор (ID), по которому происходит обращение к сокету для записи/чтения данных. Прием и передача данных проходит с помощью AT-команд записи и чтения N-байт, т.е. работа идет не в прозрачном режиме. Для записи данных в сокет в AT-команде указывается ID открытого сокета и число отправляемых байтов. После подачи команды (после кода <CR>) модуль ожидает получения через UART заданного числа символов. Отправка данных через сеть начнется лишь после получения модулем объявленного числа отправляемых байтов.

О поступлении данных модуль уведомляет внешний микроконтроллер с помощью незапрашиваемого сообщения +WIND:55, где указывается ID сокета и число пришедших извне данных (рисунок 9).

Для выдачи данных по UART сначала можно запросить командой AT+S.SOCKQ число байтов в приемном буфере открытого сокета (по ID), а затем командой AT+S.SOCKR вычитать все или часть данных. Задание числа выдаваемых модулем байтов позволяет обрабатывать полученные данные частями, даже с помощью 8-битного управляющего микроконтроллера с ограниченным объемом ОЗУ. Для закрытия сокета c заданным ID предусмотрена команда AT+S.SOCK.

Дополнительные команды

Для проверки прохождения пакетов до конкретного узла используется команда AT+S.PING=192.168.1.1 (адрес может быть любой). Для получения HTML-страницы с какого-либо сайта необходимо сформировать команду HTTP GET с помощью AT-команды AT+S.HTTPGET=host.example.com,/index.html (адрес выбран произвольно). Через UART модуля выводится как отправляемый HTTP GET-запрос, так и полученный ответ – содержимое HTML-страницы или сообщение об ошибке. Следует понимать, что современные страницы имеют достаточно сложную структуру, и получить содержимое всех полей с помощью однократного запроса GET невозможно. Данная команда хорошо работает лишь с простыми страницами.

Режим MiniAP

Режим работы в качестве точки доступа (режим MiniAP) позволяет подключить к модулю другой SPWF01Sx-модуль или любого Wi-Fi-клиента даже вне зоны действия полноценной точки доступа или Wi-Fi-роутера. Этот режим позволяет осуществить прямое соединение модуля с конечным оборудованием. Работающий в режиме MiniAP модуль виден как обычная Wi-Fi-сеть, к которой можно произвести подключение. На момент написания статьи Firmware модуля позволяло подключать только одного клиента. Подключенный к модулю клиент может открывать сохраненные на модуле HTML-страницы, передавать данные на выход UART-интерфейса и управлять GPIO-портами на модуле.

Режим MiniAP можно использовать для настройки параметров модуля через WEB-браузер, как альтернативный вариант для отправки команд локально через UART. В этом случае конечное устройство со встроенным Wi-Fi-модулем может не иметь клавиатуры или иного пользовательского интерфейса управления для ввода SSID и пароля.

Управление GPIO-портами

Удаленное управление портами ввода-вывода возможно через статическую страницу remote.html. Здесь можно настроить направление порта (ввод-вывод), установить или считать значение (рисунок 10).

Локальные манипуляции с выводами GPIO можно производить по UART c помощью команды AT+S.GPIOC.

Обновление внутреннего ПО

Как и любой другой технически сложный продукт, Wi-Fi-модули производства компании STMicroelectronics имеют возможность обновления своего внутреннего программного обеспечения (firmware, прошивки), которое постоянно обновляется. Инженеру рекомендуется обновить имеющиеся у него на руках модули для того чтобы в разработке использовалось самое последнее доступное firmware.

Обновление прошивки производится через последовательный интерфейс UART или удаленно по эфиру, через WEB-сервер.

Для локального обновления через UART существует специальная Windows-утилита FLASH Loader Demonstrator, которую можно найти на сайте производителя. Для инициации процесса загрузки используется специальный вывод модуля «Boot», который нужно притянуть к 3.3 В и затем подать питание на модуль. При этом в модуле инициируется внутренний загрузчик, который взаимодействует с утилитой, запущенной на ПК. Файл прошивки имеет расширение .bin, его размер составляет примерно 420 кбайт. Еще один способ загрузки прошивки – использовать специальную консольную программу 123flash.exe. Файл прошивки можно получить, обратившись в компанию КОМПЭЛ. Разработчику рекомендуется предусматривать возможность локального обновления firmware в конечном изделии, хотя бы в качестве резервного варианта.

Процесс обновление Firmware c помощью утилиты Flash Loader приведен на рисунках 11а-11е.

а)	б)	в)
г)	д)	е)

Рис. 11.Обновление прошивки

Обновление прошивки по эфиру выполняется с помощью команды AT+S.FWUPDATE. В команде указывается путь к сайту, где должен быть выложен файл с новой прошивкой. Модуль формирует единичный запрос HTTP GET, получает файл, проверяет его валидность и сохраняет во временном хранилище в памяти. Для завершения обновления требуется перегрузить модуль.

 

Заключение

Разумеется, Wi-Fi не является универсальным беспроводным стандартом, который лучше всех подходит для любых приложений. Правильная технология – это всегда компромисс между такими параметрами как дальность, пропускная способность, энергопотребление, топология, цена и совместимость. Достоинства Wi-Fi – в отличной совместимости с существующим оборудованием, криптозащите, высокой скорости передачи данных и, благодаря таким модулям как SPWF01SC.11, простоте интеграции. Оборотной стороной является повышенный ток потребления, ограниченная дальность радиоканала и слабая поддержка спящих режимов, если речь идет о годах работы от батарей. Тем не менее, во многих случаях встроенный Wi-Fi будет лучшим решением, по сравнению с Bluetooth, ZigBee или фирменными протоколами отдельных производителей

Наши информационные каналы