简介

本文使用 STM32 Nucleo 开发板连接 RW007 WiFi 模块,通过运行 RT-Thread 操作系统,让开发板轻松愉快联网。

STM32F401 Nucleo-64

STM32 Nucleo-64 是 ST 官方推出的开发板,依据搭载的 STM32 芯片型号不同(皆为 LQFP64 封装),分为众多版本,本文所使用的是带 STM32F401RE 芯片的板子 —— STM32F401 Nucleo-64

STM32F401 Nucleo-64 开发板

主要特性

  • STM32F401RET6 64 脚 MCU
  • ARM Cortex-M4 内核,84MHz 主频
  • 512KB Flash, 96KB SRAM 存储容量
  • Arduino Uno 和 ST morpho 两类扩展接口
  • 板载 ST-LINK/V2-1 调试编程器、USB 调试串口

Nucleo 上的 Arduino 接口能让开发板与 WiFi 模块「无缝衔接」,值得一提的是,这款开发板还自带了 ST-LINK 和 USB 串口,这就意味着:只需要一根 Mini-USB 线,就能完成开发和调试工作。

快速入门:Getting started with STM32 Nucleo board software development tools

原理图下载:STM32 Nucleo (64 pins) schematics

更多相关信息资料见 ST 官网详情页:STM32 Nucleo-64 development board with STM32F401RE MCU

RW007

RW007 是由上海睿赛德电子科技有限公司开发的高速 WiFi 模块,模块基于 Realtek RTL8710BN(Ameba Z 系列) WIFI SOC,使用 SPI/UART 与主机通信 ,支持 IEEE 802.11b/g/n 网络、 WEP/WPA/WPA2 加密方式和 STA 和 AP 模式。

RW007 WiFi 模块

主要特性

  • Cortex-M4 高性能 MCU
  • 可自由选择的 AT SPI 双模式,工作模式可由主机配置
  • SPI 时钟高达 30Mbps,UART 波特率高达 6Mbps。
  • SPI 模式下有效以太网带宽高达上传 1MBytes/s,下载 1MBytes/s
  • 内置 Bootloader,支持固件升级、安全固件功能。
  • 支持快速连接、airkiss 配网
  • 支持存储多达 5 条连接信息

更多相关信息资料见 RW007 介绍页面:睿赛德科技推出高速Wi-Fi模块RW007:内置RT-Thread物联网操作系统

工作模式说明

RW007 可通过 SPI 或 UART 和主机通讯,因此存在 AT 和 SPI 两种工作模式。在 AT 模式下,模块使用内嵌 LWIP 协议栈,用户通过 AT 指令实现「开箱即用」。SPI 模式下,模块与主机间高速透传以太网帧,需要在主机端实现网络协议栈及相关驱动。

两种模式通过 BOOT0BOOT1 引脚切换,由模块在上电时确定启动方式。

BOOT0 BOOT1 数据类型 接口 最大速率 内置协议栈
1 0 SPI RAW 30Mbps
1 1 UART AT 6Mbps

注:模块内部带上拉电阻,当 BOOT0BOOT1 未连接任何电气线路时,默认为 AT 模式启动。

由睿赛德推出的 WiFi 模块,可以说是 RT-Thread 的「亲儿子」了,操作系统原生支持,相应的网络组件、WLAN 框架都能完美兼容,在跑 RTT 的板子上使用 RW007,几乎不需要过多配置,即插即用式的使用体验,大大减轻了嵌入式开发者的工作量。

准备工作

在把 RW007 畅快跑起来之前,以下准备工作必不可少,你将需要:

  1. STM32 Nucleo-64 开发板(或其他支持 RTT 的板子)
  2. RW007 WiFi 模块
  3. Mini-USB 连接线(连接开发板与电脑)
  4. ENV 编译构建环境(安装使用说明
  5. 开发常用软件(git、Keil5、串口调试等)
  6. 一颗爱折腾的心

硬件准备

开始上路

RT-Thread 包含了 RW007 的软件包,用户无需自己编写驱动程序,下面以 SPI 模式(断开模块上 UART 的电阻 R5 和 R7)为例,介绍如何在 STM32F401 Nucleo-64 上驱动 RW007 模块,并完成 AP 扫描、连接等基本 WiFi 功能。

硬件连接

得益于 Nucleo 上的 Arduino 接口,只需把 RW007 往开发板上一插,即可完成了两者的硬件连接。显然,其他带 Arduino 接口的开发板也能直接插,就是这么简单粗暴……

开发板插接模块

电路连接示意图如下:

电路连接示意图

各 IO 接口与功能之间的对应关系表:

STM32 引脚名 封装管脚序号 Arduino 接口序号 功能
PA5 5 D13 BOOT0/CLK
PA6 6 D12 MISO
PA7 7 D11 MOSI
PB6 22 D10 BOOT1/CS
PC7 39 D9 INT/BUSY
PA9 9 D8 RESET

特别注意!!!

关于pin 序号规则,与旧 bsp 使用封装管脚序号不同,在新的 stm32 bsp 框架中,统一采用顺序编号的方式,对 GPIO 驱动进行管理,移植旧程序时要留意。

pin 序号与引脚名对应关系如下表:

STM32 引脚名 管脚序号 pin
PA0 - PA15 0 - 15
PB0 - PB15 16 - 31
PC0 - PC15 32 - 47
PD0 - ... 48 - ...

bsp/stm32/libraries/HAL_Drivers/drv_gpio.cpins[] 数组中,能清除看到 pinmap 关系。

STM32 bsp 配置(Menuconfig)

首先从 Github 上克隆 RT-Thread 源代码仓库:RT-Thread/rt-thread: RT-Thread is an open source IoT operating system from China.

打开 rt-thread\bsp\stm32 目录,能看到 RT-Thread 所支持的开发板型号,把 RT-Thread 在 STM32 上跑起来并不是一件难事,但在编译内核组件之前,要先对 bsp 进行简单配置(别慌,通过 Menuconfig 图形化界面即可完成)。

本次实验所使用的 bsp 为 stm32f401-st-nucleo,Github 仓库链接:rt-thread/bsp/stm32/stm32f401-st-nucleo at master · RT-Thread/rt-thread

进入 rt-thread\bsp\stm32\stm32f401-st-nucleo 文件夹,右键打开 ENV 窗口(前提是已在 Windows 下搭好 ENV 环境),输入 pkgs --upgrade 更新 ENV 和软件包,再输入 menuconfig 进行系统配置:

menuconfig 界面

附 Menuconfig 常用操作按键:

按键 ↑↓ ←→ Enter 空格 Esc
功能 列表选择 菜单选择 确认 选中/取消 后退

1. 开启 SPI 外设

开发板与模块的通讯依赖 SPI 设备,在 bsp 中已经实现了 SPI 驱动,只需在设置中打开即可使用。 进入 Hardware Drivers Config ---> 下的 On-chip Peripheral Drivers,勾选 Enable SPI BUS ---> 选项,并按回车键进入,进一步选中 Enable SPI1 BUS,完成配置:

开启 SPI 外设

2. 配置 RW007 软件包

RT-Thread 通过软件包的形式,对 RW007 模块提供配套驱动支持,系统默认选项不包含软件包,用户需手动开启:通过 Esc 键回到 Menuconfig 主界面,依次进入 RT-Thread online packages --->IoT - internet of things --->Wi-Fi --->,勾选 rw007: SPI WIFI rw007 driver ---> 选项:

使用 RW007 软件包

RW007 软件包 Github 仓库链接:RT-Thread-packages/rw007: RW007 (SPI Wi-Fi module) driver for RT-Thread

紧接着按下 Enter 键进一步设置软件包参数,完成 SPI 总线和 IO 的配置,更改总线设备名称 RW007 BUS NAMEspi1

更改 SPI 总线名称

然后配置 SPI 控制 IO,各管脚号依次按下表填入:

引脚号 功能
22 CS pin index
5 BOOT0 pin index (same as spi clk pin)
22 BOOT1 pin index (same as spi cs pin)
39 INT/BUSY pin index
9 RESET pin index

配置 SPI 引脚

3. 开启 WiFi 框架

RW007 驱动使用了 WLAN 相关的接口,按以下选项路径打开 WiFi 框架:RT-Thread Components --->Device Drivers --->Using WiFi --->,勾选 Using Wi-Fi framework

开启 WiFi 框架

4. 保存 Menuconfig 配置

完成了上面的 3 步,bsp 配置算大功告成了,但最最重要的一步不能漏 —— 保存 Menuconfig 配置:直接一路狂按 Esc 键退出,在保存提示窗口中选择 Yes 确认即可:

保存 Menuconfig 配置

编译烧写固件

1. 更新本地软件包

根据 RT-Thread 的软件包机制,在 Menucofnig 选中了软件包后,相关代码文件并未添加到工程中。在 ENV 终端输入 pkgs --update 命令,便能从服务器下载所选软件包,更新到本地目录:

下载更新本地软件包

2. 修改 RW007 软件包

由于新 bsp 在较高的 spi 波特率下不稳定,如果出现获取 mac 地址失败(表现为连不上路由器,但其余功能正常),要手动将最大速率改低,修改本地 packages/rw007-latest/src/spi_wifi_rw007.c 文件,将 30M 改为 2M:

cfg.max_hz = 2 * 1000000;             /* 15M 007 max 30M */

3. 生成 MDK5 项目文件

使用 Keil IDE 可以十分方便对 STM32 程序编译和烧录,在 ENV 终端输入 scons --target=mdk5 -s,生成 Keil5 工程文件:

生成 MDK5 项目文件

5. 编译、下载工程

使用工具栏的 Build 按钮编译工程,出现 0 Error(s) 表示编译成功,将开发板连接电脑,再点击 Download 按钮下载固件到开发板,完成上面所有步骤后,接下来就是见证奇迹的时刻了。

运行、测试模块功能

下载完程序便能自动复位运行,打开串口工具(推荐使用 XShell 等交互型终端),设置参数为 115200 8-1-N。若系统启动正常,且开发板与模块间的通讯也没有问题,会看到如下初始化打印信息:

 \ | /
- RT -     Thread Operating System
 / | \     4.0.1 build Mar  7 2019
 2006 - 2019 Copyright by rt-thread team
lwIP-2.0.2 initialized!
[I/WLAN.dev] wlan init success
[I/WLAN.lwip] eth device init ok name:w0
[I/WLAN.dev] wlan init success
[I/WLAN.lwip] eth device init ok name:w1

rw007  sn: [rw0072795b24400ac48]
rw007 ver: [1.2.3]

msh >

使用 wifi scan 命令扫描周边热点、wifi join ssid password 命令连接路由、ifconfig 命令查看网络配置,验证模块功能:

测试模块功能

常见问题与解决方法

  • Menuconfig 中没看到 rw007 pkg?

    ENV 和 包索引不是最新,执行 pkgs --upgrade 命令更新软件包源。

  • Keil 编译错误?

    是否已经把软件包替换为 RW007 适配版本,新老版本 stm32 bsp 中 spi 接口稍有差异。

  • 运行后串口无输出?

    1. 检查开发板与电脑的连接是否正常
    2. 检查串口工具参数配置,应为 115200, 8, 1, None
  • 运行出现 wspi device not found

    确认 RW007 软件包中总线的设备名为 spi1,否则会导致设备挂载失败。

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