前言
4 X$ m9 ~& v: O5 A/ s这一节，我们来聊聊 STM32 的 FOTA 例程中用到的 wifi 模块：ESP-01。ESP-01 是安信可公司基于 ESP8266 wifi 芯片的WIFI 模块。在 STM32 FOTAdemo 里，用来实现无线通信。下面我们将来认识一下这个模块，并介绍 demo 里相关底层驱动的实现。

! P7 \! d/ F: q) O4 ?$ SESP-01 模块
2 h7 y0 s$ @# U1 J# r( o/ F  G; DESP-01 模块集成 esp8266EX WIFI 芯片，支持 802.11b/g/n 协议，支持 UART/GPIO 等接口，内嵌 LwIP 协议栈，支持STA/AP/STA+AP 工作模式，是一款低成本的无线模块。

ESP-01 模块采用 DIP-8 封装。尺寸和引脚定义见下图。提供一个 UART 接口和两个 GPIO 口。
' v% e% C$ c$ D# J& z5 j2 D% s


/ j. c7 h8 L6 X; P2 f6 ^2 q6 GSTM32F769 探索板的 CN2 接口支持对 ESP-01 模块的扩展，可以直接将 ESP-01 模块插在 CN2 接口上。STM32F769 和ESP-01 之间通过串口通信，串口配置为：115200 波特率，8 位数据位，无奇偶校验，1 位停止位。连接如下：
: p5 ]6 u4 K2 ^  `2 e1 `8 C2 ?5 Z
- x9 q) W/ Q& T9 W8 j$ m! f, x0 y: Q" T

AT 指令格式
ESP-01 的 AT 指令集就是 ESP8266 的 AT 指令集。可以细分为四种类型：
7 Z4 Q8 D# F" f% A3 y6 B
. W8 a  L% Z7 e
/ |+ [  K5 \; q( ~4 K
: W6 c# g* g7 P5 w要注意的是，
不是每条 AT 指令都具备上面 4 种类型，具体要去看该条 AT 指令的说明。
使用双引号表示字符串数据。比如“123”，就是一个字符串，而 123 就是数字。
开头的 AT 指令两个字符必须大写，每条命令以回车换行符结尾“\r\n”


$ p" A1 x( M$ B) o! bESP8266 的 AT 指令集又分为：基础 AT 命令（对模块的配置，串口设置等），WIFI 功能 AT 命令（设置 wifi 模式，连接 AP等），TCP/IP 功能 AT 命令（建立 TCP 连接，收发数据等）。

, n# b3 @! f9 x  |# h7 U
* s* j8 ]# o* D0 Y' F4 D5 [作为 TCP 客户端工作
( [2 f1 S! ~+ g9 y! L, D9 g模块初始化
% @# k9 p% [/ f4 O: \! U程序上电运行后，在开始使用 WIFI 模块前，必须先对其进行初始化。除了 GPIO 口以及串口的初始化外，还需要对 WIFI 模块进行配置，使其工作在我们希望的模式下。在 STM32 FOTA demo 里 ESP8266 应该工作在 STATION 模式和多连接模式下。所以在初始化的时候，需要通过相应的 AT 指令进行配置。下面是初始化的代码以及 AT 指令执行的过程。

1. ESP8266_StatusTypeDef ESP8266_Init(void)
   : b( Y  S; J  @, q
2. {
   / u: C( T) @4 \1 p1 j& d, o; J9 [
3. ESP8266_StatusTypeDef Ret;
   7 k, x, i0 C7 ]6 C
4. 
   
5. /* Configuration the IO low layer */
   
6. if (ESP8266_IO_Init() < 0)
   
7. {
   ; V' p! o" M4 a9 m4 s" d
8. return ESP8266_ERROR;
   
9. }
   
10. /* Disable the Echo mode */                                         <font color="#00ff00">   //关回显功能</font>
    & N5 ~7 m7 c* ?1 d: P$ ~1 s
11. /* Construct the command */
    + w' ^! z! P( N5 w0 u: C
12. memset (AtCmd, '\0', MAX_AT_CMD_SIZE);
    - o% F' P5 }- U" L1 W
13. sprintf((char *)AtCmd, "ATE0%c%c", '\r', '\n');
    " s( k8 Q$ ~% |8 _: ^
14. 
    
15. /* Send the command */
    & X" S) D- c7 w: n2 Q1 M! I1 W
16. Ret = runAtCmd(AtCmd, strlen((char *)AtCmd), (uint8_t*)AT_OK_STRING,NULL);
    
17. 
    4 k. i1 p4 i2 @' c; {
18. /* Exit in case of error */
    . X! o: t! F; @; B3 U' [9 d( w
19. if (Ret != ESP8266_OK)
    
20. {
    ; c& S; B( l! R3 O, q3 a: ^1 F: C0 y  t
21. return ESP8266_ERROR;
    + B* m2 n; u% B  h) J) t) x9 Y6 `7 U
22. }
    & `' o6 ?3 l: m2 t& P1 L, ?, O/ U
23. 
    
24. /* Setup the module in Station Mode*/                   <font color="#00ff00"> //设置 wifi 模块工作在 STATION 模式</font>
    , {# Z/ _1 h& A2 A3 |
25. /* Construct the command */
    1 n1 y9 W6 j% O1 c
26. memset (AtCmd, '\0', MAX_AT_CMD_SIZE);
    : X" U4 E; D& ^, H% K7 U. c0 v
27. sprintf((char *)AtCmd, "AT+CWMODE=1%c%c", '\r', '\n');
    
28. 
    
29. /* Send the command */
    ) T, i* Z+ n$ D$ i1 K# f+ ?1 t6 x
30. Ret = runAtCmd(AtCmd, strlen((char *)AtCmd), (uint8_t*)AT_OK_STRING,NULL);
    
31. 
    ) W: F7 l5 D2 q+ t' R4 R3 H
32. //colse all socket connection
    . n2 t# r4 n9 o
33. if(ESP8266_CheckMUXStatus()==1)                     <font color="#00ff00">    //设置多连接模式</font>
    ' n, J& U7 i# A# V% x
34. {
    0 [& l7 e$ i' M' d: `+ @' [
35. 
    & M- S. a4 n* i( _/ b
36. uint8_t i=0;
    , g$ @. {2 j: _4 ?/ h) i
37. for(i=0;i<4;i++)
    6 \- s# D9 ?+ v, P  w# K/ ?
38. {
    
39. ESP8266_CloseConnection(i); //don't check and return the returned status
    1 g/ W! i, H$ A- v6 H. ]
40. }
    
41. }
    
42. else //this application is mult-connection application,if MUXMODE is 0,it means this is
    
43. the first time run
    
44. ESP8266_SetMuxMode(1);
    
45. 
    
46. return Ret;
    
47. }

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AT 指令的运行记录：

# t: b8 }% {5 h, G$ m4 X, s! L
  S, m+ w$ }0 p) Q9 G连接到 AP
调用 ESP8266_JoinAccessPoint 函数，输入 AP 的 SSID 和密码，连接到对应的 wifi 热点。

1. ESP8266_StatusTypeDef ESP8266_JoinAccessPoint(uint8_t* Ssid, uint8_t* Password)
   , I3 \3 ^  `% c. c% b
2. {
   
3. ESP8266_StatusTypeDef Ret;
   ( T/ u3 k( f3 S" O
4. /* List all the available Access points first
   
5. then check whether the specified 'ssid' exists among them or not.*/
   
6. memset(AtCmd, '\0', MAX_AT_CMD_SIZE);
   " t0 I& R, Z  L$ w) n
7. sprintf((char *)AtCmd, "AT+CWJAP_DEF="%s","%s"%c%c", Ssid, Password, '\r', '\n');
   
8. /* Send the command */
   ! s2 N) C- q2 p) F8 Z+ R8 M7 z( W
9. Ret = runAtCmd(AtCmd, strlen((char *)AtCmd), (uint8_t*)AT_OK_STRING,NULL);

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AT 指令运行记录：
* P4 M/ {# H, K; i
+ e+ J( M2 ^# T6 N+ D- E. q; [
/ ^9 ^* l7 s4 P! \
$ j. y( L( ^& G上图的黄色部分是 WIFI 模块的返回状态。必须要接收到"OK\r\n"，才能去读取 IP 地址。连接 WIFI 热点的过程，需要的时长不一定，有时 2、,3 秒，有时 6、,7 秒。所以这里最好把等待的时间 留长一点，否则经常会出现连接 WIFI 热点失败的情况。

与服务器建立连接
连接到 WIFI 热点后，就可以开始与服务器建立连接了。ESP8266 支持 5 个并发连接。
一般我们知道的不是目标服务器的 IP 地址，而是域名。所以在开始创建连接之前需要先通过 DNS 服务获该取域名对应的 IP地址。ESP8266 也提供了相应的 AT 指令。
1 u0 P& H) ^, ^: }* N下面是代码中的一段和建立连接相关的代码：

1. if (WIFI_GetHostAddress((char *)hostname, ip_addr) != WIFI_STATUS_OK)        <font color="#00ff00">//域名解析</font>
     ^  |% D! B* i' y3 V: ?5 d( {3 y
2. {
     b2 J: F5 Q3 X/ k5 X
3. // TODO: Defect report on WIFI_GetHostAddress() which return code is not
   & h; t5 `. g* ~$ t5 u4 i
4. informative.
   / y- d7 c: \2 A  f) u" y2 \/ f
5. // NB: This blocking call may take several seconds before returning. An
   
6. asynchronous interface should be added.
   
7. msg_info("The address of %s could not be resolved.\n", hostname);
   5 e$ `& J6 p( I: E1 D1 {
8. rc = NET_ERR;
   
9. }
   
10. else
    ( `  l: ^, P3 S. h
11. {
    9 w- v, ]2 E; V' T3 H
12. if( WIFI_STATUS_OK == WIFI_OpenClientConnection(                                  <font color="#00ff00">//根据获得的 IP 地址连接服务器</font>
    , U/ C) j/ ~3 D% l% T
13. (uint32_t) sock->underlying_sock_ctxt, WIFI_TCP_PROTOCOL, "", ip_addr,
    $ D/ h3 ?* V% b) v9 T; V0 T* b
14. dstport, 0) )
    
15. {
    6 L* s0 Y; b9 P# d7 w1 ^
16. rc = NET_OK;
    
17. }
    , s& q9 \0 e5 C: }$ Q5 S
18. else
    
19. {
    
20. underlying_socket_busy[(int) sock->underlying_sock_ctxt] = false;
    
21. msg_error("Failed opening the underlying Wifi socket %d.\n", (int) sock-
    
22. >underlying_sock_ctxt);
    
23. sock->underlying_sock_ctxt = (net_sockhnd_t) -1;
    
24. }
    
25. }

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AT 指令运行记录：


1 b4 ~# c8 J0 G; {7 J! w
1 `% x, u* t" E* a1 J" l8 N2 {发送数据
发送数据过程分两步：
1.发送 AT+CIPSEND=<LINK ID>,<LENGTH>命令。说明要往哪个 socket 通道，发送多少字节的数据。
2.收到 WIFI 模块返回的"OK\r\n>"后，再发送数据。
下面是例程中，ESP8266 发送数据的代码实现。

1. ESP8266_StatusTypeDef ESP8266_SendData(uint8_t socket,uint8_t* Buffer, uint32_t Length)
   , j: ~1 U) }' a
2. {
   / r$ m* U5 R$ u, R$ [" f+ E9 Q
3. ESP8266_StatusTypeDef Ret = ESP8266_OK;
   
4. 
   2 Y9 d" [2 R2 D; A
5. if (Buffer != NULL)
   + |: @. }& {9 E: u4 l, a1 Z
6. {
   
7. /* Construct the CIPSEND command */                                     <font color="#00ff00">//准备发送数据，等待 WIFI模块发的“发送数据提示符”</font>
   6 i& s2 @% O* ]3 I" J- H
8. memset(AtCmd, '\0', MAX_AT_CMD_SIZE);
   7 H: y3 R" D9 X2 B, H( d% z9 u
9. sprintf((char *)AtCmd, "AT+CIPSEND=%lu,%lu%c%c", socket,Length, '\r', '\n');
   
10. 
    ( d: q' `8 W% N5 w
11. /* The CIPSEND command doesn't have a return command
    
12. until the data is actually sent. Thus we check here whether
    
13. we got the '>' prompt or not. */
    
14. Ret = runAtCmd(AtCmd, strlen((char *)AtCmd), (uint8_t*)AT_SEND_PROMPT_STRING,NULL);
    # T6 Z" `* Y! G! i6 Q8 L
15. 
    
16. /* Return Error */
    / R) ?, y4 q# t& k( ?
17. if (Ret != ESP8266_OK)
    0 C2 p. S  D7 Y  r
18. {
    " P2 J  i# w/ {, a8 X
19. return ESP8266_ERROR;
    ; S0 j. Q# s$ r! w
20. }
    & s4 t$ O, r. M7 c+ T
21. 
    
22. /* Send the data */                                                    <font color="#00ff00"> //开始发送数据</font>
    
23. Ret = runAtCmd(Buffer, Length, (uint8_t*)AT_SEND_OK_STRING,NULL);
    ) S6 L: A/ S0 U+ S; b$ g
24. if (Ret != ESP8266_OK)
    8 K3 I' K6 M. I0 [2 B' x/ m) u
25. {
    
26. return ESP8266_ERROR;
    
27. }
    " V) r9 C( B& R) m' }% W0 j! W
28. }
    
29. 
    
30. return Ret;
    
31. }

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AT 指令运行记录：

" @+ ~- Y) L# c4 p9 K0 z

接收数据的模式
在上一节“发送数据”的 AT 指令执行记录中，我们看到最后 WIFI 模块回复了一条以“+IPD”开头的消息。这是从网络上的服务器返回的数据。使用 Esp8266 模块时，接收网络上发来的数据，不需要 MCU 先发“接收”的“AT 指令。只要收到数据，ESP8266 就会通过“+IPD”开头的数据包，将数据传递给 MCU。
demo 里接收数据，我们采用了下面的这种模式：
串口中断程序（UART ISR）负责把从 UART 端口接收到的数据放到 ring buffer 中。
上层应用程序需要数据的时候，不直接从 ring buffer 中拿，而是从各自的 socket buffer 中拿，每个通道（ESP8266 支持 5 个通道）都有一个对应的 socket buffer。本示例代码里有两个应用，MQTT 和 HTTP，因此使用了 wifi 模块的两个 socket 通道。只有在 socket buffer 中没有有效数据的时候，再到 ring buffer 中去查看是否有收到数据，然后将数据拷贝到 socket buffer 中。除了读取 wifi 传过来的云端数据，上层应用程序还需要就发送的 AT 指令检查响应。这个是在 ring buffer 中去读取。如果发现ring buffer 里面有以“+IPD”开头的来自云端的数据，会“帮忙”拷贝到对应的 socket buffer 里。
0 c/ F* i; g! A. V- E* x0 ]# `1 \
这么做虽然多了一次数据的拷贝（集中的 ring buffer 到各自的 socket buffer），但是方便上层应用程序的操作。因为有时候，我们会一下子从网络端收到上百个字节的数据，这些数据都在一个“+PID”开头的数据包中传给了 MCU。但也许上层应用程序，希望一个或几个几个字节的来解析这个数据包。比如，MQTT 中，要先读一个字节的数据判断一下收到的是什么类型的数据包，是 CONNACK 还是 PUBLISH？在这种情况下，增加了 socket buffer 这一层的话，就可以做到，每次从 ring buffer中读数据，都是将整个+IPD 的数据包读出，而上层应用程序，可以想从 socket buffer 中每次读几个字节都可以。将数据从 ring buffer 拷贝到 socket buffer 是由 ExtractDatafromIPDpacket（）函数来完成的。
在 esp8266_io.h 文件中，分别定义了 socket buffer 和 ring buffer 的结构：esp_sock_ctx_t， RingBuffer_t。

7 U' T% [. o: `+ C; K- X) p. E
注意：该示例中 MQTT 和 HTTP 应用都在一个 task 里面调用，如果在不同的 task 实现，接收驱动需要做相应修改。
9 O& t# |& [# ~/ S9 o
( @- U6 n; b) Y8 H* q
$ ~; u. _4 B: B7 f/ u; t

小结
在例程中，和 WIFI 模块相关的驱动由三层组成：
在 ESP8266_io.c 中，是最底层的跟 STM32 外设打交道的部分。包括初始化引脚，从串口读取和发送数据；Esp8266.c 中是对 AT 指令的实现。
Wifi.c 是 wifi 底层驱动和上层的一个接口。我们可以看到它的函数和 ESP8266.c 中的某些函数名字都很类似。
我们前面讲的内容基本都在这三个文件中，对于如果想更换 WIFI 模块来讲，它主要涉及到的代码也就是这三部分。
% {+ [/ ]* l3 ^1 R, @+ o& j- i

4 v8 W( E) P! _$ k4 L7 _: M2 e
1 @- ~; G4 X/ z  `7 Q

1 [. l- E8 l' M9 W$ \

4 u$ h4 k( y( p# \+ I: q
! [4 l. ]) D. \' S* N. C