Пуск Беспроводной CLI на Микроконтроллере

Иной раз возникает такая ситуация, что надо получить информационный доступ к устройству, которое висит под потолком или примонтированно за окном. Конструктив не позволяет протянуть провод через дверь или за окно. Очевидно, что в таких случаях надо наладить какой-то беспроводной интерфейс. Варианты могут быть такие: IR, LoRa, GFSK, BLE, UWB, WiFi.

В этом тексте я расскажу, как запустить беспроводную консоль на микроконтроллере.

Постановка задачи

Соединить микроконтроллер и ESP-01 трансивер. Запустить TCP сервер. Подключиться через PuTTY. Организовать беспроводную консоль.

Определения

алгоритм - последосвательность действий.

программа - алгоритм реализованный на языке программирования

процесс - работающая программа в памяти

порт - натуральное 16битное число, идентифицирующее процесс в операционной системе

IP-адрес - 32-битное число идентифицирующее компьютер в сети.

сокет (socket ) — программный интерфейс для обмена данными между процессами. Процессы могут выполняться как на одном компьютере, так и на разных устройствах, связанных сетью. Со стороны программиста сокет это пара чисел: IP адрес и порт.

Что надо из оборудования?

Надо собрать вот такую схему

Надо также купить синий переходник для ESP-01 трансивера

Что надо из софтвера?

Реализация

Чтобы запустить TCP сервер на ESP-01 надо выполнять вот эту последовательность команд.

Вот типичные ответы на AT-команды

-----------------------------------------------
AT+RST

OK

 ets Jan  8 2013,rst cause:1, boot mode:(3,5)

load 0x40100000, len 2592, room 16
tail 0
chksum 0xf3
load 0x3ffe8000, len 764, room 8
tail 4
chksum 0x92
load 0x3ffe82fc, len 676, room 4
tail 0
chksum 0x22
csum 0x22

2nd boot version : 1.7(5d6f877)
SPI Speed : 40MHz
SPI Mode : DOUT
SPI Flash Size & Map: 8Mbit(512KB+512KB)
jump to run user1 @ 1000
  
---------------------------
AT

OK
---------------------------
ATE0

OK
---------------------------
AT+CWMODE=1

OK
---------------------------
AT+CIPMUX=1

OK
---------------------------
AT+CWJAP="ssid","pass"
WIFI DISCONNECT
WIFI CONNECTED
WIFI GOT IP

OK
---------------------------
AT+CIPSTA?
+CIPSTA:ip:"192.168.1.33"
+CIPSTA:gateway:"192.168.1.1"
+CIPSTA:netmask:"255.255.255.0"

OK
---------------------------
AT+CIPSERVER=1

OK
---------------------------

В случае установки соединения ESP-01 отправит на MCU в UART строку 0,CONNECT

Если PuTTY отправит строку hello_from_lapTop, то ESP-01 отправит в UART вот такие две строки:

+IPD,0,17:hello_from_lapTop
+IPD,0,2:

Тут 0- номер соединения, 17- количество байт в принятой строке, hello_from_lapTop - сами принятые полезные данные.

При приеме данных от сокета их надо передать на парсер CLI. CLI все выходные результаты пишет в очередь байтов. Далее отдельный конечный автомат отправки извлекает из очереди байты на отправку и передает их в WiFi трансивер по протоколу AT-команд ESP-01.

Установка соединения

Чтобы начать передавать данные по WiFi надо выполнить следующие действия:

Установкой соединения занимается отдельный конечный автомат управления link-ом. Вот его граф

Отправка данных MCU->ESP-01

Чтобы микроконтроллер отправил на PuTTY строку надо выполнить две отдельные команды: передать заголовок (с указанием размера) и передать сами данные. Выглядит это так:

AT+CIPSEND=0,10

OK
>
Recv 10 bytes

SEND OK

Тут AT+CIPSEND=0,10 это заголовок. После его отправки надо дождаться сначала OK затем дождаться появления курсора. Затем посылать сырой массив с данными. Как только ESP-01 примет указанное в заголовке количество байт появится сообщение Recv N bytes. После успешной отправки модуль ответит SEND OK.

Отправка данных в сущности представляет из себя диалог между микроконтроллером и WiFi трансивером. На стороне микроконтроллерной прошивки надо реализовать вот такой конечный автомат.

Этот автомат должен крутиться только в состоянии CONNECTED.

Проверка связи

И вот вы подали на отладочную плату электропитание и она как будто бы запустила TCP сервер. Как же понять на каком он IP адресе оказалась ESP-01? Тут можно открыть cmd консоль и выполнить команду arp -a. Это протокол, который ставит IP адресам их MAC адреса. Методом исключения можно выявить IP ESP-01.

Затем можно убедиться, что конкретный IP в самом деле отвечает выполнив команду
ping 192.168.1.35 -c 3 -i 2

Теперь надо понять на каком порте работает сервер внутри 192.168.1.35. Это можно выполнить утилитой nmap
nmap -sS -p 1-65535 192.168.1.35

Зная IP и порт (333) можно на стороне LapTop запустить TCP клиент. Это можно сделать в программе PuTTY. Поверх TCP будет просто текст команд для консоли и выводной текст консоли.

Так можно подключаться к CLI серверу, что работает внутри прошивки STM32 через IP адрес ESP-01 модуля.

Когда работает PuTTY терминал, TCP данные отправляются только при нажатии на кнопку Enter. То есть внутри PuTTY уже присутствует однострочный текстовый редактор (string reader). Вот так в открывшейся TCP CLI можно проверить версию прошивки на удалённом микроконтроллере.

Можно посмотреть диагностику GPIO.

На стороне MCU есть ещё отдельная UART-CLI и она показывает, как ESP-01 отражает события открытия и закрытия сокета.

Достоинства CLI через ESP-01

++Это дешево. Вам надо только модуль ESP-01 за $1 USD. Вся остальная инфраструктура уже есть. Это маршрутизатор, смартфон, LapTop. Вам не нужен никакой другой переходник с USB на какой-н там GFSK или LoRa или еще что-н.

++Благодаря WiFi консоли вы можете управлять микроконтроллером деже с мобильного телефона благодаря Andriod приложению TCP Client.

Вертикальный экран.

Итог

Удалось настроить доступ к микроконтроллерной CLI через WiFi . Удалось организовать беспроводную CLI между LapTop и микроконтроллером.

Акронимы

Ссылки