基於串口調試助手的WIFI模塊調試－ＦＰＧＡ簡單聯網（點燈）

根據正點原子的《ATK-ESP8266 WIFI用戶手冊》，使用XCOM V2.2串口調試助手測試WIFI模塊^[26]。在本系統中運用到的功能主要是TCP/IP模式中的TCP Client透傳模式。發送指令的順序如下：

1. 設置WIFI的模式為STA模式：AT+CWMODE=1。響應：OK
2. 重啟使命令生效：AT+RST。響應：OK
3. 聯網：AT+CWJAP="wy225","pcblab225"（連接WIFI的名稱（ssid）和密碼）。響應：OK WIFIconnect GOTip
4. 連接服務器：AT+CIPSTART="TCP","www.mjywxy.xin",80。響應：CONNECT OK
5. 開啟透傳模式：AT+CIPMODE=1。響應：OK
6. 開始透傳：AT+CIPSEND。響應： OK >
7. 最后使用“+++”退出透傳模式

結果如下使用GET方法，通過HTTP請求的方法發送數據，得到服務器返回的數據如下。

 

圖１ WIFI調試之HTTP請求

服務器端wifi.php程序主要代碼如下。

 

圖２ wifi.php主要程序

第一個if判斷，是否獲取到數據；第二個if判斷獲取到數據中a的值是否是0或1。如果是則表示存儲a的值到wifi.dat文件中，否則從wifi.dat文件中讀取a的值返回。

 

…… FPGA-UART-WIFI

原計划UART部分使用NiosII搭建，但是使用片上ROM進行搭建系統時會提示內存不足，ELF文件下載失敗。EP4CE6E22C8N只有276480bits的片上ROM。但是NiosII+UART需要27480Byte，編譯顯示超過片上ROM的106%內存占用率。故需用SDRAM（只買了SDRAM）作為系統的復位向量和錯誤向量，而NiosII與原來用Verilog寫的系統要共用SDRAM，這無疑增加了系統的復雜程度，而且難以實現，故采用純Verilog進行整個系統的編寫。

…… UART_TX

為了進行串口通信，首先進行串口發送模塊程序的編寫。其功能是每次發送一個字節的數據（串轉並），並可通過baud_set選擇不同的波特率，用tx_done信號表示已經發送完成。其端口定義如下。

表1 UART發送模塊端口定義

端口名	位寬	輸入 / 輸出	說明
clk	1	input	時鍾信號50MHz
rst_n	1	input	復位信號，低電平有效
data_byte	8	input	要發送的數據
send_en	1	input	為1使能發送（一個脈沖就好）
baud_set	3	input	波特率選擇端
rs232_TX	1	output	數據串行輸出引腳
tx_done	1	output	發送完成標志信號
uart_state	1	output	發送狀態，為1表示正在發送中

具體實現方法，包括波特率的計算、激勵文件的編寫等，參照《小梅哥的教學視頻》

……　UART_RX

關於串口接收程序，同樣參照《小梅哥的教學視頻》，有波特率的選擇、接收數據存儲（串轉並）和接收完成標志等功能。在頂層文件中例化uart的發送模塊，使用“In-System Source and Probe”IP核，完成在線發送和接收功能。

表2 UART接收模塊端口定義

端口名	位寬	輸入 / 輸出	說明
clk	1	input	時鍾信號50MHz
rst_n	1	input	復位信號，低電平有效
data_byte	8	output	接收到的數據
baud_set	3	input	波特率選擇端
rs232_RX	1	input	數據串行輸入引腳
Rx_done	1	output	接收完成標志信號

…… UART_WIFI之自啟動聯網

首先發送數據到電腦上，通過串口調試助手，檢測發送數據的格式是否有問題。一開始通過按鍵控制發送數據的內容，確認無誤之后，再修改為自啟動。其中，為了避免插拔的麻煩，直接定義兩個相等的RX和TX引腳，故定義模塊的端口如下表。

表3 UART配置WIFI自啟動聯網模塊端口定義

端口名	位寬	輸入 / 輸出	說明
clk	1	input	時鍾信號50MHz
rst_n	1	input	復位信號，低電平有效
key	1	input	按鍵
rs232_tx	1	output	數據串行輸出引腳
rs232_rx	1	input	數據串行輸入引腳
test_tx	1	output	方便測試用，等於rs232_tx
test_rx	1	input	方便測試用，等於rs232_rx
led	1	output	LED燈，接收到指定數據的標志

關於程序，首先初始化要發送的數據，如圖7-4示。其中，由於之前連接了WIFI，模塊會保存賬號和密碼，故可不發送WIFI賬號和密碼。重啟之后，模塊會在5秒之內自動連接到WIFI，並獲得IP。

關於波特率設置，因為ESP8266每次重啟之后，都會把波特率自動設置為115200，故配置UART的波特率為115200。

 

圖3 自啟動聯網相關配置數據

需要注意的是，WIFI模塊數據接收時，以十六進制的“0A 0D”表示數據接收完成，對應到程序中是“\r\n”。還有，發送“+++”表示退出透傳模式，此時不需要“\r\n”，而且任何多余字符（包括空格、換行等）都不能有，否則無法退出透傳模式^[26]。

另外，還有一個需要注意的點是，Verilog中必須用雙引號包圍字符串。且發送CIPSTART的字符串時，也必須用雙引號。故此時就必須用反斜杠轉義雙引號。

首先，通過計數器cnt判斷發送到第幾字節了。由於字符串寄存器最大設置了42字節，所以當發送完第42字節時，讓cnt清零。相關程序如下：

 

圖4 發送完42字節清零寄存器

其中delay1s_cnt是延時1秒計數器，為了實現自動啟動（發送完一個字符串之后，自動發送下一個字符串）而設置。delay5s_cnt是延時5秒計數器，目的是為了保證模塊能獲得IP后再操作。

接下來開始按字符串的順序發送，其中，為了使每次都能正常退出透傳模式，在程序開始，首先發送“+++”。之后，發送復位信號，使ESP8266重啟，此時需要等待5秒延時，才能保證模塊已獲得IP，能夠進行之后的數據發送。

 

圖5 發送數據轉換程序

由於uart_tx模塊每次只能發送一個字節，所以需要一個移位寄存器來表示，每次應該發送第幾個字節。相關代碼如下。

 

圖6 移位寄存器的實現

對於接收模塊，接收完成后判斷當接收到0時，讓LED燈亮；接收到K時，讓LED燈熄滅。實現其功能的代碼如圖所示。

 

圖7 接收到指定字符，執行相應操作代碼

將LED與單片機的舵機信號直連（使用電阻分壓），即可實現WIFI控制舵機，使攝像頭旋轉或者停止。關於程序部分，直接例化此模塊到myCamera的頂層文件即可。

…… 最終顯示結果

 

圖8 WIFI控制的顯示結果

從圖中可以看出網頁可以實現對藍色LED的亮滅控制。由於舵機控制無法從圖片上提現出來，故用LED燈指示。