RT-Thread学习笔记【WLAN】

我不是女神ヾ 2022-10-31 01:39 307阅读 0赞

# WLAN简介 #

RTT使用WLAN设备管理WIFI无线网络和网络协议栈，**众所周知，RTT是一个主打IoT的RTOS，WLAN设备是它的基础**

RTT使用WLAN框架实现网络设备的驱动

## WLAN框架 ##

基本功能

*  对底层控制WiFi连接、断开、扫描等
 *  对上层提供WiFi控制、事件、数据导流等应用操作
 *  对上层应用程序实现统一的WiFi控制接口

### WLAN框架组成 ###

1.  DEV驱动接口层

为WLAN框架提供统一的API

1.  MANAGE管理层

提供WiFi扫描、连接、断线重连等具体功能

1.  Protocol协议层

处理WiFi上产生的数据流，可以**根据不同的使用场景挂载不同的通讯协议**

示意图如下所示：  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FxXzQwNTAwMDA1_size_16_color_FFFFFF_t_70_pic_center]

APP：应用层，由开发者实现的基于WLAN框架的具体应用，可以被FinSH直接调用

airkiss、voice：配网层，实现无限配网和声波配网等功能

WLAN Manager：管理层，直接控制WLAN的连接、扫描

WLAN Protocol：协议层，管理当前协议、处理数据流、进行数据解析

WLAN config：参数管理层，管理当前WiFi连接参数（SSID等）和安全参数（密码、加密方式等），一般会与存储器管理应用协同工作，将数据保存在非易失性存储介质中

WLAN dev：驱动接口层，直接操作WLAN硬件，向上提供API

### WLAN框架典型功能 ###

1.  自动连接：自动保存并连接已知AP，会不断尝试直到连接成功
2.  参数存储：记录已知AP的连接参数和相关信息，会自动缓存在内存，如果挂载了外部非易失性存储器，还会在外部存储设备中备份
3.  WiFi控制：提供基本WiFi连接API和相关回调事件，可以使用FSM进行处理
4.  Shell命令：在Msh中输入脚本命令即可控制WiFi

### 启用WLAN框架 ###

在ENV工具中使用menuconfig或在RTT Studio中打开RT-Thread Settings -> 更多配置 -> 设备驱动程序勾选相关设定即可启用WLAN框架

## WLAN设备使用 ##

### 初始化 ###

1.  连接管理器初始化

使用rt\_wlan\_init()初始化连接管理器所需的静态资源

一般会自动初始化，如果关闭了自动初始化功能则需要在使用相关API前手动调用上述API进行初始化

1.  设置WLAN设备模式

使用rt\_wlan\_set\_mode(const char\* dev\_name,rt\_wlan\_mode\_t mode)设置WLAN设备的工作模式

同一个设备切换相同的模式无效；同一种模式只能存在一个设备，不能让两个设备设置为同一模式。

可用模式如下

typedef enum
    { 
        RT_WLAN_NONE,			//停止模式
        RT_WLAN_STATION,		//STA模式
        RT_WLAN_AP,				//AP模式
        RT_WLAN_MODE_MAX		//无效
    }rt_wlan_mode_t;

AP模式：设备作为AP供周边设备接入；STA模式：设备接入周边AP

1.  获取设备模式

使用rt\_wlan\_get\_mode(const char\* dev\_name)获取设备工作模式，返回值为上述模式之一

### STA模式 ###

1.  阻塞式连接热点rt\_wlan\_connect(const char\* ssid,const char\* password)

此API调用时间较长，使用期间可能会阻塞其他函数运行

如果无密码，设置password为空即可

WLAN连接成功后需要等待连接就绪才能通讯

1.  无阻塞链接热点rt\_wlan\_connect\_adv(struct rt\_wlan\_info\* info,const char\* password)

连接参数info可通过扫描获得，也可以手动指定，一般用于连接特定热点或隐藏热点，返回值仅表示连接动作是否开始执行，需要主动查询或设置回调函数来确认是否连接成功

info结构体的完整配置如下所示

struct rt_wlan_info
    { 
        rt_wlan_security_t security;                        /* 安全类型 */
        rt_802_11_band_t band;                              /* 2.4G或5G连接 */
        rt_uint32_t datarate;                               /* 连接速率 */
        rt_int16_t channel;                                 /* 通道 */
        rt_int16_t  rssi;                                   /* 信号强度 */
        rt_wlan_ssid_t ssid;                                /* 热点名称 */
        rt_uint8_t bssid[RT_WLAN_BSSID_MAX_LENGTH];         /* 热点物理地址 */
        rt_uint8_t hidden;                                  /* 热点隐藏标志 */
    };
    
    //可选择的安全模式如下所示
    typedef enum
    { 
        SECURITY_OPEN = 0, /* Open security */
        SECURITY_WEP_PSK = WEP_ENABLED, /* WEP Security with open authentication */
        SECURITY_WEP_SHARED = (WEP_ENABLED | SHARED_ENABLED), /* WEP Security with shared authentication */
        SECURITY_WPA_TKIP_PSK = (WPA_SECURITY  | TKIP_ENABLED), /* WPA Security with TKIP */
        SECURITY_WPA_AES_PSK = (WPA_SECURITY  | AES_ENABLED), /* WPA Security with AES */
        SECURITY_WPA2_AES_PSK = (WPA2_SECURITY | AES_ENABLED), /* WPA2 Security with AES */
        SECURITY_WPA2_TKIP_PSK  = (WPA2_SECURITY | TKIP_ENABLED), /* WPA2 Security with TKIP */
        SECURITY_WPA2_MIXED_PSK = (WPA2_SECURITY | AES_ENABLED | TKIP_ENABLED), /* WPA2 Security with AES & TKIP */
        SECURITY_WPS_OPEN = WPS_ENABLED, /* WPS with open security */
        SECURITY_WPS_SECURE = (WPS_ENABLED | AES_ENABLED), /* WPS with AES security */
        SECURITY_UNKNOWN = -1, /* security is unknown. */
    } rt_wlan_security_t;

使用例如下所示

struct rt_wlan_info info;
    
    INVALID_INFO(&info);                                /* 初始化 info */
    SSID_SET(&info, "test_ap");                         /* 设置热点名字 */
    info.security = SECURITY_WPA2_AES_PSK;              /* 指定安全类型 */
    rt_wlan_connect_adv(&info, "12345678");             /* 执行连接动作 */
    while (rt_wlan_is_connected() == RT_FALSE);         /* 等待连接成功 */

1.  断开热点

使用接口函数rt\_wlan\_disconnect()断开当前连接，返回值表示是否成功断开

一般断开前应先查询是否连接，如果已连接再断开

1.  获取连接状态

相关API如下所示

rt_bool_t rt_wlan_ap_is_active(void);//查询热点是否处于活动状态
    rt_err_t rt_wlan_ap_get_info(struct rt_wlan_info *info);//获取热点相关信息，如热点名字，通道等

1.  停止热点

使用接口rt\_wlan\_ap\_stop()阻塞式停止当前热点运行

停止前应查询是否已经启动，已经启动后再停止

1.  WLAN自动重连

使用以下API进行配置

void rt_wlan_config_autoreconnect(rt_bool_t enable);//开启或关闭自动重连模式，当没有网络时，会自动进行重连
    rt_bool_t rt_wlan_get_autoreconnect_mode(void);//查询自动重连是否启动

### WLAN事件回调 ###

1.  事件注册

rt_err_t rt_wlan_register_event_handler(rt_wlan_event_t event,//事件类型
                                            rt_wlan_event_handler handler,//事件处理函数
                                            void *parameter)//用户参数

可用事件类型如下

<table> 
 <thead> 
  <tr> 
   <th>事件</th> 
   <th>类型</th> 
   <th>描述</th> 
  </tr> 
 </thead> 
 <tbody> 
  <tr> 
   <td>RT_WLAN_EVT_READY</td> 
   <td>ip_addr_t *</td> 
   <td>IP 地址</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>RT_WLAN_EVT_SCAN_DONE</td> 
   <td>struct rt_wlan_scan_result *</td> 
   <td>扫描的结果</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>RT_WLAN_EVT_SCAN_REPORT</td> 
   <td>struct rt_wlan_info *</td> 
   <td>扫描到的热点信息</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>RT_WLAN_EVT_STA_CONNECTED</td> 
   <td>struct rt_wlan_info *</td> 
   <td>连接成功的 Station 信息</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>RT_WLAN_EVT_STA_CONNECTED_FAIL</td> 
   <td>struct rt_wlan_info *</td> 
   <td>连接失败的 Station 信息</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>RT_WLAN_EVT_STA_DISCONNECTED</td> 
   <td>struct rt_wlan_info *</td> 
   <td>断开连接的 Station 信息</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>RT_WLAN_EVT_AP_START</td> 
   <td>struct rt_wlan_info *</td> 
   <td>启动成功的 AP 信息</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>RT_WLAN_EVT_AP_STOP</td> 
   <td>struct rt_wlan_info *</td> 
   <td>启动失败的 AP 信息</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>RT_WLAN_EVT_AP_ASSOCIATED</td> 
   <td>struct rt_wlan_info *</td> 
   <td>连入的 Station 信息</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>RT_WLAN_EVT_AP_DISASSOCIATED</td> 
   <td>struct rt_wlan_info *</td> 
   <td>断开的 Station 信息</td> 
  </tr> 
 </tbody> 
</table>

触发条件如下

typedef enum
    { 
        RT_WLAN_EVT_READY = 0,              /* 网络就绪 */
        RT_WLAN_EVT_SCAN_DONE,              /* 扫描完成 */
        RT_WLAN_EVT_SCAN_REPORT,            /* 扫描到一个热点 */
        RT_WLAN_EVT_STA_CONNECTED,          /* 连接成功 */
        RT_WLAN_EVT_STA_CONNECTED_FAIL,     /* 连接失败 */
        RT_WLAN_EVT_STA_DISCONNECTED,       /* 断开连接 */
        RT_WLAN_EVT_AP_START,               /* 热点启动 */
        RT_WLAN_EVT_AP_STOP,                /* 热点停止 */
        RT_WLAN_EVT_AP_ASSOCIATED,          /* STA 接入 */
        RT_WLAN_EVT_AP_DISASSOCIATED,       /* STA 断开 */
    } rt_wlan_event_t;

当以上情况发生时，触发回调函数并回传事件类型

1.  解除注册

rt_err_t rt_wlan_unregister_event_handler(rt_wlan_event_t event)//事件类型

用于接触某个类型事件的回调函数注册

### 功耗管理 ###

1.  设置功耗等级rt\_wlan\_set\_powersave(int level)

**专用于STA模式**

1.  获取当前功耗等级rt\_wlan\_get\_powersave()

注意：level越大，功耗越高

### FinSH命令 ###

RTT设置了wifi相关的shell命令以供调试

wifi                           /* 打印帮助 */
    wifi help                      /* 查看帮助 */
    wifi join SSID [PASSWORD]      /* 连接 wifi，SSDI 为空，使用配置自动连接 */
    wifi ap   SSID [PASSWORD]      /* 建立热点 */
    wifi scan                      /* 扫描全部热点 */
    wifi disc                      /* 断开连接 */
    wifi ap_stop                   /* 停止热点 */
    wifi status                    /* 打印 wifi 状态 sta + ap */
    wifi smartconfig               /* 启动配网功能 */

# 使用示例 #

自动连接示例（摘自官网文档中心）

#include <rthw.h>
    #include <rtthread.h>
    
    #include <wlan_mgnt.h>
    #include <wlan_prot.h>
    #include <wlan_cfg.h>
    
    static void
    wifi_ready_callback(int event, struct rt_wlan_buff *buff, void *parameter)
    { 
        rt_kprintf("%s\n", __FUNCTION__);
    }
    
    static void
    wifi_connect_callback(int event, struct rt_wlan_buff *buff, void *parameter)
    { 
        rt_kprintf("%s\n", __FUNCTION__);
        if ((buff != RT_NULL) && (buff->len == sizeof(struct rt_wlan_info)))
        { 
            rt_kprintf("ssid : %s \n", ((struct rt_wlan_info *)buff->data)->ssid.val);
        }
    }
    
    static void
    wifi_disconnect_callback(int event, struct rt_wlan_buff *buff, void *parameter)
    { 
        rt_kprintf("%s\n", __FUNCTION__);
        if ((buff != RT_NULL) && (buff->len == sizeof(struct rt_wlan_info)))
        { 
            rt_kprintf("ssid : %s \n", ((struct rt_wlan_info *)buff->data)->ssid.val);
        }
    }
    
    static void
    wifi_connect_fail_callback(int event, struct rt_wlan_buff *buff, void *parameter)
    { 
        rt_kprintf("%s\n", __FUNCTION__);
        if ((buff != RT_NULL) && (buff->len == sizeof(struct rt_wlan_info)))
        { 
            rt_kprintf("ssid : %s \n", ((struct rt_wlan_info *)buff->data)->ssid.val);
        }
    }
    
    int wifi_autoconnect(void)
    { 
        /* Configuring WLAN device working mode */
        rt_wlan_set_mode(RT_WLAN_DEVICE_STA_NAME, RT_WLAN_STATION);
        /* Start automatic connection */
        rt_wlan_config_autoreconnect(RT_TRUE);
        /* register event */
        rt_wlan_register_event_handler(RT_WLAN_EVT_READY,
                wifi_ready_callback, RT_NULL);
        rt_wlan_register_event_handler(RT_WLAN_EVT_STA_CONNECTED,
                wifi_connect_callback, RT_NULL);
        rt_wlan_register_event_handler(RT_WLAN_EVT_STA_DISCONNECTED,
                wifi_disconnect_callback, RT_NULL);
        rt_wlan_register_event_handler(RT_WLAN_EVT_STA_CONNECTED_FAIL,
                wifi_connect_fail_callback, RT_NULL);
        return 0;
    }
    
    int auto_connect(int argc, char *argv[])
    { 
        wifi_autoconnect();
        return 0;
    }

WLAN框架的使用难度约等于Arduino，这是连道场的小鬼都知道的事=)

不过真正的难点在于移植时编写驱动…

[watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FxXzQwNTAwMDA1_size_16_color_FFFFFF_t_70_pic_center]: /images/20221024/0d3afa1492da442d91e7a92a4ff3d4ab.png