ESP-OPEN-SDK: работа с WiFi соединением в режиме клиента (station mode)

разделы: Интернет вещей, дата: 19 мая 2019г.

В данной статье я хочу рассмотреть наиболее простые примеры для работы с сетью средствами SDK. При работе с сетью, SDK использует неблокирующее программирование. В связи с этим, программирование сводиться к написанию коллбек-функций, которые будут вызываться из SDK при наступлении того или иного события. Это затрудняет чтение и разбор алгоритма программы, поэтому в статье я всега стараюсь говорить, что за чем следует.

Статья по структуре будет напоминать предыдущую: "ESP8266: подключение, прошивка и работа с AT-командами", за тем исключением, что в этот раз все будет делаться с помощью программирования через ESP8266-NONOS-SDK.

Конфигурация WiFi сети будет, опять же, состоять из двух компонентов: а) точки доступа на роутере с прошивкой OpenWRT; б) и собственно ESP8266 выступающего в роли клиента. На стороне роутера запущен web-сервер для обслуживания ESP8266. Для передачи и получения данных от роутера, ESP8266 будет использовать GET - запросы.

В качестве "транспорта" для работы с TCP/IP я буду использовать штатный интерфейс espconn, который описан в ESP8266 Non-OS SDK API Reference.

Для захвата и анализа трафика между ESP8266 и точкой доступа на OpenWRT, я буду использовать программы tcpdump и Wireshark. Все примеры статьи используют SDK версии 2.1.0.

    Список используемой документации:
  1. ESP8266EX Resources | Espressif Systems Страница с доступными ресурсами по ESP8266 на сайте производителя.
  2. ESP8266 Non-OS SDK API Reference ESP8266 Non-OS SDK API Reference версия 2.2
  3. ESP8266 Low Power Solutions
  4. Статья Михаила Григорьева на хабре: Работа с ESP8266: Собираем компилятор и пишем первую прошивку
  5. Книга Kolban's Book on ESP8266
  6. Если вы как и я НЕ учились по специальности "компьютерные сети", то вам скорее всего понадобиться какой-нибудь мануал с описанием разных сетевых протоколов. Я лично использую "В. Олифер, Н. Олифер «Компьютерные сети. Принципы, технологии, протоколы.", часть IV: Сети TCP/IP. Это недорогой понятный учебник без лишней воды.

Содержание:

  1. Создание базового проекта
  2. Установка WiFi соединения в режиме клиента
  3. Работа с TCP соединением используя espconn
  4. Использование режима энергосбережения "deep sleep"
  5. Реализация команды ping
  6. Получение даты и времени из сети по протоколу SNTP

Посмотреть исходники, сборочные файлы, скачать скомпилированные прошивки, можно с портала GITLAB https://gitlab.com/flank1er/esp8266_sdk_examples

Читать дальше

Введение в ESP-OPEN-SDK

разделы: Интернет вещей, дата: 14 марта 2019г.

Как я уже говорил, ESP8266 можно программировать двумя способами: либо через Arduino IDE, либо через тулчейн esp-open-sdk. Первый вариант я уже рассматривал на примере разработки температурного логера, в этот раз я хочу рассказать о работе с esp-open-sdk.

Тулчейн позволяет программировать на SDK функциях, которые поставляются в закрытых скомпилированных библиотеках называемых SDK. Имеется две версии SDK: RTOS SDK и NONOS SDK. Я буду рассматривать вариант без RTOS, при необходимости, "прикрутить" простенький диспечер задач будет несложно.

Non-OS SDK - это библиотека предоставляющая программный интерфейс приложения(API) для ESP8266 и включающая стек функций для приема и передачи через WiFi-соединение, доступа к аппаратным ресурсам и базовые функции контроля и управления модулем. Данное API позволяет программировать на более высоком уровне не вдаваясь в особенности архитектуры ESP8266.

SDK может быть интересен для опытных embedded - программистов, которых, возможно, тяготит использование Arduino IDE и Wiring, и которые не боятся остаться один на один с Си. Взамен вы получите: избавление от прослойки Arduino/Wiring, возможность использования вашей любимой системы управления проектом, возможность использования стороннего IDE для написания кода, а также возможность отладки через JTAG. Что вы теряете? Возможность использования Arduino библиотек.

Однако, если вы используете фреймворк Arduino, то для вас не доложно быть секретом, что сам он написан на функциях SDK. Т.о. изучение SDK существенно расширит ваши возможности при написании своих библиотек, да и собственно само программирование ESP8266, т.к. функции SDK доступны из Arduino.

Далее речь пойдёт исключительно о тулчейне "esp-open-sdk". В качестве целевой платы я буду использовать плату NodeMCU ESP8266, т.к. там есть автозагрузка прошивки, но в принципе может быть использована любая другая плата на модуле ESP12E/ESP12F.

    Список используемой документации:
  1. ESP8266EX Resources | Espressif Systems Страница с доступными ресурсами по ESP8266 на сайте производителя.
  2. ESP8266 Non-OS SDK API Reference ESP8266 Non-OS SDK API Reference версия 2.2
  3. ESP8266 SDK Getting Started Guide - руководство по работе со официальным SDK
  4. ESP8266 Technical Reference
  5. Xtensa Instruction Set Architecture (ISA)
  6. Статья на хабре: "Reverse Engineering ESP8266 — часть 1"
  7. Статья на хабре: "Reverse Engineering ESP8266 — часть 2"
  8. Статья Михаила Григорьева на хабре: Работа с ESP8266: Собираем компилятор и пишем первую прошивку

Содержание:

  1. Сборка esp-open-sdk
  2. Создание базового проекта
  3. Описание API для работы с GPIO
  4. Краткое описание ассемблера Xtensa
  5. Подключение JTAG отладчика на FT232H чипе
  6. Работа с GPIO16 через NonOS-SDK, подключение библиотеки "Driver_Lib"
  7. Вывод через UART

Посмотреть исходники, сборочные файлы, скачать скомпилированные прошивки, можно с портала GITLAB https://gitlab.com/flank1er/esp8266_sdk_examples

Читать дальше

LinkIt 7688 Smart Duo: одноплатный микрокомпюьтер на OpenWRT содержащий микроконтроллер ATmega32U4

разделы: Интернет вещей, дата: 22 декабря 2018г.

Я уже пару статей подряд вскользь упоминаю OpenWRT, и возможно кого-то заинтересовало, что это за система. OpenWRT - это набор прошивок для самых разных устройств, но в основном для роутеров. Базируется на BusyBox и ядре Linux. Где-то с версии 17.01 прошивки стали именоваться LEDE, т.к. произошло слияние проектов OpenWRT и LEDE.

К сожалению, чтобы в первый раз поставить на какое-либо фирменное устройство прошивку OpenWRT, скорее всего вам придётся изрядно "поплясать с бубном" (сужу по собственному опыту). В худшем случае вы получите "кирпич" вместо вашего роутера. Это не означает, что устройство после этого нельзя оживить, но не у всех хватит квалификации выпаять флешку в корпусе TSOP-48, что бы перепрошить ее и заново запаять. Поэтому, если вам нужна система с OpenWRT, я не советую перепрошивать роутеры, т.к. если вы умеете это делать, то мои советы будут вам ни к чему, а если нет, то они будут только во вред.

Замечу, что согласно предупреждению 4/32 устройства с размером флеш-памяти 4МБ и менее, и размером ОЗУ 32МБ или менее, считаются устройствами с ограниченной поддержкой. Оптимальный размер ОЗУ для OpenWRT/LEDE сейчас равняется 128МБ, а приемлемый размер 64МБ. Т.е. вы хотите использовать роутер для перепрошивки под OpenWRT то он должен быть не какой-нибудь, а довольно приличный.

На самом деле существуют специальные платы для разработки под OpenWRT, где не надо совершать никаких телодвижений с бубном, и об одной из них я хочу рассказать, а именно о LinkIt™ Smart 7688 Duo. В качестве альтернативы вы также можете рассмотреть платы: Arduino Yun и Omega 2 plus.

Платы LinkIt™ Smart 7688 и LinkIt™ Smart 7688 Duo были выпущены три года назад и являются совместным проектом тайваньской компании MediaTek и китайской SeeedStudio. Проект был нацелен на быстрорастущий рынок интернет-вещей и призван упростить жизнь тех людей, что делают свои проекты из разномастных роутеров под управлением OpenWRT. В данный момент проект находится в несколько заброшенном состоянии, но платы все еще продаются в SeeedStudio (летом они были доступны только по предзаказу), а сайте MediaTek все еще доступна документация по работе платами.

Пятого мая 2011 года, компания Mediatek купила(поглотила) Realtek. И многие чипы достались Mediatek "в наследство" от Realtek. Поэтому в логах часто будет встречаться оригинальное наименование. К примеру, ветка с прошивками OpenWRT для MT7688 называется ramips.

Основой платы LinkIt™ Smart 7688 является "роутерный" чип MT7688 с архитектурой MIPS24KEc, частотой 580MHz и объёмом оперативной памяти 128MB. В довесок, LinkIt™ Smart 7688 содержит разъём microUSB 2.0 и разъём для microSD карт. Из серьёзных минусов я бы назвал отсутствие аппаратной поддержки чисел с плавающей запятой (FPU).

Концепция платы LinkIt™ Smart 7688 Duo состоит в том, что она может являться связующей платформой для разработчиков разных направлений: 1) Для разработчиков OpenWRT которые самостоятельно собирают свои сборки OpenWRT и предпочитают программировать на языках C/C++; 2) для веб-разработчиков которые предпочитают писать свои веб-приложения с использованием Python или/и Node.js®; 3) Для Arduino разработчиков которые могут писать программы в комфортной для себя среде, опираясь при этом на мощь 580МНz компьютера.

Фирменная прошивка базируется на OpenWRT 15.05 Сhaos Сalmer. Она дополнена пакетами Python 2.7.9 и NodeJS 0.12.7. Всего прошивка "весит" где-то 20МБ. Технически, вы можете обновить прошивку до последней стоковой LEDE 18.06, но там не будет NodeJS, а Python придётся устанавливать через пакетный менеджер opkg.

Я пока предлагаю не трогать фирменную прошивку, а сосредоточиться на прикладных задачах. В данной статье я постарался рассказать о основах работы с платой Linkit Smart 7688, о сложностях и путях их преодоления.

Содержание:

  1. Характеристики LinkIt™ Smart 7688 Duo
  2. Вопрос цены. Сравнение LinkIt™ Smart 7688 Duo c аналогами
  3. Подключение и обновление прошивки LinkIt™ Smart 7688 Duo. Способ первый, стандартный, но долгий
  4. Подключение к LinkIt™ Smart 7688 Duo через последовательный порт
  5. Консоль восстановления Failsafe
  6. Баг при подключении по последовательному порту
  7. Первоначальная настройка LinkIt™ Smart 7688 Duo. Способ второй, быстрый
  8. Подключение Ethernet порта
  9. Перенос файловой системы на карту MicroSD
  10. Безопасность: создание непривилегированного пользователя и защита паролем входа через последовательный интерфейс

Читать дальше

ESP8266 + Arduino + OpenWRT: проект температурного логера на датчиках DHT11 и DS18B20, пошаговое руководство

разделы: Интернет вещей, Arduino, дата: 19 декабря 2018г.

ESP8266 может работать в двух режимах: в режиме интерпретатора AT-команд или в режиме самостоятельного микроконтроллера с wifi модулем. Работу ESP8266 в режиме интерпретатора AT-команд я рассматривал в предыдущей статье, эта же статья рассматривает работу ESP8266 в качестве самостоятельного микроконтроллера.

Способов программирования ESP8266 опять же два, первый - это программирование с помощью ESP8266 фреймворка для Arduino IDE, второй - это программирование через esp-open-sdk. В первом случае мы можем использовать готовые библиотеки Arduino, во втором случае вы можем положиться только на функционал SDK и свой собственный код.

В этой статье мне хотелось бы рассмотреть программирование ESP8266 с помощью ESP8266 фреймворка для Arduino IDE. Данная тема решает широкий спектр задач обеспечения радиоканалом разного рода датчиков и простых устройств управления нагрузкой.

В качестве примера в статье рассматривается пошаговое написание прошивки для температурного логера на датчиках DHT11 и DS18B20. Первый датчик используется для определения комнатной температуры и влажности, второй используется для определения уличной температуры. Я статье используется плата ModeMCU ESP8266, т.к. там есть автозагузка прошивки, но в принципе может быть использована любая другая плата на модуле ESP12E/ESP12F. Данные модули оснащены флеш-памятью на 4 мегабайта, что позволяет забыть о жёсткой оптимизации размера прошивки, когда борьба идёт за каждый байт.

При работе с ESP8266 есть выбор для использования его совместно с "облаками", собственным внешним сайтом, собственном сервером расположенным в интросети или автономной работой ESP826, когда веб-сервер запускается на самом ESP8266.

В данном проекте используется веб-сервер uhttpd на роутере с прошивкой OpenWRT. ESP8266 передаёт на него показания датчиков, а роутер их сохраняет и виде обычных файлов, и делает их доступными для просмотра через web-интерфейс. Можно дать новую жизнь старому смартфону или планшету настроив их на отображение таких web-страниц. Web-интерфейс универсален и может отображаться на любых браузерах любых устройств.

    Ссылки на полезные ресурсы и документацию:
  1. ESP8266 фреймворк для Arduino IDE
  2. Документация на библиотеку ESP8266WIFI
  3. Документация на Arduino библиотеку WiFi library

Содержание:

I. Начало работы с ESP8266 фреймворком для Arduino IDE

  1. Установка ESP8266 фреймворка для Arduino IDE
  2. Подключение датчика DHT11 к ESP8266
  3. Подключение датчика DS18B20 к ESP8266

II. Работа с библиотекой ESP8266WIFI

  1. Установка WiFi соединения
  2. Использование режима энергосбережения DeepSleep
  3. Класс WiFiClient, получение web-страницы от сервера на OpenWRT и отправка данных через GET запрос
  4. Отправка на web-сервер данных с датчика DHT11 через GET запрос
  5. Добавление датчика DS18B20
  6. Вывод показаний датчиков через веб-интерфейс
III. Добавлено позже

  1. Второй WiFi термометр на датчике AM2320 (добавлено 26.05.19г)

Читать дальше

ESP8266: подключение, прошивка и работа с AT-командами

разделы: Интернет вещей, дата: 21 ноября 2018г.

Появившись четыре года назад, модули на базе чипа ESP8266 наделали много шума, прежде всего своей ценой. Производителем чипов была на тот момент никому неизвестная китайская фирма "Espressif Systems", зарегистрированная в Шанхае. Спустя некоторое время, многие фирмы представили на рынок аналогичные модули собственного изготовления, но по цене они были (и есть) в два - пять раз дороже модулей на ESP8266.

В 2016-ом году, фирма "Espressif Systems" представила на рынок ESP32, который существенно превосходил по своим возможностям ESP8266, и интерес к ESP8266 начал сходить на нет.

ESP32 это двухядерный микроконтроллер, или SOC если угодно, работающий на частоте 240MHz и снабженный радио-интерфейсами: WIFI стандарта 802.11 n (2.4 GHz), с пропускной способностью до 150 Mbps, и Bluetooth Low Energy стандарта 4.2, который был принят четыре года назад. ЦПУ имеет архитектуру Xtensa, есть аппаратная поддержка чисел с плавающей запятой, 7-уровневый конвейер, 520 кБ(!) ОЗУ, и многое другое (см. документацию: ESP32 Datasheet).

Если конкурентов ESP8266 изготавливают все кому не лень, то у ESP32 конкурентов с сопоставимой ценой фактически нет.

Модули на ESP8266 послужили основой для огромного количества "умных розеток" и им подобных устройств. Если говорить о ESP12 модулях, то здесь имеется около 50 Кбайт ОЗУ, 4 Мбайт флеш-памяти, частота ЦПУ 80МГц, встроенный WiFi контроллер. При этом цена за все это добро - около двух долларов. К сожалению, фирма производитель не предоставляет документацию на чип. Модули поставляются как готовые устройства с AT-интерфейсом и с возможностью программирования через Arduino IDE, используя для этого официальный SDK. Поэтому все изыскания относительно устройства аппаратной части ESP8266 являются результатом исследования энтузиастов.

В статье разбирается подключение, прошивка, и работа с AT командами ESP8266. Изначально статья была целиком посвящена только ESP8266, но впоследствии я решил добавить главу о перепрошивке модуля с ESP32. AT команды в ESP32 практически все те же, что и в ESP8266, так что, все сказанное относительно работы с AT-командам ESP8266 можно отнести и к ESP32.

Большая часть материала статьи посвящена режиму работы ESP8266, когда он работает в режиме WIFI модема с AT-интерфейсом. Разбираются типовые вопросы: как настроить, что-то скачать, переслать свои данные на сервер, и т.д. Предполагается, что уровень знаний читателя о сетях нулевой. Поэтому я постарался расписать всё максимально доходчиво. Для наглядности, показана работа с программами tcpdump и Wireshark для анализа трафика ESP8266. В качестве вспомогательного оборудования используется WiFi роутер с прошивкой OpenWRT, но вместо него можно использовать любой компьютер с Linux.

    Список используемой документации:
  1. ESP8266 Overview | Espressif Systems Страница продукта на сайте производителя.
  2. ESP8266EX Resources | Espressif Systems Страница с материалами на сайте производителя.
  3. ESP8266 SDK Getting Started Guide
  4. ESP8266 Technical Reference
  5. ESP-01/07/12 Series Modules User's Manual
  6. ESP8266 AT Instruction Set
  7. ESP8266 AT Command Examples
  8. ESP32 AT Instruction Set and Examples
  9. Netcat Cheat Sheet
  10. Статья: "ESP8266 - подключение и обновление прошивки – esp8266"
  11. Статья на хабре: "Reverse Engineering ESP8266 — часть 1"
  12. Статья на хабре: "Reverse Engineering ESP8266 — часть 2"
  13. Книга Дэвида Тейнсли "Linux и UNIX: программирование в shell. Руководство разработчика", глава 29 "Сценарии cgi".

Содержание:

    I. Описание ESP8266
  1. Распиновка и подключение модулей ESP12
  2. Формат загрузочного лога, режимы работы SPI флеш-памяти
  3. Баг в Linux драйвере USB-UART преобразователя CP2102
    II. Прошивка ESP8266
  1. Использование esptool
  2. Первый способ прошивки
  3. Второй способ прошивки
  4. Третий способ прошивки
  5. Прошивка модуля ESP12E AT-интерпретатором версии 1.7.0 (август 2018г)
    III. Использование связки ESP8266 + OpenWRT
  1. Связка OpenWRT + ESP8266, использование сниффера tcpdump и анализатора траффика Wireshark для иследования трафика ESP8266
  2. Получение даты и времени через сеть, используя NTP
    IV. Связь ESP8266 с Web сервером на OpenWRT
  1. Связь ESP8266 с Web сервером на OpenWrt: настройка OpenWRT
  2. АТ-команды для установки TCP/UDP соединения
  3. Получение web-страницы от сервера на OpenWRT
  4. Получение лога погоды от сервера на OpenWRT
    V. Связь ESP8266 с Web сервером на OpenWRT посредством CGI скриптов
  1. Управление OpenWRT через ESP8266 посредством CGI интерфейса
  2. Отправка данных от ESP8266 на web-сервер OpenWRT через GET запрос
  3. Отправка данных от ESP8266 на web-сервер OpenWRT через POST запрос
    VI. Прозрачный режим соединения (UART-WiFi passthrough)
  1. Управление Linux/OpenWRT используя режим "UART-WiFi passthrough"
    VI. Плата NodeMCU с модулем ESP-WROOM-32
  1. Прошивка ESP32 в интерпретатор AT-команд

Читать дальше