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K230 SDK IoT WiFi AiW4211LV10使用指南

1. 功能介绍

AiW4211LV10是一款低功耗IoT WiFi芯片,我司采用该芯片平台设计了一款AiW4211LV10开发板,该开发板可通过TF卡插槽接入K230 EVB板。K230 EVB加载AiW4211LV10驱动之后,可以生成wlan0无线网卡,实现网络数据通信。

WiFi子板

图1-1 AiW4211LV10开发板

WiFi主要功能如图1-1所示:

WiFi功能框图

图1-1 WiFi功能框图

WiFi主要功能简介:

  • 消息通信:WiFi接收并解析Host端发送的消息指令及指令参数,触发相应事件执行
  • 网络通信:网络数据透传
  • 参数配置:建立SoftAP,接收配置参数,并触发配置事件
  • 配置存取:管理配置数据形成的配置文件,存储在flash上
  • AP接入:接入指定AP,监控接入状态并进行相应处理
  • 保活链路:建立维护与远程服务器之间的保活链路
  • 休眠:设置软硬件环境,给Host下电(依据平台特性,K230自下电),WiFi进入休眠模式
  • IO唤醒:处理button或PIR唤醒信号,恢复软硬件环境,给Host上电
  • 网络唤醒:处理来自保活链路的唤醒数据包,恢复软硬件环境,给Host上电

2. 模块依赖

硬件上依赖AiW4211LV10开发板,依赖K230 EVB开发板。软件上依赖于K230 SDK。

2.1 软件环境

K230 SDK V0.5.1及后续版本。 AiW4211LV10 SDK。

2.2 硬件环境

K230 EVB开发板设置emmc启动,空出TF卡插槽用于AiW4211LV10开发板接入。 开发板硬件版本及跳线见表2-1:

表2-1开发板版本

开发板硬件版本设置
K230 EVBV1.1POWER BY BUTTON启动模式,跳线关系: 1.JUMPER J1 1—-2 2.JUMPER J1 13–14
AiW4211LV10V1.1

K230 EVB开发板飞线到AiW4211LV10开发板排针,连接关系见表2-2:

表2-2 飞线关系

Link1Link2Link3Link4Link5Link6Link7
K230 排针TP21 (5V)J8.PIN9 (GPIO34)J1.PIN9 (RTC_INT4)J1.PIN14 (PW_EN)
WiFi 排针J6.PIN1 (5V)J2.PIN3 (SDIO_INT_OUT)J6.PIN3 (WH)J2.PIN2 (GPIO2)J2.PIN4 (TX)J2.PIN5 (RX)J2.PIN6 (GND)
TTL-USBRXTXGND
说明5V供电线WiFi数据中断线WiFi唤醒K230中断线WiFi监控K230电平com口收发com口收发com口GND

连接说明:

  • TP21是5V电压测试点,需要焊接一个插针,如果K230 EVB版本为V1.0则需要连接到J5 PIN16
  • 如果使用不涉及WiFi唤醒K230 EVB则无需建立Link3
  • 如果WiFi配置成通过监控K230 core的电源状态进入休眠则建立Link4,否则不需要。
  • TTL-USB与WiFi的连线主要是为了观察WiFi的固件输出,无需要可以不连接
  • AiW4211LV10开发板排针说明见表2-3

表2-3 WiFi开发板排针说明

WIFI子板 接口信号定义描述电平必要性K230 USIP LP3 EVB 接口
J4金手指SDIO_CLK/CMD/DATASDIO信号及GND3.3V必连TF卡槽
J6PIN1VDD_5V_WIFI供电输入_5VPOWER必连TP21(V1.1) 或J5.PIN16(V1.0)
PIN2GNDGNDGND预留
PIN3WIFI_WAKE_HOSTWIFI唤醒K2301.8V功能信号J1.PIN9
PIN4WIFI_UART0_TX串口TX,可连接K2301.8V预留J8.PIN15,目前无连接需求
PIN5WIFI_UART0_RX串口RX,可连接K2301.8V预留J8.PIN13,目前无连接需求
PIN6HOST_WAKE_WIFIK230唤醒WIFI1.8V功能信号J8.PIN11, 目前无连接需求
J2PIN1WIFI_POWER_ENWIFI使能,预留3.3V预留
PIN2GPIO2监控K230电平3.3V功能信号J1.PIN14
PIN3SDIO_INT_OUTSDIO中断1.8V功能信号J8.PIN9
PIN4UART0_TXD调试串口TXD3.3V调试串口连PC
PIN5UART0_RXD调试串口RXD3.3V调试串口连PC
PIN6GNDGNDGND调试串口连PC
J3PIN1PIR_WAKE_HOSTPIR唤醒K2301.8V可选J1.PIN待定
PIN2GNDPIR供电,接PIR黑色线GND\\
PIN3PIR_WAKE_WiFiPIR信号,接PIR棕色线3.3V\\
PIN4VDD_3V3PIR供电,接PIR红色线POWER\\

3. 模块配置

3.1 SDK目录结构

WiFi SDK的目录结构如下:

├── README.txt //简要编译及使用说明文档

├── support //存放固件烧写工具BurnTool.exe,编译环境搭建说明文档及支持包

├── toolchain //固件交叉编译工具链

├── Makefile //编译入口Makefile,可实现一键编译

├── SocChannel //WiFi驱动及配置工具源码

├── AiW4211LV10 //WiFi固件源码

编译驱动的工具链因与平台相关,故未放入SDK之中,如有需要请联系我们。

3.2 定制化修改

在WiFi SDK之中,为了便于固件的定制化,与硬件设计关联比较紧密的代码,需要公布且可由用户定制的SoftAP相关参数,以及自定义的被多个文件使用的全局变量等,被放置在canaan_private.h及canaan_private.c文件之中。重点项目说明见表3-1:

表3-1 定制化重点项说明

项目说明
CONFIG_WIFI_MONITOR_HOSTLEVEL使能该宏之后WiFi通过监控K230的电源状态引脚触发休眠,将忽略休眠指令
HOST_LLEVEL_TIME配合CONFIG_WIFI_MONITOR_HOSTLEVEL使用,电源状态引脚拉低持续HOST_LLEVEL_TIME时间将触发休眠,设置该时间是为了防抖及过滤冷启动的不稳定状态
LONG_PRESS_TIME长按WiFi开发板上的K4按键持续LONG_PRESS_TIME时间WiFi将建立SoftAP模式,用于配置AP接入。参考5.3.1。
TCP_SERVER_PORTSoftAP建立之后,WiFi启动一个tcp socket server用于接收网络配置信息,TCP_SERVER_PORT是指定监听端口
g_softap_ipaddrSoftAP的网关、掩码及ip
g_softapcfgSoftAP的热点名称及密码等
gpios_config[] g_gpios_configWiFi GPIO配置表,与硬件设计相关,描述各功能GPIO的编号、功能名、方向、中断类型及触发方式和中断回调函数
kd_gpios_hoststanbyWiFi给Host下电接口,可根据平台特性实现,因K230自下电,此接口未操作任何IO
kd_gpios_wakehostWiFi给Host上电接口,可根据平台特性实现,针对K230平台,WiFi给K230 PMU发送了一个IO信号

4. 固件编译

4.1 编译环境

固件编译环境搭建请参考文档《AiW4211V10/AiW4211LV10 SDK开发环境搭建 用户指南.pdf》,该文档存储于WiFi SDK的support目录。 使用者也可以联系 成都爱旗科技有限公司(http://www.aichtech.com/) 索取相关资料。

4.2 编译方法

进入WiFi SDK源码目录执行指令make all和make install,编译得到WiFi固件、驱动、配置工具及通信接口共享库文件存储在顶层的out目录下:

out/

├── bin

│ ├── aiw4211l_demo_allinone.bin

│ ├── aiw4211lv10.ko

│ ├── wifi.conf

│ ├── iotwifi_link

│ ├── iotwifi_cli

│ └── k230_pwrdown

├── inc

│ ├── soc_msg.h

│ └── hal_iotwifi_cli.h

└── lib

└── libhal_iotwifi.so

也可以各部分独立编译: make firmware:编译WiFi固件aiw4211l_demo_allinone.bin make driver:编译WiFi驱动aiw4211lv10.ko make tools:编译配置工具和通信接口共享库,iotwifi_link、iotwifi_cli、libhal_iotwifi.so、k230_pwrdown

备注:K230 SDK已经集成了WiFi驱动、配置工具和通信接口库,因此这些可以不编译

5. 模块启动

5.1 固件烧写

使用WiFi SDK support目录 下的烧写工具BurnTool.exe,通过串口将固件aiw4211l_demo_allinone.bin烧写到AiW4211LV10开发板。

烧写方法请参考文档《AiW4211V10/AiW4211LV10 BurnTool工具 使用指南.pdf》,该文档存储于WiFi SDK的support目录。

使用者也可以联系 成都爱旗科技有限公司(http://www.aichtech.com/) 索取相关资料。

图5-1展示的是单板快速烧写的示意图:

烧写3

图5-1 单板快速烧写

step 1: 选择烧写COM口 step 2: 通过“Setting”菜单项配置COM口参数 step 3: 选择WiFi固件 step 4: 点击“Connect”控件向WiFi开发板发起连接,WiFi开发板上电,工具log窗口可以看到ready to load …,表示连接已经建立,可以开始烧写了 step 5: 点击“Send file”控件开始烧写

5.2 驱动加载

参考2.2节内容配置硬件环境,长按K230 EVB板上K1按键上电启动,加载驱动:

modprobe aiw4211lv10 或者 modprobe aiw4211lv10 mmc=1 gpio=34

启动配置工具server端并置于后台运行:iotwifi_link &

当前驱动支持传入mmc主控编号及用于中断检测的gpio编号,可以实现较为灵活的硬件配置,如果不传参则分别使用代码中规定的默认值1和34。iotwifi_link的功能角色类似于wpa_supplicant,它首先会将wlan0 up起来,然后从WiFi设备侧同步mac地址及ip地址到Host端。

驱动加载

图 5-2 驱动加载及iotwifi_link启动

5.3 参数配置

AiW4211LV10的接入AP、休眠等级、休眠周期、唤醒IO、tcp keepalive的目标server、保活参数等直接影响WiFi运行,且需要根据实际场景进行动态调整的参数,可以通过5.3.1和5.3.2节提供的方式方法进行传参配置。

除非用户想要改变配置,否则每次启动之后无需重配。

5.3.1 通过网络配置AP接入

AiW4211LV10开发板支持通过网络配置目标AP的名称、密码和加密方式这三个参数。配置AP接入的步骤如下:

step 1: 准备一个路由器,并记录其热点名称、密码和加密方式信息 step 2: AiW4211LV10开发板在固件烧写之后初次启动运行时,或者在已经完成配置的情况下长按板上K4按键3s,WiFi将启动SoftAP模式生成一个热点并建立一个基于TCP协议的socket server step 3: 将PC连入该热点,然后启动NetAssist step 4: 配置NetAssist作为 tcp socket client连接到WiFi step 5: server解析配置数据后连接到指定AP,退出SoftAP模式

使用者如有能力可以开发一个手机APP进行网络配置,这里为简单起见只是使用了PC+NetAssist方案。SoftAP参数及配置数据格式见表5-1,NetAssist配置运行见图5-1:

表 5-1 SoftAP参数及配置数据格式

项目参数
AP namek230
AP password12345678
server ip192.168.43.1
server port35556
config datacfg=<targer ap name>,<targer ap auth>,<targer ap password> 例如:cfg=xuyuxuan,2,Xuyuxuan123

softAP接入

图 5-3 NetAssist配置运行

5.3.2 通过消息配置AP接入

AiW4211LV10开发板支持通过消息通道配置目标AP参数(与5.3.1功能相同),除此之外还可以通过消息通道配置WiFi休眠参数和tcp keepalive参数。消息通道是K230与AiW4211LV10之间通过SDIO总线建立起来的软件通道。

5.3.2.1 通过配置工具配置

配置步骤如下:

step 1: 准备一个路由器并启动热点 step 2: 将PC接入该热点,然后启动NetAssist,这里为简单起见使用PC+NetAssist作为远端保活服务器 step 3: 配置NetAssist作为 tcp socket server等待WiFi保活链路的接入 step 4: K230端根据热点信息和NetAssist启动的server信息编辑配置文件/etc/wifi.conf step 5: 运行配置工具client端,解析配置文件,发送配置消息:iotwifi_cli –config /etc/wifi.conf step 6: AiW4211LV10接收到配置参数之后,首先存储休眠参数,然后接入指定AP,最后建立tcp socket client连入NetAssist建立的 tcp socket server

/etc/wifi.conf是WiFi工作参数配置文件,以json格式编写,基本上是对wifi_config_t结构体的映射,具体可参考6.1.2章节。文件内容如下:

{
"sleep": {
"level": 2,
"period": 3000,
"wake_gpios": [5]
},
"conn": {
"ssid": "xuyuxuan",
"auth": 2,
"key": "Xuyuxuan123",
"bssid": "",
"pairwise": 0
},
"keepalive": {
"svrip": "192.168.50.197",
"svrport": 5001,
"time": 10,
"intvl": 2,
"probes": 5,
"hrintvl": 60,
"hrprobes": 5
}
}

备注: “wake_gpios”: [5] 是一个数组项,当前数组只有一个元素5,表示WiFi可以被自身的gpio5唤醒,该IO对应按键K4,如果新添加唤醒源可以以逗号分隔追加。这取决于具体的硬件设计。

config

图 5-4 (A)WiFi接入路由器并被分配IP (B)tcp keepalive server

5.3.2.2 通过调用API配置

在实际的业务程序中,可以通过调用通信接口共享库libhal_iotwifi.so提供的API接口kd_wifi_config进行参数配置,API说明请参考6.1.1章节,配置步骤与5.3.2.1相同。

5.3.2.1节当中介绍的工具iotwifi_cli也是通过调用该接口实现WiFi参数配置的。

5.4 系统休眠

5.4.1 通过工具配置休眠

运行配置工具client端发送休眠指令触发WiFi休眠:iotwifi_cli –dirsleep

enter sleep

图 5-5 WiFi进入休眠log

5.4.2 通过调用API休眠

在实际的业务程序中,可以通过调用通信接口共享库libhal_iotwifi.so提供的API接口kd_wifi_sleep触发WiFi休眠,具体请参考6.2章节。

工具iotwifi_cli也是通过调用该接口触发WiFi休眠的。

5.4.3 通过监控电平休眠

K230 EVB可以实现自下电,下电之后K230 EVB开发板J1 PIN14(PW_EN)引脚的电平将会被拉低,WiFi也可以通过监控该引脚的电平触发休眠。该功能使用的前提是K230功耗管理功能正常,并在编译WiFi固件时使能宏 CONFIG_WIFI_MONITOR_HOSTLEVEL(默认不使能),使能该宏之后WiFi将忽略K230发送的sleep指令,仅依据引脚电平状态进行休眠。

工具k230_pwrdown可以实现较为简单的K230 EVB双核自下电,它未做任何文件存储、状态检测等业务逻辑上的安全处理,因此只可以用于电平触发WiFi休眠的场景验证。该工具未集成到K230 SDK当中,因此需要拷贝到K230 EVB上执行:

./k230_pwrdown

5.5 系统唤醒

5.5.1 按键唤醒

如果WiFi已进入休眠状态,短按AiW4211LV10开发板上的K4按键可唤醒WiFi,WiFi将给K230 EVB的PMU发送唤醒信号,如果此时K230 EVB处于5.4.3节配置的下电状态(非冷启动),其将被上电。

WiFi唤醒

图5-6 按键唤醒log

5.5.2 网络唤醒

如果WiFi已进入休眠状态,NetAssist发送wakeup可唤醒WiFi,WiFi将给K230 EVB的PMU发送唤醒信号,如果此时K230 EVB处于5.4.3节配置的下电状态(非冷启动),其将被上电。

网络唤醒

图5-7 网络唤醒log

6. API参考

AiW4211LV10驱动加载后生成的无线网卡与一般WiFi网卡无异,因此网络通信功能无特殊API需要说明。 除基本的网络通信外,K230与WiFi还存在两个消息通信接口,需要重点说明。

6.1 config接口

6.1.1 API

int kd_wifi_config(wifi_config_t *config) 配置WiFi工作参数:

  • 配置目标AP的名称、密码、认证及加密方式
  • 配置WiFi休眠等级,苏醒周期以及可唤醒的gpio
  • 配置tcp keepalive时间参数等

6.1.2 数据结构

6.1.2.1 wifi_config_t
typedef struct {
unsigned int config_mask;
#define CFG_MASK_SLEEP (1 << 0)
#define CFG_MASK_CONNECT (1 << 1)
#define CFG_MASK_KEEPALIVE (1 << 2)
wifi_sleep_t sleep;
wifi_connect_t conn;
wifi_keepalive_t keepalive;
} wifi_config_t;

表6-1 wifi_config_t结构体成员

config_mask配置目标项掩码,使能或屏蔽目标项,例如全部配置则:config_mask = CFG_MASK_SLEEP|CFG_MASK_CONNECT|CFG_MASK_KEEPALIVE CFG_MASK_SLEEP:配置休眠参数 CFG_MASK_CONNECT:配置AP连接参数 CFG_MASK_KEEPALIVE:配置tcp keepalive参数
sleep休眠参数
connAP连接参数
keepalivetcp keepalive参数
6.1.2.2 wifi_sleep_t
typedef struct
{
unsigned int level;
#define WIFI_SLEEP_LIGHT 1
#define WIFI_SLEEP_DEEP 2
#define WIFI_SLEEP_ULTRA 3
unsigned int period;
union
{
/*
* gpioX_wake: 0---disable, 1---enable
*/
struct {
unsigned int gpio0_wake:1;
unsigned int gpio1_wake:1;
unsigned int gpio2_wake:1;
unsigned int gpio3_wake:1;
unsigned int gpio4_wake:1;
unsigned int gpio5_wake:1;
unsigned int gpio6_wake:1;
unsigned int gpio7_wake:1;
unsigned int gpio8_wake:1;
unsigned int gpio9_wake:1;
unsigned int gpio10_wake:1;
unsigned int gpio11_wake:1;
unsigned int gpio12_wake:1;
unsigned int gpio13_wake:1;
unsigned int gpio14_wake:1;
};
unsigned int wake_gpios;
};
} wifi_sleep_t;

表6-2 wifi_sleep_t结构体成员

level休眠等级 WIFI_SLEEP_LIGHT:浅睡 WIFI_SLEEP_DEEP:深睡,主要休眠模式 WIFI_SLEEP_ULTRA:超深睡,只有3/5/7/14号gpio可唤醒,目前不使用
period苏醒周期,有效数值33~~4000ms。WiFi周期性从休眠态醒来,检测AP是否有发给自己的数据缓存
wake_gpiosenable或disable可唤醒WiFi的gpio(WiFi侧gpio)
6.1.2.3 wifi_connect_t
typedef struct
{
char ssid[EXT_WIFI_MAX_SSID_LEN + 1];
ext_wifi_auth_mode auth;
char key[EXT_WIFI_MAX_KEY_LEN + 1];
unsigned char bssid[EXT_WIFI_MAC_LEN];
ext_wifi_pairwise pairwise;
} wifi_connect_t;

表6-3 wifi_connect_t结构体成员

ssidAP名称
auth认证类型 EXT_WIFI_SECURITY_OPEN EXT_WIFI_SECURITY_WEP EXT_WIFI_SECURITY_WPA2PSK EXT_WIFI_SECURITY_WPAPSK_WPA2PSK_MIX EXT_WIFI_SECURITY_WPAPSK EXT_WIFI_SECURITY_WPA EXT_WIFI_SECURITY_WPA2 EXT_WIFI_SECURITY_SAE EXT_WIFI_SECURITY_WPA3_WPA2_PSK_MIX EXT_WIFI_SECURITY_UNKNOWN
KeyAP密码
bssidAP bssid,一般为AP mac地址
pairwise加密类型 EXT_WIFI_PARIWISE_UNKNOWN EXT_WIFI_PAIRWISE_AES EXT_WIFI_PAIRWISE_TKIP EXT_WIFI_PAIRWISE_TKIP_AES_MIX
6.1.2.4 wifi_keepalive_t
typedef struct
{
unsigned char svrip[16];
unsigned short svrport;
unsigned short tcp_keepalive_time;
unsigned short tcp_keepalive_intvl;
unsigned short tcp_keepalive_probes;
unsigned short heartbeat_intvl;
unsigned short heartbeat_probes;
} wifi_keepalive_t;

表6-4 wifi_keepalive_t结构体成员

svripserver端ip地址
svrportserver端端口号
tcp_keepalive_timeTCP层keepalive心跳包常规发送周期,秒
tcp_keepalive_intvlTCP层keepalive心跳包无回应之后新的发送周期,秒
tcp_keepalive_probesTCP层keepalive心跳包无回应计数超过该阈值之后,判断TCP连接异常,断开重连
heartbeat_intvl应用层心跳包发送周期,秒
heartbeat_probes应用层心跳包无回应计数超过该阈值之后,判断socket连接异常,断开重连

6.2 sleep接口

int kd_wifi_sleep(void) 控制WiFi进入休眠,休眠相关参数在config API当中设置。

7.wifi功能限制

AiW4211LV10芯片为单频wifi芯片,不支持ap和sta同时共存,当ap启动时固定在某一信道,再起sta的话sta会在不同的信道上扫描,此时ap就会断连。 当通过sdio传入conf为错误配置时,AiW4211LV10会显示sta连接ap失败 串口打印 please reset conf,此时可通过iotwifi_cli传入新的正确的conf。 当通过client传入sta错误配置时,wifi从ap会切换到sta模式,AiW4211LV10会显示sta连接ap失败 串口同样打印please reset conf,由于sta与ap不能同时共存,这时wifi芯片会从sta切换到ap模式重新起tcp server ,sta需要重新连接ap,作为client重新接入。