概述

本实验基于WIFI模组实现智慧农业案例，实现实时数据采集，实现命令下发和响应，实现端云互通。实验目的包括：

• 掌握Wifi通信方式的配置。
• 掌握智慧农业案例的开发过程。
• 掌握Wifi+DTLS+PSK接入华为云物联网平台的方法。
• 了解LiteOS以及DTLS的裁剪，避免板卡Flash不足以存储编译结果。
• NB-IoT模组通过串口与主板MCU以AT指令交互，wifi模组也是。

@NOTE
转载请标明出处，https://blog.csdn.net/quguanxin/category_12929470.html

@HISTORY
从本实验开始，我将放弃使用LiteOS Stduio集成开发环境，转而使用新构建的 GitBash+GCC+CortexDebug 集成开发环境。在原本的计划里头，本文是要探寻LwM2M/CoAP与AT指令、Wifi、NB-IoT之间的关联，但实际上并没有，因为我遇到了其他困难。我原本以为在智慧农业NB-IoT实验基础上，Wifi实验过程会很顺利，但事与愿违。在编译阶段，启用DTLS模块后，遇到了程序大小超过Flash总额的问题。在平台接入阶段，由于错把设备ID当做设备标识码使用，导致接入平台失败。为了分析和解决上述问题，延伸多写了其他几篇文章。

WIFI8266 通信模组

WIFI8266通信模块是小熊派开发板用于通过Wi-Fi传输数据的通信扩展板，板载乐鑫 ESP8266 Wi-Fi通信模组。

WIFI模组也用AT指令？

从学习华为云物联网开始，这可能是我给自己挖的最大的坑，我一直以为AT指令是NB-IoT通信下的一种特有的指令，可现在来看，WIFI通信模组也是要使用AT指令的。那么，我们不得不重新来审视什么是AT指令？

AT指令绝非仅限于NB-IoT，而是贯穿各类通信模组（WiFi、4G蓝牙等）的通用控制协议，堪称物联网设备的 “神经系统语言”。
AT是"Attention"的缩写，历史遗留术语，它起源于很久以前，NB-IoT只是其后来的一个受益者而已。它在1981年由Hayes公司设计，用于调制解调器拨号控制（如ATDT拨号），通过文本化命令实现对通信模块的操控，隔离底层硬件差异，使主控MCU无需理解复杂射频协议。其本质是通过ASCII字符串控制通信模组的协议，实现设备与模组间的交互。

3GPP TS 27.007，定义基础指令如 AT+CSQ（信号强度），不是只指针对NB的，而是覆盖蜂窝网络，也包含4G/5G 等。但是 Wi-Fi 不在3GPP规范范围内，其AT指令由各芯片厂商（如乐鑫ESP8266）自行定义。虽无全球统一标准，但厂商也常会参考3GPP语法，采用类似格式，如，AT+CWJAP（连接Wi-Fi）、AT+CWSAP（创建热点）等指令。只是格式差不多，指令名不一样，

小熊派社区，扩展板资料中也有 <ESP-12F（ESP8266） AT指令使用示例.pdf> 等可以下载参考。在小熊派开发板这个场景下，AT指令是主板（MCU）与通信模组之间的控制语言，用于操控模组底层行为。

ESP8266 内置协议栈?

ESP8266 模块是有独立运行能力的哈，这点一定要提前意识到。
其内部集成Tensilica L106 32位微控制器，自带Flash存储，可直接运行固件。该固件包含完整的 LwIP 协议栈，支持 IPv4 的TCP、UDP、HTTP 等常见协议。ESP8266 扩展板仅通过 UART/TX/RX引脚 与主板通信，主板仅需实现串口数据传输，不参与任何协议处理。主板（如STM32）仅需通过UART串口发送AT指令控制ESP8266，例如，AT+CIPSTART=“TCP”,“192.168.1.100”,8080 建立TCP连接。
进一步的，这意味着什么呢？我们不需要在主板程序中启用LWIP协议栈，这将会减少很多的一笔开销。
需要注意的是，ESP8266模组并不内置LwM2M客户端，
如前文所述，其内置LwIP TCP/IP协议栈，支持基础网络通信，但并无内置LwM2M/CoAP这种更上层的应用层协议。在理论上，Wifi模组可以通过OpenCPU/SDK可集成CoAP/LwM2M，但需开发者手动实现，且资源占用较高。

支持的无线网络模式

ESP8266 Wi-Fi扩展板（如小熊派开发板所用）支持三种主要无线网络模式：
Station（STA）模式SoftAP（AP）模式STA+AP混合模式。这些模式决定了模块如何与其他设备或网络交互，适用于不同物联网场景。

Station (STA) 模式 - 客户端角色，
源自 IEEE 802.11（Wi-Fi）标准术语，指连接到无线网络的终端设备，如手机、笔记本电脑。你的手机连接家里路由器时，手机(相关通信模组)就是 Station，哈哈，这里的Station其含义车站的乘客，不是车站，AP才是车站，互联网算是动车高铁吧。当扩展板处于此工作模式时，它就相当于你的手机一样，去链接你家的路由器。该角色下的设备，会包含扫描可用网络、发起认证连接（向AP接入点的认证请求）、获取IP地址（DHCP客户端）等技术行为。

Access Point (AP) 模式 - 服务端角色，
IEEE 802.11 标准定义的无线网络接入点，即提供Wi-Fi信号的设备，如，路由器。也就是说扩展板可以像我们家路由器那样，做为网络的创建者和服务提供者，主动广播SSID创建无线网络、为STA设备分配IP、路由数据，组件本地局域网。该角色下的设备，会有，广播信标帧、宣告网络存在，认证连接请求（如WPA2-PSK握手），作为DHCP服务器分配IP地址，等技术行为。SoftAP 区别于硬件AP（专用路由器芯片），其通常是资源受限的，具有临时性，通常用于特定场景（如配网），在早期家用无线摄像头配置方案里确实见过。

MCU通过串口与模组交互

在<IoT/透过oc_lwm2m和at源码，分析NB-IoT通信模组和主板MCU之间的通信过程和工作机制> 文中，我们已经从软件源码层级上，分析论证了NB-IoT模组与主板MCU之间是通过串口进行通信的。那么ESP8266同样依赖UART传输AT指令和数据吗？首先，答案是肯定的。但在本文我们先不急着从软件实现层次上去分析这个事情。因为看看硬件原理图，一切就不容狡辩。实锤。

Wifi/ESP8266通信模组原理图，

NB-IoT通信模组原理图，

如上，无论是WiFi或NB-IoT通信模组，都具有串口Rx/Tx通信管脚导出，用于和主板进行串口通信，交互AT指令和数据。

Wifi模组做客户端

在我们的实验5-Wifi智慧农业，中 ESP8266，其工作在客户端模式。

PC-AT接入路由器

其实一开始，我不知道ESP8266这东西还能用PC-AT指令接入接力的路由器，我是在看了一会源码后才发现的。 <ESP-12F（ESP8266） AT指令使用示例.pdf> 等手册可以从文中连接下载。接下来，我们根据手册内容，进行些简单实验。与NB-IoT-AT指令的PC实践一样，拨码开发要拨到PC侧，但是这里的波特率是115200，不与PC-AT一样了哈。

//设置模组为客户端模式
AT+CWMODE=3
//固件中是纯字符串解析，相当脆弱，一定要注意不要在任何地方不要乱加空格
AT+CWJAP="HUAWEI-IoT","1xxxxxxxxx2+"

建立TCP连接，

这里还闹腾了乌龙。早期我使用Wifi代码连接到平台的实践中，我连接的是家里凌霄路由器的客人WIFI，当时我是实验成功的。现如今用PC-AT指令实验，依据ESP8266的AT指令手册，使用网络助手在本地创建TCP服务端，使用AT指令控制ESP8266建立TCP连接，结果总是连接不上。我关闭了防火墙、禁用了所有其他网络适配器，依然不行。但是当我切换到正常的WIFI网络时，我就可以ping通了。当然，关闭防火墙或进行更细粒度的策略配置，肯定是必要，否则你肯定是ping不通的。至于为啥客网在PC-AT指令实现时，存在不通，可能这是凌霄Q6独有策略吧，我没再深究，没有那个时间。

向本地TCP服务发数据

//查询模组的IP地址
AT+CIFSR
//测试从模组到PC主机的可达性
AT+PING="192.168.155.10"
//连接到本地TCP服务
AT+CIPSTART="TCP","192.168.3.7",62100
//数据发送/发多了会被截断哈
AT+CIPSEND=4

如下图，我们发送 CSDN_DAHE_QU 多个字符，最终实际发送4个字符成功.

我们前文提到过，ESP8266也是用AT指令与MCU通信的，看到上述CIPSTART、CIPSEND等指令，去源码里搜一下就豁然开朗了。

用代码接入你家路由器

首先在.config配置中，修改CONFIG_ESP8266_SSID和CONFIG_ESP8266_PWD的值，为你家的Wifi名称和密码。这两个宏定义会在 ESP8266 驱动程序中使用，并最终作为 esp8266_joinap 函数的输入参数，具体过程如下，

//宏重命名
#define WIFI_SSID                 CONFIG_ESP8266_SSID  //在.config模式下定义
#define WIFI_PASSWD               CONFIG_ESP8266_PWD   //在.config模式下定义
//使用上述宏作实参的函数实现
static bool_t esp8266_joinap(char *ssid, char *passwd) {char cmd[64];(void) memset(cmd,0,64);(void) snprintf(cmd,64,"AT+CWJAP_CUR=\"%s\",\"%s\"\r\n",ssid, passwd);return esp8266_atcmd(cmd,"OK");
}

通过上述函数实现可以看出来，底层通过调用扩展板的AT指令，完成扩展板与AP的链接过程。这里AT指令，可参见相关手册。在代码调试前，可以先基于PC上的AT指令测试上述连接过程。

已接入AP（你家Wifi）

这个过程挺顺利的。我在终端中配置的是Q6访客网的连接信息，在Q6的Web管理页面中，可以检索到扩展板连接情况。

平台侧开发

与实验-5/基于NB-IoT，使用相同产品模型和设备定义也是可以的。我们这里只重点再强调下设备注册中的设备秘钥配置问题。为了更好的说明一些问题，我们重新注册一个新设备，包括密码设置什么的，截图上都不打码，以更好的理解。

密码设置时，我坑了自己好几次了，哈哈，还每次都觉得自己理解无误。

上述红色告警信息有些不靠谱，自己与左侧提示信息就矛盾着。
首先，华为云IoT平台在创建注册设备时，似乎无法区分是否为NB设备。其次，你输入非16进制（0~F）字符，如H、J、Q等字符时，是无法通过输入检查的。上图右侧的告警，也很绕人。所谓1个十六进制字符，并不是字符串单字符的概念，如上0x00、0x99、0xAA 都只算是一个字符，即单字节8bit的16进制数据。是字节数据，不是字符数据，以A5为例，它可以使用0xA5这个单字节存储或传输，当然也可以使用0x41（‘A’）和0x35（‘5’）两个字节来存储或传输。

另外，已经验证过的一个问题是，
使用Wifi模组进行通信时，我们可以任意但唯一的指定设备标识码，不必一定是MAC。NB-IoT设备不行哦，只能是IMEI。

工程配置和编译

工程配置，并不复杂，基本可按照HCIP-IOT实验手册进行。编译过程中倒是遇到了不少的麻烦。

工程配置

修改.config中的串口波特率。将NB-IoT连接模式修改为WIFI模式，详情可参见具体源码，点击此链接下载即可。

CONFIG_UARTAT_BAUDRATE=115200
CONFIG_TCPIP_AL_ENABLE=y
CONFIG_ESP8266_ENABLE=y
CONFIG_ESP8266_SSID="HUAWEI-IoT"
CONFIG_ESP8266_PWD="135836xxx02+"
CONFIG_DTLS_AL_ENABLE=y    //记得打开
CONFIG_MBEDTLS_ENABLE=y    //记得打开
CONFIG_MBEDTLS_PSK=y       //记得打开
CONFIG_OCLWM2M_ENABLE=y
CONFIG_OCLWM2MTINY_ENABLE=y

编译不过

开启上述DTLS三联配置后，编译报错，说是Flash溢出了，即Flash存不下编译生成的elf可执行文件了，

小熊派开发板使用的STM32L431RCT6，其片内Flash只有256K，确实不大。通过芯片手册，或小熊派官网可以查询到，

为了验证编译器报错是否靠谱，我们先造个假，欺骗下编译器。我们修改在 LiteOS_Lab_HCIP\targets\STM32L431_BearPi\GCC 目录下的 os.ld 配置文件，临时设置Flash为512K，重新编译。

被欺骗的编译器是可以通过编译的。左侧是启用DTLS前的编译结果，

启用DTLS后，作为编译结果的程序大出来68000字节，约合65KB字节，为什么DTLS这么耗费存储呢？是源码中开启的模块宏，如一些调试和日志模块。包括底层LiteOS的一些暂时不用的模块，都开启了。需要裁减，但是这很费心神，愁得慌啊真是。我当时先的办法，
0、裁简DTLS模块。（LiteOS我还不是特别熟，可能裁减不好，DTLS我试了试，各个细枝末节有关联，也没有参考）
1、不使用DTLS，退回到不安全模式。 (后记/应该确实不支持了)
2、是使用外扩展的Flash，来存放程序。（这不简单啊）
3、放弃使用小熊派开发板，转而使用Flash更大的芯片或板子。（太贵了）

哎，每个都不简单啊。好在天无绝人之路，LiteOS中的Wifi示例程序，尽然裁减的不错，可以满足编译呢。使用小熊派提供的示例程序，
…\bearpi-iot_std_liteos-master\targets\STM32L431_BearPi\Demos\oc_wifi_lwm2m_agriculture，结合自己的代码，结果如下，

WIFI连接参数

基于LiteOS lwM2M_al 的核心封装实现，在应用层看来，NB-IoT通信或基于Wifi通信是一致的，连设备接入流程的代码都是一致的，只是在接入参数配置上有所区别，这是真替用户考虑啊。应用层代码实现请参考 #<IoT/HCIP实验-5/基于NB-IoT的智慧农业实验（平台侧开发+端侧编码+基础调试分析）>#，本文只简单说说WIFI通信下的设备接入配置。

#define cn_app_pskid     "csdn_dahe_0528"
//#define cn_app_psk     "00112233445566778899" //这是错误的哈
const unsigned char  cn_app_psk[]={0x00,0x11,0x22,0x33,0x44,0x55,0x66,0x77,0x88,0x99,0xAA};
#define cn_app_psklen     10 //建议使用sizeof(cn_app_psk)static int app_report_task_entry() {...oc_param.app_server.address = CONFIG_APP_SERVERIP;oc_param.app_server.port = CONFIG_APP_SERVERPORT;oc_param.app_server.ep_id = CONFIG_APP_ENDPOIINT_ID;oc_param.boot_mode = en_oc_boot_strap_mode_factory;oc_param.rcv_func = app_msg_deal;#if 1 //CoAPS/DTLS加密oc_param.app_server.ep_id = cn_app_pskid;oc_param.app_server.psk = (char *)cn_app_psk;oc_param.app_server.psk_len = sizeof(cn_app_psk);oc_param.app_server.psk_id = cn_app_pskid;#endifret = oc_lwm2m_config( &oc_param);...
}

特别注意，特别注意，WIFI下的oc_param.app_server.psk，即cn_app_psk定义，与NB-IoT不同，不是使用字符串哈。

接入AP成功，IoTDA失败

异常分析，小熊派开发板使用Wifi通信扩展板，接入AP成功，但是连接平台失败，

[DEBUG][189183][registration_step:1382] [189][registration_step:1382] targetP Status: STATE_REG_PENDING
[DEBUG][189192][transaction_step:505] [189][transaction_step:505] Entering
[DEBUG][189199][lwm2m_step:767] [189][lwm2m_step:767] Final timeoutP: ld
[DEBUG][189206][lwm2m_step:769] [189][lwm2m_step:769] Final state: STATE_REGISTERING

小熊派开发板WiFi接入AP成功后连接华为云平台失败（状态卡在STATE_REG_PENDING和STATE_REGISTERING）。平台地址或端口配置已经在NB-IoT实验中进行过实验（后来发现这是病灶）。因此分析最可能导致上述问题的原因是，DTLS握手失败。

无可用加密套件

握手失败错误-0x6900通常因未启用CCM_C或PSK导致。


我在尝试自己裁减HCIP-IoT-Lab代码中的DTLS算法库时，曾经遇到以上问题，关键原因是无可用加密套件，或者是PSK与平台设置不一致，在后续的其他文章中，我们还会单独针对DTLS采集重新讨论。

成功接入平台

设备侧接入日志，

平台侧设备详情，