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星期五, 11月 20, 2015

UART over Wifi by NodeMCU (Programming NavSpark via ESP8266)

動機

NavSpark是個包含GPS功能的Arduino相容版, 詳情請看我之前的網誌: NavSpark Mini初體驗 .
會選用這片做為Arduino, 想必會用到上面的GPS功能, 但麻煩的是, 每次coding燒錄完之後, 若要確定程式正確, 勢必得挑一個可以收到GPS訊號的地方. 我當然大可以帶著筆電和NavSpark去外面coding, 但在寒冷的晚上又要餵蚊子, 不是個很好的coding環境.

又或者我可以拉一個GPS天線到室內, 然後接上NavSpark的IPX接頭.


以上兩個方法似乎都不是很好的方式, 後來我想到UART X Wifi的方式, 這當然不是甚麼先進的想法, 一些天文觀測的同好早就用這樣的方式, 在室內/帳棚內輕鬆遙控寒冷星空下的望遠鏡.
但是這類的周邊通常都不太便宜(當然淘寶找可以便宜很多....), 若只是為了開發驗證用, 這樣的開銷划不來.

串列埠轉WIFI模組 UART to WiFi EM-380C(BB-MAXCHIP) NT$3,300
A06-0029 UART轉WIFI模組 NT$1890


剛好我手邊有片ESP8266 Wifi模組, 又具備UART的功能, 看來只要適當的設定就可以達到UARTx Wifi ! 而且這片ESP8266只花費百圓餘而已!



com0com/com2tcp

如果有兩張ESP8266, Wifi的細節由EPS8266內部處理掉是最理想的了, 可惜的是我手邊只有一片ESP8266可用...



透過com0com/com2tcp的方式, 可以省略掉USB-Serial, 但是需要多一個WIFI Adapter, 不過若是用NB, 應該不會缺乏WIFI Adapter.


本文是朝向使用com0com/com2tcp的方向規劃.
另外, com0com官網上的安裝檔附的驅動不含簽名, 在win7下是無法使用的, 建議可以改下載[1]或[2]的com0com安裝檔進行安裝.

NodeMCU

根據[3], ESP8266可以用AT Command/NodeMCU/原生SDK/Arduino等方法開發(WebSDK就不適用於這裡的用途了, IoT比較適合).
看來比較適合且不用花太多時間的就屬NodeMCU和Arduino, 其中NodeMCU是以script方式執行, 可以略過編譯及燒錄的冗長時間, 最後NodeMCU出線.

為了用上NodeMCU, 需要先將Node MCU Firmware燒錄到ESP8266, 可以參考[3]的說明操作.

Telnet Server

由於com2tcp支援telnet協定, 因此ESP8266端運行一個telnet server, 將接收到的訊息傳送到UART, 再將UART發出的訊息回送到telnet client, 如此就可以做到雙向溝通.
運行在NodeMCU上的telnet我是以[4]為基礎下去修改. 結果下面會提到.

首先NodeMCU將init.lua及wifi.lua設定為以下內容:

--init.lua
dofile("wifi.lua")
--wifi.lua
print("set up wifi mode")
wifi.setmode(wifi.STATION)
wifi.sta.config("skyforce","0913679376")
 --here SSID and PassWord should be modified according your wireless router
wifi.sta.connect()
tmr.alarm(1, 1000, 1, function() 
    if wifi.sta.getip()== nil then 
        print("IP unavaiable, Waiting...") 
    else 
        tmr.stop(1)
        print("Config done, IP is "..wifi.sta.getip())
        --dofile("yourfile.lua")
    end 
 end)

telnet server的script如下,  但不建議一開始就放在init.lua直接執行, 因為執行script後, UART會直接轉向telnet, 因此NodeMCU無法再透過UART被操作, 等於NodeMCU會變成磚(只剩下UART轉Wifi的功能), 除非重燒韌體.

所以請先用手動執行的方式, 確認整個環節都打通了, 再把telnet server script放到init.lua讓他開機自動執行.
telnet.lua[4]:
--simple_telnet.lua
baudrate = 115200
telnet_port = 23
uart.setup( 0, baudrate, 8, 0, 1, 0 )

s=net.createServer(net.TCP,60) 
s:listen(telnet_port ,function(c) --c : net.socket module
   --send 
   function s_output(str) 
      if(c~=nil) 
         then c:send(str) 
      end 
   end 
   --node.output(s_output, 0)   -- re-direct output to function s_ouput.
   uart.on("data", 0, s_output, 0) 

   --receive
   c:on("receive",function(c,l) 
      --node.input(l)           -- works like pcall(loadstring(l)) but support multiple separate line
      uart.write(0,l)
   end) 

   -- disconnect
   c:on("disconnection",function(c) 
      node.output(nil)        -- un-regist the redirect output function, output goes to serial
   end) 
end)
若要NodeMCU開機時就啟動telnet server, 將init.lua改為:
--init.lua
dofile("wifi.lua")
dofile("telnet.lua")


com0com/com2tcp的設定

com0com照預設的方式安裝好, 並不需要額外的設定. 只要記得com0com的兩個COM port即可.



com2tcp則按照下面的參數執行
com2tcp --baud baudrate \\.\com##  ip port
baudrate的部分照NavSpark UART的baudrate去設定即可, NavSpark mini的UART預設為115200, 因此我也設定在115200, 但115200用來燒錄其實很慢.
com##則要看com0com安裝時配給的com來決定, 依照我的環境設定COM16, 而COM15提供給Arduino或GNSS Viewer燒錄用.
ip則填入NodeMCU跟ap所取得的ip.
port則按照telnet標準port為23.

GNSS Viewer燒錄問題

GNSS Viewer燒錄時可以改變原本的baudrate, 縮短燒錄時間, 但這一招用在UART x Wifi似乎行不通, 比較可能的解釋是這樣的:

在原本的架構下, GNSS Viewer通知NavSpark改變baud rate, 然後comA接著更改到相同的baud rate, 兩邊就可以用新的baud rate繼續溝通



但是當我們採用Wifi的方式燒錄,  架構中共有三個UART設定, GNSS Viewer可以改變UART1, NavSpark也改變了對應的baud rate, 但是com2tcp對應的UART2及ESP8266對應的UART3卻沒有跟著改變, 因此整個UART並沒有用相同的baud rate去運行, 因此整個baud rate改變的機制無法正常運作.



暫時想不到解決方法, ESP8266或許可以攔截UART訊號去改變baud rate, 但是com2tcp該怎麼作到動態改變baud rate我就不知道了. 目前最快的方式, 可能是直接將UART1/2/3的baud rate設高一點縮短燒錄時間.

com2tcp若不開啟 baud rate emulation, 是可以不用care baud rate設定, 參考自這裡. 因此UART2的設定可以don't care.




[參考]

[1]Com0Com v3.0.0.0 utility for W7 x64 platform, signed driver.
[2]Com0Com v3.0.0.0 utility for W7 x86 (32bit) platform, signed driver.

星期三, 8月 26, 2015

NavSpark Mini初體驗


NavSpark是之前在indiegogo上集資成功的專案, 成品是Arduino+GPS, 32bit mcu, 並且體積相當小(大概就Arduino Nano的大小)

之後出了一片NavSpark mini, 是NavSpark的相容版, 硬體規格一樣, PCB更小, 當然pin out也比較少, 但是一些小專案應該夠用了, 而且還是內建GPS receiver (但是天線要外接)
現在原廠在推廣NavSpark mini, 索取一片只需要運費9usd, 非常划算.
我週五下單, 隔周三就到貨, 收的是國際運費, 但是用的是本地快遞(新竹寄到新竹), 就當作用運費贊助這間公司了(有附發票XD).



收到貨後有兩片PCB, 分別是NavSpark mini主板以及USB-UART轉板, 這片轉板是走Android手機常用的micro USB而非mini USB, 電平3.3V, 接上吃3.3V的NavSpark mini的剛剛好.
若是用自己的USB-UART轉板, 就要特別注意電壓的部分, 免得把NavSpark mini燒了

接著就是準備開發環境, 首選當然是Arduino IDE, 但是Arduino IDE原生是不支援NavSpark mini的, 你有兩種選擇:
  1. 從NavSpark官網下載支援的Arduino IDE 1.5.6 載點
  2. 從Boards Manager下載NavSpark的支援 NavSpark原廠說明
第一種我啟動不了, 第二種我可以用, 就懶得管第一種發生甚麼問題了...

按照原廠接線圖接好, 就可以用Arduino IDE燒錄了.
剛玩了一下就出問題, 怎麼樣都燒不進去



爬文之後才發現, NavSpark mini是可以選擇要不要燒GNSS library進去的(Global Navigation Satellite System).

如果燒錄時選擇不要GNSS library, 就不會有boot-loader(所以boot-loader是放在GNSS library裡面的....), 那下一次就無法讓Arduino IDE直接透過USB做燒錄的動作.
(我不懂這樣的邏輯是甚麼, 誰說不要GNSS就用不到boot-loader? )

The Non-GNSS library does not have boot-loader code within, thus program compiled with Non-GNSS library needs to run from recovery ROM mode to load code

NavSpark的boot方式有ROM Mode以及Flash Mode,  對應mcu韌體的載入來源.
如果沒有燒boot-loader到Flash, 就只能改用ROM Mode還原boot-loader,
為了改用ROM Mode, NavSpark mini的BOOT_SEL就身負這樣的重責大任

BOOT_SEL: Default unconnected, internally pulled-high, Venus822A runs program from internal Flash memory. Whenconnected to GND, Venus822A runs program from internal ROM memory. When improperly written user code hangsthe system, it would be necessary connect BOOT_SEL to GND and recover from ROM mode to load corrected code.
所以short BOOT_SEL到GND, 就可以讓NavSpark mini從ROM memory拉回原本預先燒好的code, 當然boot-loader也包含在內, 只要遵循以下的步驟:

1. Connect BOOT_SEL pin to GND to run program off internal ROM memory.
2. Check state of GPIO4 and GPIO5, these two pins determine baud rate used for UART1 (USB) communication when
booting from internal ROM memory. See next section on how to set command and code upload baud rate to use
for Arduino IDE in case GPIO[5:4] connected to differ from default 2’b11.
GPIO[5:4] = 2’b00 for 9600
GPIO[5:4] = 2’b01 for 4800
GPIO[5:4] = 2’b10 for 38400
GPIO[5:4] = 2’b11 for 115200 (default)
3. Press the reset button and release it to restart the LEON3 processor.
4. Use Arduino IDE to do the code upload procedure with the correct binary code.
5. Once code upload completes, disconnect BOOT_SEL from GND to run from Flash memory, press the reset button
and release it to restart.

到此應該可以正常燒錄了?!
其中標示紅色的第二步驟最為重要, 由於GPIO4/5決定ROM Mode的baud-rate, 在不設定的狀況是被認定為接地的, 所以預設的baud-rate會是9600, 用Arduino IDE因為baud-rate設定不同事無法燒錄的.
因此需要在未上電的狀況下, 將GIPO4/5接在3.3V再上電, 確保GPIO[5:4]是在高電位讓baud-rate設定在115200bps.
若已經上電再去接GPIO4/5後reset是沒有效果的.

如果用不到GNSS library, 這樣每次燒錄就是要不斷的short BOOT_SEL, reset... 燒錄....
如果不差GNSS library佔掉的記憶體的話, 我看燒錄還是直接放GNNS library進去吧...

[附註] NavSpark Error code對應的意義(參考這裡):
1 - Can't open firmware binary file.
2 - Parameter error, unsupported baud rate.
3 - Can't open COM port.
4 - Sent download command but receive no ACK response
6 - Loader program sent binary file size command but receive no ACK response
7 - Sent firmware in 8KByte block but receive no ACK response
8 - No END command received, denoting Flash checksum error

[資源]

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