前言:
Pico W 作為 Raspberry Pi Pico 的衍生版本,主要增加了無線通信的功能,通過搭載 CYW43439 無線芯片,支持 2.4 GHz Wi-Fi 4 及藍牙5.0 ,其余和 Raspberry Pi Pico 基本相同,外部引腳也相互兼容。
也可以參考我之前文章中介紹的使用 Clion 搭建開發調試下載環境,同樣適用。這里需要注意的一點是,當你首次燒錄使板載 LED 閃爍的程序時,開發板可能沒有相應的現象,這可能不是你下載失敗了,也不是你的開發板是壞的,而是 Pico W 的板載 LED 由無線模塊控制
準備工作
開發環境搭建完成后,接下來就可以根據樹莓派官方的 SDK 和 Example 調一調程序,逐漸梳理清楚邏輯和各模塊之間的依賴關系。例如先運行一個最簡單的 Wi-Fi scan 的示例程序,其主要邏輯是先 cyw43_arch_init() 初始化模塊,再通過 cyw43_arch_enable_sta_mode() 使能為 STA 模式,最后使用cyw43_wifi_scan() 開始掃描并注冊掃描完成回調函數打印掃描結果,整體的邏輯和 API 還是很簡潔明了的。
開始開發
主要有以下三種類型:poll , threadsafe_background, freertos 。poll 是需要用戶定期調用的,并且不保證線程安全性;threadsafe_background 和 freertos 能夠保證線程安全性,threadsafe_background 不使用 RTOS,通過低優先級的 ISR 實現調度同步,freertos 是通過專門的線程處理調動同步。
一開始我選擇的是基于 threadsafe_background 進行開發,通過參照以上 Cmake 關系圖很快就成功在 RT-Thread 的 Bsp 中復現了 Wi-Fi scan 示例程序。但是開發后續需要使用 lwip 的功能時,與 RT-Thread 就產生了很多沖突。
想要更好的適配 RT-Thread 還是得按照 RTOS 的來,于是開始復現官方提供的基于 FreeRTOS 的,首先想到的是使用 RT-Thread 的 FreeRTOS 兼容層軟件包,在 menuconfig 中使能即可:
引入兼容層后大部分報錯消失了,但報錯沒有 portCHECK_IF_IN_ISR 的相關實現,在 FreeRTOS 的源碼中查找發現其為 RP2040 特有的實現。其是用于判斷上下文環境是否處于中斷中,改為 RT-Thread 中的檢測中斷 nest 是否大于 0 即可。
成功編譯下載程序后,卻因為定時器進入了 hardfault ,檢查發現 FreeRTOS 兼容層中的 portMAX_DEALY 對接錯了,不是 RT_TICK_MAX ,應該為 RT_TICK_MAX / 2 - 1(韋東山老師在rtt開發者大會上專門講解過 RTT 優雅的定時器算法,感興趣可以看看)這個問題目前已經修復了。
之后程序還是進入 hardfault ,一直 debug 對比代碼沒有發現問題,再次分析對比 FreeRTOS 和 RT-Thread 之間的差異,兩者的優先級等級和數值的關系是相反的,檢查發現 async_context_task 線程的優先級為 tskIDLE_PRIORITY + 4 在 FreeRTOS 中優先級比空閑線程高4,但在 RT-Thread 中因為優先級太低,得不到調度,造成死鎖問題。解決辦法是將其線程優先級提高。
移植 RT-Thread
以上的示例程序跑通以后,就開始將 wifi freertos 的相關的文件移植為 RT-Thread 。主要包含以下內容:
替換頭文件:
用 RT-Thread 的頭文件替換 FreeRTOS 的頭文件。
修改任務創建和管理:
使用 RT-Thread 的任務創建和管理 API 替代 FreeRTOS 的任務 API。
注意 RT-Thread 的任務入口函數參數和返回值的差異。
修改互斥鎖:
替換 xSemaphoreCreateRecursiveMutex 為 RT-Thread 提供的互斥鎖創建 API。
替換 xSemaphoreTakeRecursive 和 xSemaphoreGiveRecursive 為 RT-Thread 互斥鎖的 API。
替換定時器:
使用 RT-Thread 的軟定時器或者實時時鐘服務替代 FreeRTOS 定時器。
任務通知:
替換 FreeRTOS 的任務通知 API 為 RT-Thread 的事件和信號量等。
任務掛起和喚醒:
替換 FreeRTOS 的 vTaskSuspend 和 vTaskResume 為 RT-Thread 的任務掛起和喚醒 API
主要涉及 async_context_rtthread,cyw43_arch,cyw43_arch_rtthread,lwip_rtthread這些文件,基礎的移植完成后,就可以開始將其對接到 RT-Thread 的 Wi-Fi 設備驅動框架了,主要參考 rw007 和 cyw43012-RTT 的對接。需要使能 RT-Thread 的 lwip 和 SAL 等組件。
需要注意的一點是 RT-Thread 的 lwip 組件使能后,已經包含了 lwip 的初始化,cyw43_arch_init() 中的 lwip 初始化相關注釋即可,否則重復初始化會因為完成量無法獲取造成阻塞。
#if CYW43_LWIP
// ok &= lwip_rtthread_init(context);
#endif
// 重復初始化信號量無法獲取造成阻塞
bool lwip_rtthread_init(async_context_t *context) {
RT_ASSERT(!lwip_context);
lwip_context = context;
static bool done_lwip_init;
if (!done_lwip_init) {
done_lwip_init = true;
rt_sem_t init_sem = rt_sem_create("lwip_init_sem", 0, RT_IPC_FLAG_PRIO);
tcpip_task_blocker = rt_sem_create("tcpip_task_blocker", 0, RT_IPC_FLAG_PRIO);
tcpip_init(tcpip_init_done, init_sem);
// 阻塞在信號量獲取
rt_sem_take(init_sem, RT_TICK_MAX / 2 - 1);
rt_sem_delete(init_sem);
} else {
rt_sem_release(tcpip_task_blocker);
}
return true;
}
運行過程中可能會報錯提示 lwip 線程??臻g不足,在 menuconfig 中適當改大即可
對接完成后測試功能,使能為 STA 模式,日志中顯示 mac 地址
掃描附近ap
連接ap并成功ping通
測試ap功能,使能為AP模式,設置名稱及pwd,可以使用手機成功連接。
注意事項
使用pico w的無線模塊需要使用一些相關的宏定義,如無線模塊的引腳定義等,其定義在 picow.h 中。但程序默認包含的是 pico.h 。可以通過定義宏 PICO_CONFIG_HEADER=boards/pico_w.h 進行切換。
吞吐量還未進行測試。
目前基于 C/C++ SDK 的開發案例較少,推薦直接閱讀官方文檔。
在對接設備驅動框架 wifi_join 方法時苦惱于 ap 的 channel 和 bssid 沒有正常傳遞,查看源碼發現使能 RT_WLAN_JOIN_SCAN_BY_MGNT
這個宏可以先掃描ap,并傳遞包含 channel 和 bssid 的 info,但要將以下改為rt_memcpy
個人理解,沒有找到其他的說明和用例。(不過最后發現,連接ap沒有 channel 和 bssid 也行,直接設置為 RT_NULL )
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