我們的物聯網產品所使用的平臺都支持無線通訊，而且無線通訊本身更的成本較低，受到大家的歡迎。在本篇文章中，我們將詳細討論并實現ESP8266無線通訊模塊的驅動。

1 、功能概述

ESP8266是由樂鑫公司出品的一款物聯網芯片，因為價格較低，性能穩定等收到很大關注。

該芯片可工作于三種WIFI模式下，分別是：station模式，AP模式以及混合模式，通過AT指令進行控制，顯影的指令格式為：AT+CWMODE=mode。mode的取值決定設定的模式：

當mode為1時，ESP8266工作于station 模式：ESP8266 模塊通過路由器連接互聯網，手機或電腦通過互聯網實現對設備的遠程控制。

當mode為2時，ESP8266工作于softAP 模式：ESP8266 模塊作為熱點，手機或電腦直接與模塊連接，實現局域網無線控制。

當mode為3時，ESP8266工作于softAP + station模式：兩種模式的共存模式，即可以通過互聯網控制可實現無縫切換，方便操作。

ESP8266擁有2種傳輸模式，即正常模式和透傳模式。而傳輸模式的配置也是采用AT指令，具體格式為：AT+CIPMODE=mode。其中mode 取值0時，為普通傳輸模式；而mode 取值1時，為透傳模式，僅支持TCP單連接和 UDP固定通信對端的情況。在正常模式下，每次發送數據前都必須先發送指令AT+CIPSEND=param。而在透傳模式下，我們就不需要在每次發送數據前都發送指令AT+CIPSEND=param了，只需要發送一次AT+CIPSEND，之后發送的所有內容全部當成是數據了。但這又存在一個問題，我們想要發送命令該如何呢？那么就需要發送數據"+++"來退出透傳模式。

ESP8266有幾種不同的使用方式，最為常見的就是使用AT指令進行操作。ESP8266的AT指令分為基礎AT指令、WiFi功能AT指令和TCP/IP相關AT指令3個方面。這些指令從使用功能上講可分為4類：

按照相應的格式發送不同的AT指令就可以實現ESP8266的數據通訊了。

2 、驅動設計與實現

ESP8266無線通訊模塊是常用的通訊模塊，我們已經描述了其功能及通訊方式，接下來我們將設計并實現其驅動程序。

2.1 、對象定義

在使用一個對象之前我們需要獲得一個對象。同樣的我們想要ESP8266無線通訊模塊就需要先定義ESP8266無線通訊模塊的對象。

2.1.1 、對象的抽象

我們要得到ESP8266無線通訊模塊對象，需要先分析其基本特性。一般來說，一個對象至少包含兩方面的特性：屬性與操作。接下來我們就來從這兩個方面思考一下ESP8266無線通訊模塊的對象。

先來考慮屬性，作為屬性肯定是用于標識或記錄對象特征的東西。我們來考慮ESP8266無線通訊模塊對象屬性。我們考慮到ESP8266的WIFI模式以及數據傳輸模式決定了其工作方式，在使用過程中有時我們也需要了解這兩個模式的配置是什么，所以我們將其作為對象的屬性已記錄這兩個模式配置。我們每一個ESP8266對象都需要接收數據，所以要有一個接受緩存區，我們定義了一個結構體變量來作為對象接收緩沖區。

接著我們還需要考慮ESP8266無線通訊模塊對象的操作問題。我們想要使用ESP8266對象實現我們的功能，就需要發送命令或數據以及接收數據。串口接收數據我們一般使用中斷方式，所以定義了緩沖區，不再需要特定的操作。串口發送消息需要實現，但這依賴于具體的硬件平臺，所以我們將其作為對象的操作。此外，我們使用串口通訊時，需要控制時序就離不開延時函數，而延時操作一般都依賴于具體的軟硬件平臺，所以我們將延時函數作為對象的一個操作。

根據上述我們對ESP8266無線通訊模塊的分析，我們可以定義ESP8266無線通訊模塊的對象類型如下：

/*定義ESP8266對象*/
typedef struct Esp8266Object {
 Esp8266CWModeType cwMode;    //WIFI模式
 Esp8266CIPModeType cipMode;   //傳輸模式，正常或透傳
 struct EspRxBuffer{
   uint8_t queue[Esp8266RxBufferLength];   //數據存儲隊列
   uint8_t lengthRecieving;               //正在接收的數據長度
   uint8_t lengthRecieved;                //已經接收的數據長度
 }rxBuffer;
 void (*SendData)(uint8_t *sData,uint16_t sSize);//數據發送函數指針
 void (*Delayms)(volatile uint32_t nTime);     //延時操作指針
}Esp8266ObjectObject;

2.1.2 、對象初始化

我們知道，一個對象僅作聲明是不能使用的，我們需要先對其進行初始化，所以這里我們來考慮ESP8266無線通訊模塊對象的初始化函數。一般來說，初始化函數需要處理幾個方面的問題。一是檢查輸入參數是否合理；二是為對象的屬性賦初值；三是對對象作必要的初始化配置。據此我們設計ESP8266無線通訊模塊對象的初始化函數如下：

/*ESP8266對象初始化*/
voidEsp8266Initialization(Esp8266ObjectObject *esp,    //ESP8266對象
                   Esp8266CWModeTypecwMode,    //WIFI模式
                   Esp8266CIPModeTypecipMode,  //傳輸模式，正常或透傳
                   char *wifiName,              //WIFI名稱
                  char*wifiPassword,          //WIFI密碼
                   ESP8266SendDataTypesend,    //發送函數指針
                   ESP8266DelaymsTypedelayms   //毫秒延時函數
                  )
{
 char cwjap[50];
 char cwsap[50];
 
 if((esp==NULL)||(send==NULL)||(delayms==NULL))
 {
   return;
 }
 esp->SendData=send;
 esp->Delayms=delayms;
 
 esp->cwMode=cwMode;
 esp->cipMode=cipMode;
 
 esp->rxBuffer.lengthRecieved=0;
 ClearReciveBuffer(esp);
 
 //設置工作模式 1：station模式   2：AP模式 3：兼容 AP+station模式
 if(Esp8266SendCommmand(esp,cwModeCmd[esp->cwMode],"OK",50)==Esp8266_TxFial)
 {
   return;
 }
 
 //讓Wifi模塊重啟的命令
 if(Esp8266SendCommmand(esp,"AT+RST","OK",20)==Esp8266_TxFial)
 {
   return;
 }
 
 esp->Delayms(3000);         //延時3S等待重啟成功
 
 if(esp->cwMode==Esp8266_StationMode)
 {
   sprintf(cwjap,"AT+CWJAP_CUR=\"%s\",\"%s\"\\r\\n",wifiName,wifiPassword);
   
   //讓模塊連接上自己的路由
   if(Esp8266SendCommmand(esp,cwjap,"OK",600)==Esp8266_TxFial)
   {
     return;
   }
   
   if(esp->cipMode==Esp8266_TransMode)
   {
     if(Esp8266EnterTrans(esp)==Esp8266_TxFial)
     {
       return;
     }
   }
   else
   {
     //=0：單路連接模式    =1：多路連接模式
     if(Esp8266SendCommmand(esp,"AT+CIPMUX=0\\r\\n","OK",20)==Esp8266_TxFial)
     {
       return;
     }
   }
 }
 else if(esp->cwMode==Esp8266_SoftAPMode)
 {
   sprintf(cwsap,"AT+CWSAP_CUR=\"%s\",\"%s\"\\r\\n",wifiName,wifiPassword);
   
   //設置模塊的WIFI名和密碼
   if(Esp8266SendCommmand(esp,cwsap,"OK",600)==Esp8266_TxFial)
   {
     return;
   }
 }
 else if(esp->cwMode==Esp8266_MixedMode)
 {
   //尚未使用，有待添加
 }
}

2.2 、對象操作

我們已經完成了ESP8266無線通訊模塊對象類型的定義和對象初始化函數的設計。但我們的主要目標是獲取對象的信息，接下來我們還要實現面向ESP8266無線通訊模塊的各類操作。

對于ESP8266來說，發送命令主要是AT命令，這是與發送數據完全不同的操作，所以我們設計了一個專用于命令發送的操作函數。

/*ESP8266發送命令*/
static Esp8266TxStatusTypeEsp8266SendCommmand(Esp8266ObjectObject *esp,char *cmd,char *ack,uint16_ttimeOut)
{
 esp->SendData((unsigned char *)cmd, strlen((const char *)cmd));       //寫命令到網絡設備
 
 if(ack&&timeOut)
 {
   while(timeOut--)      //等待超時
   {
     if(ChecRecieveFinished(esp) == Esp8266_RxFinish)    //如果數據接收完成
     {
       if(strstr((const char *)esp->rxBuffer.queue,ack) != NULL)       //如果檢索到關鍵詞
       {
         ClearReciveBuffer(esp);
                           
         return Esp8266_RxSucceed;
       }
     }
             
     esp->Delayms(10);
   }
 }
 
 return Esp8266_TxFial;
}

而ESP8266在發送數據時，因發送模式的不同會有一定區別。在透傳模式下只需要發送數據就好了。而在普通模式下，需要先發送AT命令再發送發送數據。所以我們可設計數據發送函數如下：

/*ESP8266發送數據*/
void Esp8266SendData(Esp8266ObjectObject*esp,uint8_t *sData,uint16_t sSize)
{
 if(esp->cipMode==Esp8266_TransMode)
 {
   esp->SendData(sData,sSize);
 }
 else
 {
   char cmd[32];
 
   esp->Delayms(50);
   ClearReciveBuffer(esp);
   sprintf(cmd,"AT+CIPSEND=%d\\r\\n",sSize);
   
   if(Esp8266SendCommmand(esp,cmd, ">",1)==Esp8266_RxSucceed)     //收到‘>’時可以發送數據
   {
     esp->SendData(sData,sSize);
   }
 }
}

3 、驅動的使用

我們已經設計并實現了ESP8266無線通訊模塊的驅動程序。接下來我們將設計一個簡單的應用以驗證驅動的設計是否符合要求。

3.1 、聲明并初始化對象

使用基于對象的操作我們需要先得到這個對象，所以我們先要使用前面定義的ESP8266無線通訊模塊對象類型聲明一個ESP8266無線通訊模塊對象變量，具體操作格式如下：

Esp8266ObjectObjectesp;

聲明了這個對象變量并不能立即使用，我們還需要使用驅動中定義的初始化函數對這個變量進行初始化。這個初始化函數所需要的輸入參數如下：

Esp8266ObjectObject*esp, //ESP8266對象

Esp8266CWModeTypecwMode, //WIFI模式

Esp8266CIPModeTypecipMode, //傳輸模式，正常或透傳

char*wifiName, //WIFI名稱

char*wifiPassword, //WIFI密碼

ESP8266SendDataTypesend, //發送函數指針

ESP8266DelaymsTypedelayms //毫秒延時函數

對于這些參數，對象變量我們已經定義了。而WIFI模式與傳輸模式均為枚舉，根據實際情況選擇就好了。同樣WIFI名稱和WIFI密碼更具實際使用情況輸入，注意時字符串就可以了。最主要的是我們需要定義幾個函數，并將函數指針作為參數。這幾個函數的類型如下：

/*定義ESP8266數據發送指針類型*/
typedef void(*ESP8266SendDataType)(uint8_t *sData,uint16_t sSize);


/*延時操作指針*/
typedef void (*ESP8266DelaymsType)(volatileuint32_t nTime);

對于這幾個函數我們根據樣式定義就可以了，具體的操作可能與使用的硬件平臺有關系。實際上我們主要需要關注的是串口發送函數。具體函數定義如下：

/*串口數據發送*/
static void SendDataForEsp8266(uint8_t*txData,uint16_t length)
{
 HAL_UART_Transmit(&esp8266huart,txData,length,1000);
}

對于延時函數我們可以采用各種方法實現。我們采用的STM32平臺和HAL庫則可以直接使用HAL_Delay()函數。于是我們可以調用初始化函數如下：

/*ESP8266對象初始化*/
  Esp8266Initialization(&esp,                   //ESP8266對象
                    Esp8266_StationMode,    //WIFI模式
                    Esp8266_TransMode,      //傳輸模式，正常或透傳
                    wifiName,               //WIFI名稱
                    wifiPassword,           //WIFI密碼
                    SendDataForEsp8266,     //發送函數指針
                    HAL_Delay               //毫秒延時函數
                    );

3.2 、基于對象進行操作

我們定義了對象變量并使用初始化函數給其作了初始化。接著我們就來考慮操作這一對象獲取我們想要的數據。我們在驅動中已經將獲取數據并轉換為轉換值的比例值，接下來我們使用這一驅動開發我們的應用實例。

/*ESP8266數據通訊*/
void Esp8266DataCommunication(void)
{
 uint8_tsData[16]={0x10,0x01,0x02,0x03,0x04,0x05,0x06,0x07,0x08,0x09,0x0A,0x0B,0x0C,0x0D,0x0E,0x0F};
 
 Esp8266SendData(&esp,sData,16);
}

4 、應用總結

在這一篇中我們設計并實現了ESP8266無線模塊的驅動，并基于次驅動程序設計了一個簡單的驗證應用。測試結果是符合我們的預期的，說明我們設計的驅動沒有問題。

在使用驅動程序時需要注意，這一驅動只是實現了ESP8266的基本功能，所以要想實現更復雜的功能是可以在驅動基礎上擴展的。后續我們也會根據使用的需要進一步擴充驅動。當然這個驅動是基于AT指令來實現操作的，擴充這個驅動程序的功能也需要使用AT指令來實現。

本驅動程序在設計時，考慮使用串口中斷來接收數據，所以我們為對象設計了一個接收數據緩存結構。在設計應用時需在串口中斷服務函數中向緩存種添加數據。