使用Ameba的WiFi模組連上網際網路

Posted on 3 月 31, 2016 in Realtek, Realtek Ameba, 單元, 教學文, 開放硬體, 開發主板

作者：曹永忠

智慧家庭的核心技術為網際網路，而連上網路最簡單的解決方案便是無線網路，所以如何讓Ameba來連接上網際網路，可說是一件非常重要的事，所幸Ameba開發板本身就內含WiFi無線網路模組，連網是一件非常簡單的事，本文要告訴讀者，如何簡單、快速、有效的連上網際網路。

Ameba WiFi功能

Ameba開發板是一塊支援Wi-Fi的微型化模組（RTL8711AF and RTL8195AM），內建 ARM Cortex-M3 CPU、記憶體，同時還配置了完整的無線網路協議，包含SSL硬體加速電路以及UART、 I2C、 SPI、PWM 、高速的 SDIO 接口……等各式序列介面，如下圖所示：

Ameba開發板模組一覽圖

Ameba開發板核心晶片－RTL8195AM規格

Ameba使用RTL8195AM為開發板核心晶片，其基本規格如下：

• 32-bit 166MHz ARM Cortex-M3 CPU
• 內建低功耗 802.11 b/g/n 2.4G 無線 Wi-Fi
• 內建NFC
• 介面支援：GPIO / PWM / SPI / I2C / ADC / DAC / UART
• Crypto HW engine：可做硬體加解密，支援 MD5/ SHA-1 / SHA2-256 / DES / 3DES / AES
• IC 本身有 512K RAM，另外模組包含 2M SDRAM / 16M bit flash

Ameba開發板規格

Ameba開發板具有強大的功能，內含WiFi上網的功能，功能十分完備，其下為開發板的基本規格：

• 與Arduino UNO開發版相容，可支援大多數 Arduino 擴充板(Shield)：如 DfRobot 的 LCD Keypad shield……等等
• 含一個 NXP LPC11U35 cortex-M0 IC，具備下列功能
  1. 不須使用 JLINK 可直接透過 USB傳入程式image檔
  2. 不須使用USB序列傳輸線，UART即可使用將訊息傳給開發用的電腦

Mac Address介紹

在許多無線網路的地方，由於安全性、保密性的因素，會採用權限管理，而最簡單、有效的方式，就是使用網路裝置的MAC Address，一般稱為「MAC」，每一個網路介面卡都有一個獨一無二的識別碼，這個識別碼是由六組16進位數字組成的物理位置（Physical Address），也稱為MAC（Media Access Control）Address。

這個位址分為兩個部分，前三組數字為Manufacture ID，就是廠商ID，後三組數字為Card ID，就是網路卡卡號，透過這兩組ID，我們可以在實體上區分每一張網路卡，理論上，全世界沒有兩張卡的MAC Address是相同的。

基於這個物理位址，就可以在網路上區分每一個裝置(電腦或網路產品)，將資料傳輸到正確的位址而不會搞混，其中，MAC Address 是 12 碼的 16 進位數字，每兩個數字中間就會有「-」或「:」間隔，例如：00-F1-EE-50-DC-92。

取得網路MAC資料

第一步就是要教讀者如何取得MAC資料，我們將Ameba開發板的驅動程式安裝好後，打開Ameba開發板的開發工具「Sketch IDE整合開發軟體」，撰寫一段程式，就可以透過Ameba Wifi模組取得MAC資料，取得之MAC資料測試程式如下表所示：

MAC資料測試程式載點

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取得MAC資料測試程式(CheckMac)

#include 

uint8_t MacData[6];



String MacAddress ;



void setup() {

  MacAddress = GetWifiMac() ;

    ShowMac() ;

 

}



void loop() { // run over and over

  

}



void ShowMac()

{

  

     Serial.print("MAC:");

     Serial.print(MacAddress);

     Serial.print("\n");



}









String GetWifiMac()

{

   String tt ;

    String t1,t2,t3,t4,t5,t6 ;

    WiFi.status();    //this method must be used for get MAC

  WiFi.macAddress(MacData);

  

  Serial.print("Mac:");

   Serial.print(MacData[0],HEX) ;

   Serial.print("/");

   Serial.print(MacData[1],HEX) ;

   Serial.print("/");

   Serial.print(MacData[2],HEX) ;

   Serial.print("/");

   Serial.print(MacData[3],HEX) ;

   Serial.print("/");

   Serial.print(MacData[4],HEX) ;

   Serial.print("/");

   Serial.print(MacData[5],HEX) ;

   Serial.print("~");

   

   t1 = print2HEX((int)MacData[0]);

   t2 = print2HEX((int)MacData[1]);

   t3 = print2HEX((int)MacData[2]);

   t4 = print2HEX((int)MacData[3]);

   t5 = print2HEX((int)MacData[4]);

   t6 = print2HEX((int)MacData[5]);

 tt = (t1+t2+t3+t4+t5+t6) ;

Serial.print(tt);

Serial.print("\n");

  

  return tt ;

}

String  print2HEX(int number) {

  String ttt ;

  if (number >= 0 && number < 16)

  {

    ttt = String("0") + String(number,HEX);

  }

  else

  {

      ttt = String(number,HEX);

  }

  return ttt ;

}

如下圖所示，讀者可以看到本次實驗，取得MAC資料測試程式結果畫面：

取得MAC資料測試程式結果畫面

透過WIFI模組登連接無線基地台

整合上述程式，我們可以輕易取得MAC資料，而下一步就要教導讀者如何連到無線基地台(Access Point)；首先，打開Ameba開發板的開發工具：「Sketch IDE整合開發軟體」，撰寫一段程式，就可以透過Ameba Wifi模組連到無線基地台(Access Point)，連接無線基地台測試程式如下表所示：
連接無線基地台測試程式載點

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#include 

uint8_t MacData[6];

char ssid[] = "TSAO";      // your network SSID (name)

char pass[] = "TSAO1234";     // your network password





IPAddress  Meip ,Megateway ,Mesubnet ;

String MacAddress ;

int status = WL_IDLE_STATUS;





void setup() {

  MacAddress = GetWifiMac() ;

    ShowMac() ;

        initializeWiFi();

        printWifiData() ;

}



void loop() { // run over and over

  

}



void ShowMac()

{

  

     Serial.print("MAC:");

     Serial.print(MacAddress);

     Serial.print("\n");



}









String GetWifiMac()

{

   String tt ;

    String t1,t2,t3,t4,t5,t6 ;

    WiFi.status();    //this method must be used for get MAC

  WiFi.macAddress(MacData);

  

  Serial.print("Mac:");

   Serial.print(MacData[0],HEX) ;

   Serial.print("/");

   Serial.print(MacData[1],HEX) ;

   Serial.print("/");

   Serial.print(MacData[2],HEX) ;

   Serial.print("/");

   Serial.print(MacData[3],HEX) ;

   Serial.print("/");

   Serial.print(MacData[4],HEX) ;

   Serial.print("/");

   Serial.print(MacData[5],HEX) ;

   Serial.print("~");

   

   t1 = print2HEX((int)MacData[0]);

   t2 = print2HEX((int)MacData[1]);

   t3 = print2HEX((int)MacData[2]);

   t4 = print2HEX((int)MacData[3]);

   t5 = print2HEX((int)MacData[4]);

   t6 = print2HEX((int)MacData[5]);

 tt = (t1+t2+t3+t4+t5+t6) ;

Serial.print(tt);

Serial.print("\n");

  

  return tt ;

}

String  print2HEX(int number) {

  String ttt ;

  if (number >= 0 && number < 16)

  {

    ttt = String("0") + String(number,HEX);

  }

  else

  {

      ttt = String(number,HEX);

  }

  return ttt ;

}











void printWifiData() 

{

  // print your WiFi shield's IP address:

  Meip = WiFi.localIP();

  Serial.print("IP Address: ");

  Serial.println(Meip);

  Serial.print("\n");



  // print your MAC address:

  byte mac[6];

  WiFi.macAddress(mac);

  Serial.print("MAC address: ");

  Serial.print(mac[5], HEX);

  Serial.print(":");

  Serial.print(mac[4], HEX);

  Serial.print(":");

  Serial.print(mac[3], HEX);

  Serial.print(":");

  Serial.print(mac[2], HEX);

  Serial.print(":");

  Serial.print(mac[1], HEX);

  Serial.print(":");

  Serial.println(mac[0], HEX);



  // print your subnet mask:

  Mesubnet = WiFi.subnetMask();

  Serial.print("NetMask: ");

  Serial.println(Mesubnet);



  // print your gateway address:

  Megateway = WiFi.gatewayIP();

  Serial.print("Gateway: ");

  Serial.println(Megateway);

}



void ShowInternetStatus()

{

    

        if (WiFi.status())

          {

               Meip = WiFi.localIP();

               Serial.print("Get IP is:");

               Serial.print(Meip);

               Serial.print("\n");

              

          }

          else

          {

                       Serial.print("DisConnected:");

                       Serial.print("\n");

          }



}



void initializeWiFi() {

  while (status != WL_CONNECTED) {

    Serial.print("Attempting to connect to SSID: ");

    Serial.println(ssid);

    // Connect to WPA/WPA2 network. Change this line if using open or WEP network:

    status = WiFi.begin(ssid, pass);

  //   status = WiFi.begin(ssid);



    // wait 10 seconds for connection:

    delay(10000);

  }

  Serial.print("\n Success to connect AP:") ;

  Serial.print(ssid) ;

  Serial.print("\n") ;

  

}

下圖為程式測試結果畫面，可以看見已經成功連上無線基地台(Access Point)，並透過DHCP伺服器取得網路位址，顯示出閘道器、網路遮罩等資訊。

連接無線基地台測試程式結果畫面

小結

本文主要介紹，使Ameba得以透過Wifi模組連接上網際網路，取得MAC資料、IP位址、閘道器，網路遮罩等資訊，相信讀者更能了解物聯網神器Ameba開發板如何連接網路，掌握IoT的核心技術。

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曹永忠

國立中央大學資訊管理學系博士，目前在國立暨南國際大學電機工程學系兼任助理教授、國立高雄科技大學商務資訊應用系兼任助理教授自由作家，專注於軟體工程、軟體開發與設計、物件導向程式設計、物聯網系統開發、Arduino開發、嵌入式系統開發。長期投入資訊系統設計與開發、企業應用系統開發、軟體工程、物聯網系統開發、軟硬體技術整合等領域，並持續發表作品及相關專業著作，並通過台灣圖霸的專家認證。

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