Wi-Fi Orb 洞悉一切

发表于 1/28/2013 3:34:53 PM 阅读（1689）

Wi-Fi具有很好的移动性，能免去杂乱的线缆，能很好地面向许多商务和家用，因此，Wi-Fi在计算机网络的成长中扮演着一个极其重要的角色。

最近这些年，Wi-Fi在电话（智能手机）和音视频流等应用中飞速发展。“热点”的数量和覆盖面增加，不难想象，以后的每部手机和TV将会支持Wi-Fi,这也可能会成为行业的一个设计标准。

Do your own thing

那么Wi-Fi能做什么呢？物联网（IOT）能将几乎所有的电子设备连接到因特网。如图1所示，第一代“物联网”设备已经冲击着市场，但这仅仅是个开始。我们没法想象一旦每个设备连接到“云”，会产生怎样的巨变。但毫无疑问其中的一些应用或设备一定会成为行业的“杀手锏”。

Seeing the future

我曾经去过一个朋友的办公室，注意到他办公桌上有一个类似水晶球的球形灯，发着柔和的红光。他告诉我这是“Orb”,能反映股票市场的情况。果不其然，在我们会议进行的过程中，这个球形灯又变成绿色（DJIA的股票情况开始好转）。

他的“Orb”来自一个叫“Ambient Devices”的公司。他们的“Ambient Stock Orb”（如图2）配合来自移动网络的专有的数据服务。有些数据是免费开放（如DJIA），但也有些需要付费。

Figure 2: Ambient Stock Orb (Courtesy Ambient Devices).

我们也可以制作我们自己的“Wi-Fi Orb”,让你监测可通过网络获得任何免费信息。多亏了半导体技术的发展，它只需要一个MCU，Wi-Fi网关，和少量软件代码。图3为Parallax, Inc.’s Propeller™ Board of Education® (BoE)（左）和WIZnet的无限模块WizFi210 开发板(右)，这体积略大的开发板开模制造也不难，但是显得有点冗余。一个真正的“Wi-Fi Orb”可以只需要Propeller的一些核心部分（MCU、EEPROM、红色LED下面的水晶球）和邮票大小的WizFi210.

Figure 3: Propeller Board of Education (BoE) on the left and the WIZnet WizFi210 EVB on the right.

Paeallax的Propeller是一个独特的多芯闪存MCU，面向快速开发很有用。它搭配的IDE能让编译、下载在短短数秒内就能完成。也有各种预定义的目标文件“objects”的库文件，您也可以在Parallax 的“Object Exchange”中获得更多资源。Objects真的能发挥它的优势，帮你完成一些样本化的东西，能让你的精力集中于你的应用层的独特性。

Wi-Fi部分由WIZnet的嵌入式Wi-Fi模块WizFi210处理的。WizFi210有个一标准的串口，接入Propeller会非常方便，但是真正让连接顺利方便的是WizFi210模块内部出色的配置和架构。接入网络相当于是发布一些高级命令。

和其他的WiFi设备一样，第一步是配置WizFi210以接入无线网，初始化需要你的以太网名称（例如SSID）、安全技术（WEP，WPA-PAK,密码）、网关和DNS服务器地址等等，WizFi210有一个很好的配置工具（WIZsmart），它能通过串口进行相关配置，配置完毕后，设置的信息就能保存于模块中。

Data deluge

毫无疑问，你在网络上到处都能找到DJIA数据，我一直是从yahoo上www.yahoo.com（图4）上获得此数据信息。

Figure 4: DJIA at www.yahoo.com.

WiZnet的无线模块WizFi210配备有齐全的控制命令，能方便地控制网页数据。“AT”指令一个很好的地方是WizFi210的控制命令和响应都是ASCII语言，因此，使用一个终端（如HyperTerminal）,你就能输入命令，查看结果。

假如WizFi210已经初始化完成，能接入访问点，你只要根据下面的演示就能接入获取雅虎的主页数据。（发送至WizFi210的控制命令已被加粗）

第一步需要使用你的以太网名称（例如SSID）来接入AP。

at+wa=your_ap_ssid

IP	SubNet	Gateway
10.0.0.20:	255.255.255.0:	10.0.0.1

[OK]

现在你能访问你的DNS服务器查询雅虎的当前IP地址

at+dnslookup=www.yahoo.com
IP:72.30.2.43
[OK]

设定一个接入雅虎IP地址的TCP客户端口号为80.

at+nauto=0,1,72.30.2.43,80
[OK]

现在建立到Yahoo的连接，将WizFi210从控制模式调整为数据传输模式。

ata2
[OK]

WizFi210取消接受“AT”指令，变为一个“串口到WiFi”网关。进入WizFi210串口的任何数据将会通过Wi-Fi发送到Yahoo，此过程也能反向进行。输入GET /（注意GET和/之间有一个空格（ASCII $20）），接下来有一个换行（CTRL- J），然后Yahoo主页的HTML将会在终端屏幕上显示出来。抓取DJIA数据只需要用Propeller搜索“Dow”标签(标记DJIA数据的地址)。如图5所示

Figure 5: Yahoo homepage HTML.

Less is more

我写了一段简短的测试程序让Propeller从Yahoo中获取DJIA数据:

Figure 6: Getting the DJIA by searching for ‘Dow’ on the Yahoo homepage.

很不幸，要向Yahoo主页获得几字节的内容，你需要完成超过66000字节的代码。

为了找到一个更实际的解决方案，我想到另外一个设计Orb的方法（“Tannenbaum Ticker”–http://www.gadgetgangster.com/news/54/520），并把我引向了Google的一个金融数据来源（如图7所示）。如果你敲入“http://www.google.com/ig/api?stock=.dji”到你的浏览器，你将会接收一个DJIA数据的简短总结，或者你选择的任何股票。

Figure 7: Google Finance API.

我将我的测试程序改为使用Google金融数据，能减少近1000字节的代码（如图8所示）。但相对来说仍然是一个很大的数据量，任何时候你想从网页获取的数据，除了你能在显示器上看到的内容，背后都隐藏着大量HTTP和HTML代码。

Figure 8: Getting the DJIA using the Google finance API.

Under-the-hood

运行Propeller程序，从谷歌获取金融数据。顺便提一句，这个程序在出错时的处理还并非很完善。如果找不到AP，或者网站崩溃，再或者输入了错误的指令（SSID，网站地址，GET 请求，search key等），程序将会停止响应（挂起）。因此，要注意每项物联网设计需要预备一套处理网络问题的方法，并且必须避免过分依赖网络。

程序开始运行时会从Propeller的库文件引入一些目标文件OBJ（ects）， Debug针对终端模拟器，WizFi用于执行连接到WizFi210的UART的部分。接着，规定存储目标网站IP地址（ipaddr）和检索数据（xmls）的变量。DAT（a）作为一个重要的部分，能定义到所需信息（如WLAN SSID，目标网站，GET命令，xml搜索关键词）的路径。然后开始运行，初始完Debug和WizFi目标文件以后，程序进入主循环。

OBJ
Debug : “Parallax Serial Terminal”
WizFi : “FullDuplexSerial”
CON
lenipaddr = 18 ‘max length ip address string incl. cr/lf
lenxml = 50 ‘max length xml field data
VAR
byte i,j,k,ipaddr[lenipaddr],xmls[lenxml]
DAT
ssid byte “your_ap_ssid”,$d,0 ‘replace with your wlan ssid
website byte “www.google.com”,$d,0 ‘using Google
get byte “GET /ig/api?stock=” ‘finance data api ‘
symbol byte “.dji”,$a,0 ‘stock symbol ex:.dji,aapl,ibm
numkeys byte 4
keys byte “last”,0,”perc”,0,”trade_date”,0,”trade_time”,0′xml keys
PUB WizFiOrb ‘program gets xml data item from a webpage
Debug.start(115_200) ‘start debug terminal
WizFi.start(6,7,0,57600) ‘start uart connected to WizFi
REPEAT ‘forever

第一步需要唤醒WizFi210(在循环末尾被置于休眠状态)，然后建立连接并确认其成功建立（at+wa）,然后就只需要参照Yahoo例子，执行剩下的指令（at+dnslookup, at+nauto, ata2），然后再发送GET 请求。

我原本想写一个函数，整合相关代码来处理每次指令握手的过程（例如：发送命令，检查响应，重复该过程直到WizFi的“[OK]”确认）。但是考虑到有些控制命令需要一些特别的处理（例如，at+psdpsleep响应为空值，+++需要一个延时），并且这样分别来处理的话也方便为每个控制指令增加debug代码。一个通用的AT指令处理机需要兼顾许多方面，包括所期望的响应、数据和控制超市设定、重试计数和间隔、debug echo on/off等等

REPEAT
WizFi.str(string(“at”,$d)) ‘dummy command to wakeup WizFi
REPEAT
UNTIL WizFi.rx == $5B ‘look for [
UNTIL WizFi.rx=="O" 'retry until WizFi says [OK]
REPEAT
WizFi.str(string(“at+wa=”))
WizFi.str(@ssid) ‘(re)try to associate
REPEAT
UNTIL WizFi.rx == $5B ‘look for [
UNTIL WizFi.rx == "O" 'associated when WizFi says [OK]
WizFi.str(string(“at+dnslookup=”)) ‘lookup website ip address WizFi.str(@website)
REPEAT
UNTIL WizFi.rx == “:” ‘: marks start of returned ip address
REPEAT i from 0 to lenipaddr-1
ipaddr[i] := WizFi.rx ‘save ip address digits
IF ipaddr[i] == $d ‘and terminating carriage return
quit
REPEAT
WizFi.str(string(“at+nauto=0,1,”))’create tcp client connection
i:=0
REPEAT UNTIL ipaddr[i]==$d
WizFi.tx(ipaddr[i]) ‘send IP address digits
i++
WizFi.str(string(“,80″,$d)) ‘port 80
REPEAT
UNTIL WizFi.rx == $5B ‘look for [
UNTIL WizFi.rx=="O" 'retry until WizFi says [OK]
REPEAT
WizFi.str(string(“ata2″,$d)) ‘connect to website
REPEAT
UNTIL WizFi.rx == $5B ‘look for [
UNTIL WizFi.rx=="O" ‘connected when WizFi says [OK]
WizFi.str(@get) ‘send get request to website

GET请求被发送后，网页信息进入Propeller. 程序会搜索进入的数据的关键词，借助DAT找到相应的匹配，产生一个响应字符串（xmls）,包含有搜索到的数据。注意，DAT中的关键词必须按它们在网页上出现的顺序排列。这样的话，搜索过程就能一次完成（更少地依靠最后一个搜索关键词的的位置），也不需要在RAM中存储网页信息。这个过程完成以后，接受的数据就能显示在debug终端上了。

k:=0 ‘k is offset for each key in keys
j:=0 ‘j is pointer to build xml string
REPEAT numkeys ‘for each key in keys
i:=0 ‘i counts consecutive key char matches
REPEAT ‘search incoming webpage for key
CASE WizFi.rx == keys[k+i] ‘count consecutive key char matches
TRUE : i++ ‘increment if match
FALSE : i:=0 ‘clear otherwise
UNTIL keys[k+i+1] == 0 ‘until key matched
k:=k+i+2 ‘point to next key
REPEAT ‘find opening doublequote
UNTIL WizFi.rx == $22
REPEAT ‘gather desired data
xmls[j]:=WizFi.rx
j++
UNTIL xmls[j-1] == $22 ‘until closing doublequote
xmls[j-1]:=$d ‘put carriage return after data

k:=0 ‘k displays key chars
j:=0 ‘j displays data chars
Debug.str(string($d,”Symbol = “))
Debug.str(@symbol)
REPEAT numkeys ‘for each key
Debug.str(string(” “))
REPEAT ‘display key
Debug.char(keys[k])
k++
UNTIL keys[k] == 0
Debug.str(string(” = “))
REPEAT ‘display data
Debug.char(xmls[j])
j++
UNTIL xmls[j-1] == $d

现在需要继续休眠模式直到下一次过程。+++需要一个一秒左右的延迟，以此作为一个转义序列被WizFi210识别，这样就能作为一个退出数据传输模式、进入控制模式的请求。然后会发送AT指令，与WLAN(ath)断开连接，进入休眠模式（at+psdpsleep）.最后，Propeller进入休眠直到下一次。谷歌数据似乎几分钟就能更新一次，但有时会更频繁，因此，90秒或许是一个比较合理的折中选择。
REPEAT
WizFi.str(string(“+++”)) ‘request WizFi to command mode
waitcnt(clkfreq + cnt) ‘wait for WizFi to command mode
WizFi.str(string(“at”,$d)) ‘confirm WizFi to command mode
REPEAT
UNTIL WizFi.rx == $5B ‘look for [
UNTIL WizFi.rx=="O" 'retry until WizFi says [OK]
REPEAT
WizFi.str(string(“ath”,$d)) ‘hang-up i.e. disassociate
REPEAT
UNTIL WizFi.rx == $5B ‘look for “["
UNTIL WizFi.rx=="O" 'retry until WizFi says [OK]
WizFi.str(string(“at+psdpsleep”,$d)) ‘put WizFi to sleep
waitcnt((clkfreq*45)+cnt) ‘put MCU to sleep
waitcnt((clkfreq*45)+cnt) ‘put MCU to sleep

图9显示了运行中的程序。使用不同的关键词，你能获得任何你觉得有用的信息。