iMX6ULL开发板物联网模块开发案例，WIFI/NB-IoT/STA（上）
原创iMX6ULL开发板物联网模块开发案例，WIFI/NB-IoT/STA（上）
原创
前 言
本文档主要介绍基于iMX6ULL开发板分享物联网模块开发案例，其中内容包括SDIO WIFI模块测试、STA模式测试、NB-IoT模块测试、Zigbee模块测试、LoRa模块测试和4G模块测试由于篇幅过长，案例分为上下两部分，欢迎各位感兴趣的用户查看更多。
适用开发环境：
Windows开发环境：Windows 7 64bit、Windows 10 64bit
虚拟机：VMware15.1.0
Linux开发环境：Ubuntu18.04.4 64bit
U-Boot：U-Boot-2020.04
Kernel：Linux-5.4.70
Linux SDK：5.4.70_2.3.0
本案例测试板卡为创龙科技的TLIMX6U-EVM，它是一款基于NXP i.MX 6ULL的ARM Cortex-A7高性能低功耗处理器设计的评估板，由核心板和评估底板组成。核心板经过专业的PCB Layout和高低温测试验证，稳定可靠，可满足各种工业应用环境。
评估板接口资源丰富，引出双路网口、双路RS485、双路CAN、三路USB、多路DI/DO、LCD等接口，板载WIFI、Bluetooth模块，支持LoRa、NB-IoT、Zigbee、4G模块，可选配外壳直接应用于工业现场。
无特殊说明情况下，默认使用USB TO UART1作为调试串口，使用Linux系统启动卡（SD启动模式）启动系统，通过路由器与PC机进行网络连接。
SDIO WIFI模块测试
本案例使用SDIO WIFI模块型号为：RTL8189，请将SDIO WIFI模块插至评估板SDIO接口，如下图所示。
图 1
SDIO WIFI模块支持STA和AP模式，具体说明如下：
- STA模式：在STA工作模式下，WIFI模块可接收来自无线路由器发出的信号，实现通过路由器连接互联网。
- AP模式：在AP工作模式下，WIFI模块会创建一个无线局域网热点，手机、电脑等设备可通过此热点组建局域网。
本案例测试程序位于产品资料“4-软件资料\Demo\module-demos\sdio_wifi_test\”目录下，具体说明如下。
表 1
bin | 测试脚本、程序配置文件 |
|---|---|
driver | SDIO WIFI模块驱动 |
src | SDIO WIFI模块驱动源码 |
请将bin目录下所有文件和driver目录下8189fs.ko驱动文件拷贝至评估板文件系统任意相同路径下，并将SDIO WIFI模块正确连接至评估板SDIO接口。由于SDIO接口与Micro SD接口存在引脚复用关系，因此请务必将Linux系统启动卡从评估板Micro SD卡槽中取出。将评估板启动方式选择拨码开关拨为011000(1~6)，此档位为NAND FLASH启动模式。
STA模式测试
进入评估板文件系统，在SDIO WIFI模块驱动8189fs.ko所在路径下，执行如下命令加载驱动。
Target# insmod 8189fs.ko
图 2
图 3
执行如下命令关闭其他网络和wpa_supplicant进程，仅保留WIFI网络。
Target# ifconfig eth0 down
Target# ifconfig eth1 down
Target# killall -9 wpa_supplicant
Target# ifconfig wlan0 up
Target# ifconfig
图 4
在wifi_setup.sh文件所在路径下执行如下命令，将评估板通过WIFI模块连接至路由器。"-i"指定WIFI名称，"-p"指定WIFI密码，请根据实际情况修改。
Target# ./wifi_setup.sh -i Tronlong-test -p omapl138
图 5
执行如下命令查看获取的IP地址，并通过ping命令测试评估板与PC机通信是否正常。192.168.1.100为PC机实际IP地址，请确保评估板与PC机在同一局域网内。
Target# ifconfig
Target# ping 192.168.1.100
图 6
在评估板文件系统执行如下命令，查看评估板IP地址，使用Iperf3工具测试评估板与PC机的网络通信带宽。
Target# ifconfig
Target# iperf3 -s
图 7
在Ubuntu系统执行如下命令测试网络通信带宽，192.168.1.103为评估板实际IP地址。测试完成后，Ubuntu和评估板均会打印测试结果。测试结果受网络环境影响，仅供参考。
Host# iperf3 -c 192.168.1.103 -i 1
图 8
图 9
AP模式测试
请重启评估板系统，在SDIO WIFI模块驱动8189fs.ko所在路径下执行如下命令加载驱动。
Target# insmod 8189fs.ko
图 10
图 11
执行如下命令关闭其他网络和wpa_supplicant进程，仅保留WIFI网络。
Target# ifconfig eth0 down
Target# ifconfig eth1 down
Target# killall -9 wpa_supplicant
Target# ifconfig wlan0 up
Target# ifconfig
图 12
在ap_setup.sh文件所在路径下执行如下命令，将SDIO WIFI模块设置为AP模式。
Target# ./ap_setup.sh
图 13
如启动AP功能过程中，出现如下问题，是由于random熵不够引起，需重启评估板，执行如下命令更换熵池，再重新测试。
Target# mv /dev/random /dev/random_ori
Target# ln -s /dev/urandom /dev/random
图 14
图 15
程序默认设置的WIFI名称为：rtl8188fs，密码为：88888888，可在rtl_hostapd_2G.conf配置文件内进行修改。
将具有WIFI功能的PC机（比如笔记本电脑或装有USB WIFI的台式电脑）连接至此无线局域网热点，并断开已有的有线网络连接。连接成功后，串口调试终端将会打印如下信息，显示Ubuntu已分配的IP地址。如使用虚拟机 + Ubuntu的开发方式，将会获取到两个IP地址，其中一个为Windows端IP地址，一个为Ubuntu端IP地址。
图 16
执行如下命令测试无线局域网设备之间网络连接是否正常。若出现连接超时或失败，可尝试关闭PC机防火墙后再次连接。
Target# ping 192.168.0.21 //192.168.0.21为Ubuntu端IP地址
图 17
在评估板文件系统执行如下命令，查看评估板IP地址并等待PC机连接。
Target# ifconfig
Target# iperf3 -s
图 18
在Ubuntu系统执行如下命令测试网络通信带宽，192.168.0.1为评估板实际IP地址。测试完成后，Ubuntu和评估板均会打印测试结果。测试结果受网络环境影响，仅供参考。
Host# iperf3 -c 192.168.0.1 -i 1
图 19
图 20
测试完成，请将评估板断电，拔出SDIO WIFI模块，将Linux系统启动卡插入Micro SD卡槽，启动方式选择拨码开关拨为010100(1~6) SD启动模式。
SDIO WIFI驱动编译
请将案例src目录下的驱动源码rtl8189FS.tar.gz拷贝至Ubuntu工作目录下，执行如下命令将源码压缩包解压至该目录下。
Host# tar -xf rtl8189FS.tar.gz
图 21
执行如下命令，进入驱动源码目录，修改顶层Makefile文件
Host# cd rtl8189FS/
Host# vim Makefile
图 22
Makefile文件内容请按如下说明进行修改。
KSRC = /home/tronlong/IMX6/Kernel/Linux-5.4.70 //指定内核源码实际路径
图 23
在驱动源码所在路径执行如下命令，使能SDK环境变量并编译SDIO WIFI驱动。
Host# source /home/tronlong/SDK/environment-setup-cortexa7t2hf-neon-poky-linux-gnueabi
Host# make
图 24
图 25
编译完成后，即可在当前路径下生成驱动镜像。
NB-IoT模块测试
本案例使用的NB-IoT模块型号为：亿佰特EA01-D，详细参考资料请查看产品资料“1-开箱必读\产品规格书\拓展模块规格书\”目录下的《EA01-D_Usermanual_CN_v1.1》文件。请将NB-IoT物联网卡插至NB-IoT模块Micro SIM卡槽，然后将模块插至评估板NB-IoT接口，将2.4G天线连接至模块天线接口，如下图所示。
备注：由于存在引脚复用关系，请勿同时将Zigbee、LoRa模块连接至评估板。
图 26
获取IMEI和IMSI
进入评估板文件系统，执行如下命令指定串口后台运行，用于接收模块信息。
Target# cat /dev/ttymxc5 &
Target# stty -F /dev/ttymxc5 -echo
图 27
执行如下命令，获取IMEI码和IMSI码。
Target# echo "AT+CGSN=1" > /dev/ttymxc5 //获取IMEI码
Target# echo "AT+CIMI" > /dev/ttymxc5 //获取IMSI码
图 28
本次获取的IMEI码为"864624050017021"，获取的IMSI码为"460082267401907"。
创建云端NB-IoT设备
本次测试以中国移动NB-IoT物联网解决方案OneNET为例进行演示。请登录官方网站：open.iot.10086.cn，通过手机号进行注册账号并登录。
账号登录成功，进入如下界面，点击右上角“控制台”。
图 29
进入如下界面，点击左上角“切换至旧版”。
图 30
进入如下界面，进入“NB-IoT物联网套件”。
图 31
进入如下界面，点击“添加产品”。
图 32
进入如下界面，根据实际情况依次输入产品信息：产品名称、产品行业、产品类别，以及技术参数：联网方式选择"NB-IoT"、设备接入协议选择"LWM2M"、操作系统选择"Linux"、网络运营商选择“移动”。
图 33
产品添加完成后，弹出如下窗口，点击“立即添加设备”。
图 34
进入如下界面，点击“添加设备”。
图 35
进入如下界面，依次输入设备类型、设备名称、IMEI码和IMSI码，并开启自动订阅功能。
图 36
设备添加成功后，将会弹出如下窗口，请将设备ID：969146269和PSK码：8NKXxti2IS5WaDjW记录保存，用于后续测试，然后点击“知道了”按钮关闭窗口。
图 37
进入如下界面，可观察到目前设备处于离线状态，点击“详细”。
图 38
进入如下界面，点击“编辑”，在弹出的窗口输入自定义Auth_Code：Tronlong，然后点击确认关闭窗口。至此，云端NB-IoT设备创建完成。
图 39
图 40
图 41
创建通信套件实例
本章节主要演示NB-IoT模块的通信实例，详细参考资料请查看产品资料“6-开发参考资料\其他参考文档\”目录下的《EA01-S+3GPP和运营商云平台标准指令手册》文件。
生成配置参数
将产品资料“4-软件资料\Tools\Windows\”目录下的cfg_tool.zip和Sublime-Text-Build-3211_x64.zip压缩包拷贝至Windows非中文目录下并解压。
图 42
进入Sublime-Text-Build-3211_x64目录，双击sublime_text.exe程序进行安装。
图 43
进入cfg_tool目录，使用文本工具打开test.xml文件，
图 44
根据前面步骤获取的信息，修改AuthCode为Tronlong，修改PSK为8NKXxti2IS5WaDjW，如下图所示。
图 45
打开Windows命令行CMD，输入如下命令进入ctg_tool目录，生成配置文件。
CMD# cd /d E:\tools\cfg_tool\
CMD# cis_cgtool.exe test.xml out.bin
图 46
执行完成后，将会在ctg_tool目录下生成out.bin文件。
图 47
打开Sublime Text软件，将生成的out.bin文件拖入该软件打开，可看到设备配置参数以16进制显示。同时鼠标右击点击out.bin文件可查看该文件大小为93Byte。
图 48
图 49
创建实例
创建OneNET通信套件实例
测试命令为：echo AT+MIPLCREATE=<total size>,<config>,<index>,<currentsize>,<flag> > /dev/ttymxc5
参数解析：
<total size>：配置文件的总长度。即out.bin文件大小，本次测试文件为93Byte。
<config>：配置文件内容，16进制数的形式。
<index>：配置文件的序号。考虑到AT指令长度有限，一个完整的配置文件未必能在一条AT指令中发送完成，可将内容切分成多段。比如分为N段，则从前到后按照降序依次分配序号为N-1~0，按照从大到小序号的顺序每段调用一次AT指令。如当index为0时，意味着该条指令为最后一条配置消息。
<currentsize>：当前命令所包含的配置文件长度。本次测试为93Byte。
<flag>：消息标识，1：第一条消息，2：中间消息，0：最后一条消息。
进入评估板文件系统，在可执行程序所在目录下执行如下命令，返回OK表示创建成功。
Target# echo "AT+MIPLCREATE=93,13005df10003f2004f040011800005434d494f540000000000123138332e3233302e34302e33393a35363833002741757468436f64653a54726f6e6c6f6e673b50534b3a384e4b58787469324953355761446a573bf30008e400c80000,0,93,0" > /dev/ttymxc5
图 50
创建LwM2M协议实例
测试命令为：echo AT+MIPLADDOBJ=<ref>,<objectid>,<instancecount>,<instancebitmap>,<attributecount>,<actioncount> > /dev/ttymxc5
参数解析：
<ref>：基础通信套件的一个实例标识，类型为一个无符号整数。
<objectid>：对象ID。
<instancecount>：实例个数。
<instancebitmap>：实例位图，字符串格式，每一个字符表示为一个实例，其中1表示可用，0表示不可用。例如添加的Object有5个实例，其中1、3可用，则实例位图为00101。
<attributecount>：属性个数。
<actioncount>：操作个数。
在可执行程序所在目录下执行如下命令。
Target# echo AT+MIPLADDOBJ=0,3311,2,11,4,3 > /dev/ttymxc5
图 51
发送注册请求
测试命令为：ehco AT+MIPLOPEN=<ref>,<lifetime>,<timeout> > /dev/ttymxc5
<ref>：基础通信套件的一个实例标识，类型为一个无符号整数。
<lifetime>：生命周期，单位为秒。
<timeout>：注册的超时时长，单位为秒。
在可执行程序所在目录下执行如下命令。当通信无误时，将会返回OK，模块接下来开始上报状态事件，如下图所示。
Target# echo AT+MIPLOPEN=0,3000,30 > /dev/ttymxc5
图 52
状态事件信息说明如下。
+MIPLEVENT:0,1 //bootstrap启动
+MIPLEVENT:0,2 //bootstrap启动成功
+MIPLEVENT:0,4 //连接成功
+MIPLEVENT:0,6 //注册成功
- 验证Observe请求
实例注册成功后，NB-IoT模块将会上报Observe请求，其中上报请求中第二个参数为消息的ID，如下图所示。
图 53
每当模块上报一次Observe请求，请务必在5秒内执行如下命令进行验证，验证成功后，将会返回OK。如模块继续上报Observe请求，需继续执行命令验证，直至实例订阅成功，如下图所示。
Target# echo AT+MIPLOBSERVERSP=0,104148,1 > /dev/ttymxc5 //验证第一条请求
Target# echo AT+MIPLOBSERVERSP=0,169685,1 > /dev/ttymxc5 //验证第二条请求
图 54
同时，在云端设备管理界面，可观察到对应设备呈现自动订阅成功状态，至此，创建实例完成。
图 55 图 55
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