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NB-IoT驱动开发一

1、驱动框架设计

2、AT指令发送

3、AT指令接收

驱动框架设计

数据结构设计：

如何用数据结构来完成AT指令的发送、应答、超时、状态、重发：（新建 nbiotdriver.h 和 nbiotdriver.c 文件用于AT相关）

发送->其实就是发送字符串“AT\r\n”

解析->其实就是接收字符串“OK”

超时->其实就是超时时间

状态->其实就是 成功，超时，未收到

重发->其实就是 重发次数

typedef enum //枚举类型：接收的状态
{SUCCESS_REC = 0, //成功TIME_OUT,    //超时NO_REC     //未收到
}teATStatus;typedef struct //定义的数据结构,用数据结构来完成AT指令的发送、应答、超时、状态、重发
{char *ATSendStr;  //向NB-IOT发送字符串（AT命令）char *ATRecStr;  //NB-IOT返回给MCU的字符串uint16_t TimeOut;  //设置超时teATStatus ATStatus;  //接收状态uint8_t RtyNum;  //重发次数
}tsATCmds;

AT指令：

AT+CFUN=0 关闭射频功能（不进行无线通讯）

AT+CGSN=1 查询IMEI号（一般出厂已经设置好）

AT+NRB 软重启

AT+NCDP=180.101.147.115,5683 设置 IoT 平台 IP 地址（非 COAP 协议可以不配置）

AT+CFUN=1 开启射频功能

AT+CIMI 查询SIM卡信息

AT+CMEE=1 开启错误提示

AT+CGDCONT=1,“IP”,“ctnb” 设置APN

AT+NNMI=1 开启下行数据通知

AT+CGATT=1 自动搜网

AT+CGPADDR 查询核心网分配的 ip 地址

tsATCmds ATCmds[] = 
{//参数分别为 向NB-IOT发送字符串（AT命令）、NB-IOT返回给MCU的字符串、设置超时（毫秒）、接收状态、设置重发次数{"AT+CFUN=0\r\n","OK",2000,NO_REC,3},//关闭射频功能（不进行无线通讯）{"AT+CGSN=1\r\n","OK",2000,NO_REC,3},//查询IMEI号（一般出厂已经设置好）{"AT+NRB\r\n","OK",8000,NO_REC,3},//软重启。重启使用时间比较长，所以这里设置为8秒钟{"AT+NCDP=180.101.147.115,5683\r\n","OK",2000,NO_REC,3},//设置 IoT 平台 IP 地址（非 COAP 协议可以不配置）{"AT+CFUN=1\r\n","OK",2000,NO_REC,3},//开启射频功能{"AT+CIMI\r\n","OK",2000,NO_REC,3},//查询SIM卡信息{"AT+CMEE=1\r\n","OK",2000,NO_REC,3},//开启错误提示{"AT+CGDCONT=1,\"IP\",\"ctnb\"\r\n","OK",2000,NO_REC,3},//设置APN.注意AT命令中字符串的书写格式：\"IP\",\"ctnb\"（表示电信）{"AT+NNMI=1\r\n","OK",2000,NO_REC,3},//开启下行数据通知{"AT+CGATT=1\r\n","OK",2000,NO_REC,3},//自动搜网{"AT+CGPADDR\r\n","+CGPADDR:1,1",2000,NO_REC,30},//查询核心网分配的 ip 地址{"AT+NMGS=","OK",3000,NO_REC,3},//发送数据
};

AT指令发送

typedef enum //枚举类型，用于与上方的数组 ATCmds 下标相对应
{AT_CFUN0 = 0,  //ATCmds[AT_CFUN0] 就是 ATCmds[0]，代表数据结构 {"AT+CFUN=0\r\n","OK",2000,NO_REC,3} 以下类推AT_CGSN,AT_NRB,AT_NCDP,AT_CFUN1,AT_CIMI,AT_CMEE,AT_CGDCONT,AT_NNMI,AT_CGATT,AT_CGPADDR,AT_NMGS,AT_IDIE
}teATCmdNum;

#include "time.h"
#include "led.h"static tsTimeType TimeNB;//获取定时器的起始时间和时间间隔，具体见下面讲解char NbSendData[100];//发送数据指令中数据的存储区void ATSend(teATCmdNum ATCmdNum)
{//清空接收缓存区memset(Usart2type.Usart2RecBuff,0,USART2_REC_SIZE);ATCmds[ATCmdNum].ATStatus = NO_REC;ATRecCmdNum = ATCmdNum;//ATRecCmdNum是在nbiotdriver.c中定义的静态全局变量if(ATCmdNum == AT_NMGS)//判断是否为发送数据的指令{memset(NbSendData,0,100);//清空数据的存储区//第一个%s为发送数据的指令："AT+NMGS="//第二个%d为发送数据的个数是两个（字节的长度）//第三和第四个%x是两个要发送的16进制的数据//最终得到NbSendData的数据为：AT+NMGS=2,0x10,0x10\r\nsprintf(NbSendData,"%s%d,%x%x\r\n",ATCmds[ATCmdNum].ATSendStr,2,0x10,0x10);//发送NbSendData到NB芯片HAL_UART_Transmit(&huart2,(uint8_t*)NbSendData,strlen(NbSendData),100);//发送NbSendData到NB芯片HAL_UART_Transmit(&huart1,(uint8_t*)NbSendData,strlen(NbSendData),100);//发送NbSendData到串口1，用于调试}else{HAL_UART_Transmit(&huart2,(uint8_t*)ATCmds[ATCmdNum].ATSendStr,strlen(ATCmds[ATCmdNum].ATSendStr),100);HAL_UART_Transmit(&huart1,(uint8_t*)ATCmds[ATCmdNum].ATSendStr,strlen(ATCmds[ATCmdNum].ATSendStr),100);}//打开超时定时器，这里主要用来判断接收超时使用SetTime(&TimeNB,ATCmds[ATCmdNum].TimeOut);//获取定时器的起始时间和时间间隔，具体见下面讲解//打开发送指示灯，配合LedTask函数的使用可以产生一个100毫秒的亮灯，具体函数下文有讲解//如果100毫秒之内又有数据发送，则定时器重新计时，LED灯继续延长点亮时间SetLedRun(LED_TX);
}

AT指令接收

串口接收：

串口回调函数：

AT指令解析：

 

#define USART2_DMA_REC_SIZE 256	 
#define USART2_REC_SIZE 1024	 	 
typedef struct  //用来处理DMA接收到的数据，解析缓存区的数据
{uint8_t Usart2RecFlag;//数据接收到的标志位uint16_t Usart2DMARecLen;//获取接收DMA数据的长度uint16_t Usart2RecLen;//获取解析缓存区的长度uint8_t Usart2DMARecBuff[USART2_DMA_REC_SIZE];//DMA的缓冲区uint8_t Usart2RecBuff[USART2_REC_SIZE]; //用于解析接收数据的缓存区
}tsUsart2type;extern tsUsart2type Usart2type;//该变量在uart.c中声明，但是在其他文件中需要使用，所以需要外部声明

//uint8_t Usart1Rx = 0;
//uint8_t Usart2Rx = 0;//	__HAL_UART_ENABLE_IT(&huart1, UART_IT_RXNE);//打开UART1接收中断（接收寄存器不为空则产生中断）
//	
//	HAL_UART_Receive_IT(&huart1, &Usart1Rx, 1);//UART1接收使能,Usart1Rx：接收数据的缓存区
//	
//	__HAL_UART_ENABLE_IT(&huart2, UART_IT_RXNE);//打开UART2接收中断（接收寄存器不为空则产生中断）
//	
//	HAL_UART_Receive_IT(&huart2, &Usart2Rx, 1);//UART2接收使能，Usart2Rx：接收数据的缓存区

uint8_t Usart1Rx = 0;tsUsart2type Usart2type;//该数据类型用来设置DMA的缓冲区和解析接收数据的缓冲区，上面已经给出具体定义void EnableUartIT(void)
{//串口1__HAL_UART_ENABLE_IT(&huart1, UART_IT_RXNE);//打开UART1接收中断（接收寄存器不为空则产生中断）HAL_UART_Receive_IT(&huart1, &Usart1Rx, 1);//UART1接收使能,Usart1Rx：接收数据的缓存区//串口2//串口空闲中断：当连续接收字符时不会产生中断，但是如果中途出现一个字节的空闲则就产生中断（避免每接收一个字节就出现一次中断）__HAL_UART_ENABLE_IT(&huart2, UART_IT_IDLE);//需要注意：每次设备一上电就会产生一次空闲中断__HAL_UART_CLEAR_IDLEFLAG(&huart2);//清除UART2的空闲中断标志HAL_UART_Receive_DMA(&huart2,Usart2type.Usart2DMARecBuff,USART2_DMA_REC_SIZE);//开启DMA的接收/*（以上三行代码功能：将uart2接收到的数据通过DMA传递给Usart2type.Usart2DMARecBuff，然后产生串口空闲中断，在中断中做进一步处理）*/
}

extern void EnableUartIT(void);

 

EnableUartIT();

 

 

extern DMA_HandleTypeDef hdma_usart2_rx;/*hdma_usart2_rx在CubeMX中添加UART2的DMA时创建的一个变量，在uart.c中定义，所以需要外部声明之后才能在该文件中使用*/void USART2_IRQHandler(void)
{uint32_t temp;if(__HAL_UART_GET_FLAG(&huart2,UART_FLAG_IDLE) == SET)//判断UART2是否为空闲中断{__HAL_UART_CLEAR_IDLEFLAG(&huart2);//清除空闲中断标志位HAL_UART_DMAStop(&huart2);//停止DMA接收数据temp = huart2.Instance->ISR;temp = huart2.Instance->RDR;//以上两行代码用于清除DMA的接收中断（只需要读取一次ISR和RDR寄存器的值）temp = USART2_DMA_REC_SIZE - hdma_usart2_rx.Instance->CNDTR;/*CNDTR为DMA通道接收数据的计数器（注意是一个递减计数器，所以需要将DMA的缓存区的总长度减去该计数器的值才是DMA通道接收数据的长度）*/Usart2type.Usart2DMARecLen = temp;//将DMA接收数据的长度赋值给上面定义的结构体变量HAL_UART_RxCpltCallback(&huart2);//串口中断的回调函数，具体函数见下方}HAL_UART_IRQHandler(&huart2);HAL_UART_Receive_DMA(&huart2,Usart2type.Usart2DMARecBuff,USART2_DMA_REC_SIZE);
}void HAL_UART_RxCpltCallback(UART_HandleTypeDef *huart) //串口中断的回调函数
{if(huart->Instance == USART2){if(Usart2type.Usart2RecLen > 0)//判断解析缓存区是否有未处理的数据{memcpy(&Usart2type.Usart2RecBuff[Usart2type.Usart2RecLen],Usart2type.Usart2DMARecBuff,Usart2type.Usart2DMARecLen);Usart2type.Usart2RecLen += Usart2type.Usart2DMARecLen;}else{memcpy(Usart2type.Usart2RecBuff,Usart2type.Usart2DMARecBuff,Usart2type.Usart2DMARecLen);Usart2type.Usart2RecLen = Usart2type.Usart2DMARecLen;}memset(Usart2type.Usart2DMARecBuff,0,Usart2type.Usart2DMARecLen);//清空DMA的接收缓存区Usart2type.Usart2RecFlag = 1;//数据标志位的置位}
}

void ATRec(void)
{if(Usart2type.Usart2RecFlag)//是否接收到一个完整的数据包{//判断解析缓存区中是否存在对应指令返回的正确参数（字符串），strstr的使用方法见下方if(strstr((const char*)Usart2type.Usart2RecBuff,ATCmds[ATRecCmdNum].ATRecStr) != NULL){ATCmds[ATRecCmdNum].ATStatus = SUCCESS_REC;//接收状态赋值为成功}SetLedRun(LED_RX);//打开接收指示灯，配合LedTask函数的使用可以产生一个100毫秒的亮灯，具体见下文HAL_UART_Transmit(&huart1,Usart2type.Usart2RecBuff,Usart2type.Usart2RecLen,100);//打印到串口Usart2type.Usart2RecFlag = 0;//清空标志位Usart2type.Usart2RecLen = 0;//设置解析缓存区字符串长度为0}
}strstr： 原型：extern char *strstr(char *haystack, char *needle);用法：#include <string.h>功能：从字符串haystack中寻找needle第一次出现的位置（不比较结束符NULL)。说明：返回指向第一次出现needle位置的指针，如果没找到则返回NULL。

NB-IoT驱动开发二

1、软件定时器设计

2、LED驱动设计

软件定时器设计

软件定时器需求：

AT指令超时判断

定时采集传感器

定时上报数据

软件定时器设计：（新建两个文件 time.c 和 time.h 用于存储定时器相关）

设置定时器

比较定时器

参考HAL_Delay：

设置定时器：

比较定时器：

#ifndef _TIME_H
#define _TIME_H#include "stm32f0xx.h"typedef struct
{uint32_t TimeStart;//获取起始时间uint32_t TimeInter;//间隔时间
}tsTimeType;void SetTime(tsTimeType *TimeType,uint32_t TimeInter);//打开超时定时器
uint8_t  CompareTime(tsTimeType *TimeType);//比较函数
#endif

#include "time.h"void SetTime(tsTimeType *TimeType,uint32_t TimeInter)
{TimeType->TimeStart = HAL_GetTick();//获取起始时间TimeType->TimeInter = TimeInter;//获取间隔时间
}
uint8_t  CompareTime(tsTimeType *TimeType)//每隔1毫秒，计数器就会增加1
{return ((HAL_GetTick()-TimeType->TimeStart) >= TimeType->TimeInter);
}

LED驱动设计

LED需求：

网络指示灯

接收指示灯

发送指示灯

LED设计：（新建两个文件 led.h 和 led.c 用于存储led相关）

LED打开

LED关闭

LED初始化

LED触发闪烁

LED闪烁任务

LED数据结构：

LED数量（入网、发送、接收）

LED闪烁任务状态（运行、延时、停止）

LED GPIO封装（用数组表示LED IO信息）

LED打开/关闭/初始化：

根据原理图，LED为低电平驱动，上电要全部关闭：

打开->HAL_GPIO_WritePin(X,X,RESET)

关闭-> HAL_GPIO_WritePin(X,X,SET)

LED触发闪烁：

设置LED状态为运行

开启LED定时器

LED闪烁任务：

#ifndef _LED_H
#define _LED_H#include "stm32f0xx.h"#define LED_NUMBER 3 //定义LED数量typedef enum //枚举类型，LED对应功能
{LED_NET = 0,LED_RX,LED_TX
}teLedNums;typedef enum//LED闪烁任务状态
{LED_STOP = 0,LED_RUN,LED_DELAY
}teLedTaskStatus;void LedOn(teLedNums LedNums);//打开LED灯
void LedOff(teLedNums LedNums);//关闭LED灯
void LedInit(void);//LED灯的初始化void SetLedRun(teLedNums LedNums);//设置LED为运行态void LedTask(void);//指示灯如果在运行态在，则闪烁一次#endif

#include "led.h"
#include "time.h"const uint16_t LedPins[LED_NUMBER] = 
{GPIO_PIN_0, //对应LED_NETGPIO_PIN_1, //对应LED_RXGPIO_PIN_2  //对应LED_TX
};static tsTimeType TimeLeds[LED_NUMBER];//获取起始时间和间隔时间static teLedTaskStatus LedTaskStatus[LED_NUMBER];//LED任务状态
void LedOn(teLedNums LedNums) //打开对应LED灯
{HAL_GPIO_WritePin(GPIOB,LedPins[LedNums],GPIO_PIN_RESET);
}void LedOff(teLedNums LedNums) //关闭对应LED灯
{HAL_GPIO_WritePin(GPIOB,LedPins[LedNums],GPIO_PIN_SET);
}void LedInit(void)//LED灯初始化，关闭所有灯
{int i;for(i = 0;i < LED_NUMBER;i++){LedOff(i);}
}void SetLedRun(teLedNums LedNums)//设置对应LED为运行态
{LedTaskStatus[LedNums] = LED_RUN;
}void LedTask(void)//指示灯如果在运行态在，则闪烁一次
{int i;for(i = 0;i < LED_NUMBER;i++){if(LedTaskStatus[i] == LED_RUN){LedOn(i);SetTime(&TimeLeds[i],100);LedTaskStatus[i] = LED_DELAY;}else if(LedTaskStatus[i] == LED_DELAY){	if(CompareTime(&TimeLeds[i])){LedOff(i);LedTaskStatus[i] = LED_STOP;}}}
}

 

#include "time.h"
#include "led.h"static tsTimeType TimeNB;//获取定时器的起始时间和时间间隔void ATSend(teATCmdNum ATCmdNum)
{//清空接收缓存区memset(Usart2type.Usart2RecBuff,0,USART2_REC_SIZE);ATCmds[ATCmdNum].ATStatus = NO_REC;ATRecCmdNum = ATCmdNum;if(ATCmdNum == AT_NMGS){memset(NbSendData,0,100);sprintf(NbSendData,"%s%d,%x%x\r\n",ATCmds[ATCmdNum].ATSendStr,2,0x10,0x10);HAL_UART_Transmit(&huart2,(uint8_t*)NbSendData,strlen(NbSendData),100);HAL_UART_Transmit(&huart1,(uint8_t*)NbSendData,strlen(NbSendData),100);}else{HAL_UART_Transmit(&huart2,(uint8_t*)ATCmds[ATCmdNum].ATSendStr,strlen(ATCmds[ATCmdNum].ATSendStr),100);HAL_UART_Transmit(&huart1,(uint8_t*)ATCmds[ATCmdNum].ATSendStr,strlen(ATCmds[ATCmdNum].ATSendStr),100);}//打开超时定时器，这里主要用来判断接收超时使用SetTime(&TimeNB,ATCmds[ATCmdNum].TimeOut);//获取定时器的起始时间和时间间隔//打开发送指示灯，配合LedTask函数的使用可以产生一个100毫秒的亮灯//如果100毫秒之内又有数据发送，则定时器重新计时，LED灯继续延长点亮时间SetLedRun(LED_TX);
}

void ATRec(void)//AT接收字符串的解析
{if(Usart2type.Usart2RecFlag)//是否接收到一个完整的数据包{//判断解析缓存区中是否存在对应指令返回的正确参数（字符串），strstr的使用方法见下方if(strstr((const char*)Usart2type.Usart2RecBuff,ATCmds[ATRecCmdNum].ATRecStr) != NULL){ATCmds[ATRecCmdNum].ATStatus = SUCCESS_REC;//接收状态赋值为成功}SetLedRun(LED_RX);//打开接收指示灯，配合LedTask函数的使用可以产生一个100毫秒的亮灯HAL_UART_Transmit(&huart1,Usart2type.Usart2RecBuff,Usart2type.Usart2RecLen,100);//打印到串口Usart2type.Usart2RecFlag = 0;//清空标志位Usart2type.Usart2RecLen = 0;//设置解析缓存区字符串长度为0}
}strstr： 原型：extern char *strstr(char *haystack, char *needle);用法：#include <string.h>功能：从字符串haystack中寻找needle第一次出现的位置（不比较结束符NULL)。说明：返回指向第一次出现needle位置的指针，如果没找到则返回NULL。

main函数中测试：...LedInit();//初始化：所有灯关闭
HAL_Delay(2000);//延时2秒
SetLedRun(0);//设置入网指示灯为运行态
SetLedRun(1);//设置接收指示灯为运行态
SetLedRun(2);//设置发送指示灯为运行态while(1)
{LedTask();
}...

 NB-IoT入网开发

1、NB-IoT入网流程

2、NB-IoT入网设计

NB-IoT入网流程

NB-IoT模块驱动流程：

AT+CFUN=0 关闭射频功能（不进行无线通讯）

AT+CGSN=1 查询IMEI号（一般出厂已经设置好）

AT+NRB 软重启

AT+NCDP=180.101.147.115,5683 设置 IoT 平台 IP 地址（非 COAP 协议可以不配置）

AT+CFUN=1 开启射频功能

AT+CIMI 查询SIM卡信息

AT+CMEE=1 开启错误提示

AT+CGDCONT=1,“IP”,“ctnb” 设置APN

AT+NNMI=1 开启下行数据通知

AT+CGATT=1 自动搜网

AT+CGPADDR 查询核心网分配的 ip 地址

NB-IoT入网设计

NB-IoT入网任务算法：

有限状态机编程

    –>裸机编程效率最高的编程模式

入网任务状态机（空闲、指令发送，等待响应、入网完成）

typedef enum //NB任务的状态
{NB_IDIE = 0, //NB空闲NB_SEND,   //NB的发送NB_WAIT,  //NB的等待NB_ACCESS  //NB的入网完成
}teNB_TaskStatus;

指令发送：

等待响应：

AT超时：

NB初始化：

入网完成：

static uint8_t CurrentRty;//当前重发的次数
static teATCmdNum ATRecCmdNum;//
static teATCmdNum ATCurrentCmdNum;//当前的指令
static teATCmdNum ATNextCmdNum;//下一条指令
static teNB_TaskStatus NB_TaskStatus;//声明任务的状态
static tsTimeType TimeNBSendData;//NB发送数据时的起始时间获取 和 接收超时时间的设置void NB_Task(void)//NB不同任务状态的处理程序，一般开始时NB_TaskStatus状态为NB_SEND，故可以从NB_SEND开始分析
{while(1)//死循环，为了高效率处理{switch(NB_TaskStatus){case NB_IDIE://if(CompareTime(&TimeNBSendData))//判断发送指令是否超时//{//		ATCurrentCmdNum = AT_NMGS;//当前指令设置为AT_NMGS//		ATNextCmdNum = AT_IDIE;//下一条指令设置为空闲指令//		NB_TaskStatus = NB_SEND;//任务状态设置为发送//		SetTime(&TimeNBSendData,10000);//发送超时设置//		break;//跳转到发送状态//}return;case NB_SEND:if(ATCurrentCmdNum != ATNextCmdNum)//如果当前指令不等于下一条指令，则该指令是第一次运行{CurrentRty = ATCmds[ATCurrentCmdNum].RtyNum;//获取当前指令的重发次数}ATSend(ATCurrentCmdNum);//发送指令NB_TaskStatus = NB_WAIT;//更改为等待态return;//因为有超时case NB_WAIT:ATRec();//AT接收字符串的解析if(ATCmds[ATCurrentCmdNum].ATStatus == SUCCESS_REC)//判断接收状态是否成功{if(ATCurrentCmdNum == AT_CGPADDR)//判断当前指令是否为入网指令{NB_TaskStatus = NB_ACCESS;//如果是则状态设置为入网完成break;//跳转指令}//	else if(ATCurrentCmdNum == AT_NMGS)//判断当前指令是否为AT_NMGS指令//	{//		NB_TaskStatus = NB_IDIE;//设置任务状态为空闲状态//		return;//	}else{ATCurrentCmdNum += 1;//如果不是入网指令，则当前指令加1ATNextCmdNum = ATCurrentCmdNum+1;//下一条指令在当前指令的基础上再加1NB_TaskStatus = NB_SEND;//设置为发送状态break;//跳转指令}}else if(CompareTime(&TimeNB))//判断发送指令之后接收是否超时{ATCmds[ATCurrentCmdNum].ATStatus = TIME_OUT;//改变当前指令的状态：设置超时if(CurrentRty > 0)//判断当前重发的次数是否大于零{CurrentRty--;ATNextCmdNum = ATCurrentCmdNum;//下一条指令等于当前指令NB_TaskStatus = NB_SEND;//改变任务状态为发送状态break;//跳转到发送状态的处理程序}else//否则重发次数已经达到最高的重发次数限制{NB_Init();//NB初始化，函数具体实现见下方return;}}return;case NB_ACCESS://如果是入网完成的状态LedOn(LED_NET);//打开入网完成的指示灯NB_TaskStatus = NB_IDIE;//任务状态设置为空闲状态break;//跳转到空闲状态//	ATCurrentCmdNum = AT_NMGS;//当前指令设置为AT_NMGS//	ATNextCmdNum = AT_IDIE;//下一条指令设置为空闲指令//	NB_TaskStatus = NB_SEND;//任务状态设置为发送状态//	SetTime(&TimeNBSendData,10000);//发送指令超时设置//	break;//跳转到发送状态default:return;}}
}void NB_Init(void)//NB初始化
{NB_TaskStatus = NB_SEND;//任务状态设置为发送状态ATCurrentCmdNum = AT_CFUN0;//当前指令设置为第一条指令ATNextCmdNum = AT_CGSN;//下一条指令设置为第二条指令
}

主程序：测试

main函数中测试#include "nbiotdriver.h"...NB_Init();//NB初始化printf("wait 5s NB Reset!\n");
HAL_Delay(5000);//初始化时需等待NB芯片重启（这里设置5秒钟等待时间）while (1){LedTask();NB_Task();}...

NB-IoT网络CoAP通信

1、发展背景

2、HTTP协议

3、CoAP协议

4、NB-IoT CoAP通信开发

发展背景

互联网：

移动互联网：

物联网：

新的协议：

HTTP协议

HTTP介绍：

什么是超文本(HyperText)？

包含有超链接(Link)和各种多媒体元素标记(Markup)的文本。这些超文本文件彼此链接，形成网状(Web)，因此又被称为网页(Web Page)。这些链接使用URL表示。最常见的超文本格式是超文本标记语言HTML。

什么是URL？

URL即统一资源定位符(Uniform Resource Locator)，用来唯一地标识万维网中的某一个文档。URL由协议、主机和端口(默认为80)以及文件名三部分构成。如：

什么是超文本传输协议HTTP？

是一种按照URL指示，将超文本文档从一台主机(Web服务器)传输到另一台主机(浏览器)的应用层协议，以实现超链接的功能。

HTTP工作原理：

请求/响应交互模型

在用户点击URL为http://www.makeru.com.cn//course/3172.html的链接后，浏览器和Web服务器执行以下动作：

1、浏览器分析超链接中的URL

2、浏览器向DNS请求解析www.makeru.com.cn的IP地址

3、DNS将解析出的IP地址202.2.16.21返回浏览器

4、浏览器与服务器建立TCP连接(80端口)

5、浏览器请求文档：GET /index.html

6、服务器给出响应，将文档 index.html发送给浏览器

7、释放TCP连接

8、浏览器显示index.html中的内容

HTTP报文结构：

请求报文：即从客户端(浏览器)向Web服务器发送的请求报文。报文的所有字段都是ASCII码。

响应报文：即从Web服务器到客户机(浏览器)的应答。报文的所有字段都是ASCII码。

请求报文中的方法：方法(Method)是对所请求对象所进行的操作,也就是一些命令。请求报文中的操作有:

CoAP协议

CoAP是什么：

CoAP是IETF为满足物联网，M2M场景制定的协议，特点如下：

类似HTTP，基于REST模型：Servers将Resource通过URI形式呈现，客户端可以通过诸如GET,PUT,POST,DELETE方法访问，但是相对HTTP简化实现降低复杂度（代码更小，封包更小）

应用于资源受限的环境（内存，存储，无良好的随机源），比如CPU为8-bit的单片机，内存32Kb，FLASH 256Kb

针对业务性能要求不高的应用：低速率(10s of kbit/s)，低功耗

满足CoRE环境的HTTP简化增强版本

CoAP协议模型：

逻辑上分为Message和Request/Response两层，Request/Response通过Message承载，从封包上不体现这种层次结构

基于UDP，支持组播

基于UDP的类似HTTP的Client/Server交互模型

Client发送Request(携带不同method)请求对资源(通过URI表示)的操作，Server返回Response(携带资源的representation)和状态码

在M2M应用场景，Endpoint实际同时是Server和Client

NB-IoT CoAP通信开发

NB-IoT CoAP通信开发：

COAP数据收发：

CoAP 数据发送无需事先建立 socket（模组内部处理） ， 直接发送数据：AT+NMGS=2,A1A2 发送 2 字节数据， 发送成功回复 OK， 否则 ERROR

读取 CoAP 数据：+NNMI:2,A1A2 收到 2 字节 CoAP 数据

NB-IoT CoAP通信开发流程：

tsATCmds ATCmds[] = 
{{"AT+CFUN=0\r\n","OK",2000,NO_REC,3},{"AT+CGSN=1\r\n","OK",2000,NO_REC,3},{"AT+NRB\r\n","OK",8000,NO_REC,3},{"AT+NCDP=180.101.147.115,5683\r\n","OK",2000,NO_REC,3},{"AT+CFUN=1\r\n","OK",2000,NO_REC,3},{"AT+CIMI\r\n","OK",2000,NO_REC,3},{"AT+CMEE=1\r\n","OK",2000,NO_REC,3},{"AT+CGDCONT=1,\"IP\",\"ctnb\"\r\n","OK",2000,NO_REC,3},{"AT+NNMI=1\r\n","OK",2000,NO_REC,3},{"AT+CGATT=1\r\n","OK",2000,NO_REC,3},{"AT+CGPADDR\r\n","+CGPADDR:1,1",2000,NO_REC,30},{"AT+NMGS=","OK",3000,NO_REC,3},//发送数据的指令，注意：发送数据是可变的，所以指令后面没有 "\r\t"
};

typedef enum
{AT_CFUN0 = 0,AT_CGSN,AT_NRB,AT_NCDP,AT_CFUN1,AT_CIMI,AT_CMEE,AT_CGDCONT,AT_NNMI,AT_CGATT,AT_CGPADDR,AT_NMGS,AT_IDIE//因为AT_NMGS为最后一个指令，所以这里添加一个空闲指令标记
}teATCmdNum;

#include "time.h"
#include "led.h"static tsTimeType TimeNB;//获取定时器的起始时间和时间间隔char NbSendData[100];//发送数据指令中数据的存储区void ATSend(teATCmdNum ATCmdNum)
{//清空接收缓存区memset(Usart2type.Usart2RecBuff,0,USART2_REC_SIZE);ATCmds[ATCmdNum].ATStatus = NO_REC;ATRecCmdNum = ATCmdNum;if(ATCmdNum == AT_NMGS)//判断是否发送数据的指令{memset(NbSendData,0,100);//清空数据的存储区//第一个%s为发送数据的指令："AT+NMGS="//第二个%d为发送数据的个数是两个（字节的长度）//第三和第四个%x是两个要发送的16进制的数据//最终得到NbSendData的数据为：AT+NMGS=2,0x10,0x10\r\nsprintf(NbSendData,"%s%d,%x%x\r\n",ATCmds[ATCmdNum].ATSendStr,2,0x10,0x10);HAL_UART_Transmit(&huart2,(uint8_t*)NbSendData,strlen(NbSendData),100);//发送NbSendData到NB芯片HAL_UART_Transmit(&huart1,(uint8_t*)NbSendData,strlen(NbSendData),100);//发送NbSendData到串口1，用于调试}else{HAL_UART_Transmit(&huart2,(uint8_t*)ATCmds[ATCmdNum].ATSendStr,strlen(ATCmds[ATCmdNum].ATSendStr),100);HAL_UART_Transmit(&huart1,(uint8_t*)ATCmds[ATCmdNum].ATSendStr,strlen(ATCmds[ATCmdNum].ATSendStr),100);}//打开超时定时器，这里主要用来判断接收超时使用SetTime(&TimeNB,ATCmds[ATCmdNum].TimeOut);//获取定时器的起始时间和时间间隔，具体见下面讲解//打开发送指示灯，配合LedTask函数的使用可以产生一个100毫秒的亮灯，具体函数下文有讲解//如果100毫秒之内又有数据发送，则定时器重新计时，LED灯继续延长点亮时间SetLedRun(LED_TX);
}

static uint8_t CurrentRty;//当前重发的次数
static teATCmdNum ATRecCmdNum;//
static teATCmdNum ATCurrentCmdNum;//当前的指令
static teATCmdNum ATNextCmdNum;//下一条指令
static teNB_TaskStatus NB_TaskStatus;//声明任务的状态
static tsTimeType TimeNBSendData;//NB发送数据时的起始时间获取 和 接收超时时间的设置void NB_Task(void)//NB不同任务状态的处理程序，一般开始时NB_TaskStatus状态为NB_SEND，故可以从NB_SEND开始分析
{while(1)//死循环，为了高效率处理{switch(NB_TaskStatus){case NB_IDIE:if(CompareTime(&TimeNBSendData))//判断发送指令是否超时{ATCurrentCmdNum = AT_NMGS;//当前指令设置为发送数据指令ATNextCmdNum = AT_IDIE;//下一条指令设置为空闲指令NB_TaskStatus = NB_SEND;//任务状态设置为发送SetTime(&TimeNBSendData,10000);//每隔10秒发送一次数据break;//跳转到发送状态}return;case NB_SEND:if(ATCurrentCmdNum != ATNextCmdNum)//如果当前指令不等于下一条指令，则该指令是第一次运行{CurrentRty = ATCmds[ATCurrentCmdNum].RtyNum;//获取当前指令的重发次数}ATSend(ATCurrentCmdNum);//发送指令NB_TaskStatus = NB_WAIT;//更改为等待态return;//因为有超时case NB_WAIT:ATRec();//AT接收字符串的解析if(ATCmds[ATCurrentCmdNum].ATStatus == SUCCESS_REC)//判断接收状态是否成功{if(ATCurrentCmdNum == AT_CGPADDR)//判断当前指令是否为入网指令{NB_TaskStatus = NB_ACCESS;//如果是则状态设置为入网完成break;//跳转指令}else if(ATCurrentCmdNum == AT_NMGS)//判断当前指令是否为发送数据指令{NB_TaskStatus = NB_IDIE;//设置任务状态为空闲状态return;}else{ATCurrentCmdNum += 1;//如果不是入网指令，则当前指令加1ATNextCmdNum = ATCurrentCmdNum+1;//下一条指令在当前指令的基础上再加1NB_TaskStatus = NB_SEND;//设置为发送状态break;//跳转指令}}else if(CompareTime(&TimeNB))//判断发送指令之后接收是否超时{ATCmds[ATCurrentCmdNum].ATStatus = TIME_OUT;//改变当前指令的状态：设置超时if(CurrentRty > 0)//判断当前重发的次数是否大于零{CurrentRty--;ATNextCmdNum = ATCurrentCmdNum;//下一条指令等于当前指令NB_TaskStatus = NB_SEND;//改变任务状态为发送状态break;//跳转到发送状态的处理程序}else//否则重发次数已经达到最高的重发次数限制{NB_Init();//NB初始化，函数具体实现见下方return;}}return;case NB_ACCESS://如果是入网完成的状态LedOn(LED_NET);//打开入网完成的指示灯ATCurrentCmdNum = AT_NMGS;//当前指令设置为发送数据的指令ATNextCmdNum = AT_IDIE;//下一条指令设置为空闲指令NB_TaskStatus = NB_SEND;//任务状态设置为发送状态SetTime(&TimeNBSendData,10000);//发送指令超时设置break;//跳转到发送状态default:return;}}
}void NB_Init(void)//NB初始化
{NB_TaskStatus = NB_SEND;//任务状态设置为发送状态ATCurrentCmdNum = AT_CFUN0;//当前指令设置为第一条指令ATNextCmdNum = AT_CGSN;//下一条指令设置为第二条指令
}