柯玉山，陳阿輝，邱菁

(福州大學(xué) 物理與信息工程學(xué)院，福州 350002)

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滿足IoT市場的CC3200 WiFi無線存儲系統(tǒng)*

柯玉山，陳阿輝，邱菁

(福州大學(xué) 物理與信息工程學(xué)院，福州 350002)

本文圍繞實(shí)現(xiàn)無線存儲系統(tǒng)展開，客戶端通過遠(yuǎn)程無線方式與服務(wù)器進(jìn)行通信，該服務(wù)器簡單易行，而且能有效對服務(wù)器端文件進(jìn)行管理，同時能支持下載和上傳功能。該系統(tǒng)的硬件是以CC3200為主，存儲設(shè)備使用SD卡，軟件分服務(wù)器端和客戶端兩部分，服務(wù)器端搭載在CC3200上，軟件用QT實(shí)現(xiàn)。服務(wù)器依賴主芯片性能，文件傳輸以TFTP協(xié)議為基礎(chǔ)，構(gòu)建TFTP服務(wù)器，實(shí)現(xiàn)在無線環(huán)境下對服務(wù)器端資料的操作。

CC3200；TFTP；SD卡

引 言

以往對CC3200中文件的更新基本上是用直接燒錄的方式來進(jìn)行的，對于已經(jīng)投入市場的產(chǎn)品，用這種方式更新文件無形中增加了許多困難。本文更新的文件是利用TFTP協(xié)議[1]來傳輸，由于TFTP協(xié)議不支持用戶交互，這樣無疑增加了用戶的難度，所以這里用JSON[2]來傳輸文件名和命令操作指令，使得可以具有保持TFTP協(xié)議特性的同時也具有可交互。通過本文的方法可以在產(chǎn)品運(yùn)行的同時，實(shí)施對文件的更新，而且可以為用戶提供類似網(wǎng)盤的數(shù)據(jù)存儲。

1 系統(tǒng)硬件部分

該系統(tǒng)的硬件主要是CC3200核心模塊(見圖1)與SD卡槽(見圖2)連接而成，SD卡只要三個線連接到核心板上即可，即SD_CMD、SD_CLK、SD_DATA分別連接到核心板上的PIN02、PIN01、PIN64，這三個引腳是CC3200為連接SD卡而預(yù)留的特定引腳。核心板上的S10是撥碼開關(guān)，這樣可以選擇不同的程序載入模式，P10是為了測電流而預(yù)留的引腳，可以直接連接；SD卡槽三個連接芯片引腳必須接上拉電阻。

圖1 核心板原理圖

圖2 SD卡槽連接原理圖

2 系統(tǒng)軟件部分

系統(tǒng)是利用TFTP協(xié)議實(shí)現(xiàn)無線管理文件的，圖3是IP數(shù)據(jù)報(bào)文格式，除去IP首部和UDP首部，余下的是TFTP數(shù)據(jù)報(bào)文。在文件上傳和下載時會涉及到TFTP協(xié)議報(bào)文中的5種模式：讀取操作請求(RRQ)、寫操作請求(WRQ)、傳輸數(shù)據(jù)(DATA)、回應(yīng)報(bào)文(ACK)、錯誤指示(ERROR)(見圖3)，在程序中一般分別以1～5來標(biāo)識。具體會根據(jù)服務(wù)器和客戶端之間協(xié)定的不同指令來發(fā)送報(bào)文，文件數(shù)據(jù)是通過操作碼為DATA來傳輸，每次是以512字節(jié)來發(fā)送，最后小于512字節(jié)表明文件數(shù)據(jù)傳輸結(jié)束。TFTP協(xié)議規(guī)定數(shù)據(jù)傳輸通過69號端口，服務(wù)器和客戶端之間文件的上傳和下載都是通過該端口進(jìn)行[3]。

圖3 TFTP數(shù)據(jù)幀格式

2.1 客戶端程序?qū)崿F(xiàn)

系統(tǒng)的客戶端界面是用QT來編寫的，TFTP協(xié)議本身不具有可視化的功能，所以對于界面上的上傳(upload)、下載(download)、刪除(rm)、列文件(ls)、重命名(rename)可以再開辟一個端口來進(jìn)行命令數(shù)據(jù)的傳輸，新開辟的端口與TFTP協(xié)議要求的端口不一樣，本文取8090作為命令數(shù)據(jù)傳輸?shù)亩丝?。客戶端和服?wù)器端通信指令以JSON字符串進(jìn)行，如{“cmd”:“rm”}，JSON提供鍵值的形式非常適合該場合下應(yīng)用，首先對命令進(jìn)行JSON轉(zhuǎn)換然后傳輸，接收端接收到數(shù)據(jù)后對JSON字符串解析，之后再進(jìn)行對應(yīng)操作。

對于文件的上傳與下載就利用TFTP文件傳輸協(xié)議來實(shí)現(xiàn)，該協(xié)議也是基于UDP協(xié)議，通信端口為69，這個端口是TFTP協(xié)議規(guī)定的端口，與上面提及的命令解析所用的端口8090完全不一樣。

由于QT具有優(yōu)良的跨平臺特性[4]，而且模塊化程度比較高，所以本系統(tǒng)的客戶端是利用QT來實(shí)現(xiàn)界面的。這里QT界面產(chǎn)生指令或者網(wǎng)絡(luò)上報(bào)的消息要預(yù)先和對應(yīng)的處理函數(shù)綁定，即信號和槽通過connect函數(shù)進(jìn)行連接，這樣只要有界面指令或網(wǎng)絡(luò)信號，就會觸發(fā)相應(yīng)的處理函數(shù)，然后依據(jù)具體的處理函數(shù)來處理相關(guān)事件，為了程序流程圖比較好描述，本文用CMD來表示不同處理函數(shù)的選擇。

客戶端軟件執(zhí)行過程如圖4所示。

圖4 客戶端軟件流程

① 界面相關(guān)的設(shè)置，主要有上傳、刪除、下載等UI控件界面；

② 客戶端創(chuàng)建套接字，協(xié)議類型是UDP，采用的端口是8090；

③ UI控件對應(yīng)處理函數(shù)和UDP數(shù)據(jù)主動上報(bào)的處理函數(shù)綁定；

④ 系統(tǒng)依據(jù)操作命令的不同而進(jìn)行相應(yīng)的處理，執(zhí)行完之后重回等待命令。

通過TFTP協(xié)議實(shí)現(xiàn)文件上傳，就是預(yù)先給服務(wù)器發(fā)送一個寫請求，得到回應(yīng)之后，批量讀取本地文件的數(shù)據(jù)，然后發(fā)送，等待服務(wù)器回應(yīng)，接收到回應(yīng)后就繼續(xù)發(fā)送本地文件數(shù)據(jù)，直到把文件數(shù)據(jù)完全發(fā)送完成。

如圖5所示，文件數(shù)據(jù)上傳程序執(zhí)行流程如下：

① 當(dāng)界面命令指示進(jìn)行文件上傳的時候，會先創(chuàng)建一個WRQ報(bào)文并發(fā)送；

② 服務(wù)器端接收到WRQ報(bào)文，允許上傳就會發(fā)回應(yīng)答報(bào)文，客戶端接收報(bào)文，確認(rèn)可以發(fā)送文件數(shù)據(jù)；

③ 客戶端接收到確認(rèn)信號，讀取本地文件數(shù)據(jù)，然后發(fā)送，直到全部發(fā)送完成。

圖5 文件上傳功能

文件下載事先向服務(wù)器發(fā)送一個讀取報(bào)文，然后等待服務(wù)器確認(rèn)，發(fā)回要下載的文件數(shù)據(jù)，客戶端接收到數(shù)據(jù)并把它存儲到本地文件，直到把全部數(shù)據(jù)接收完成。

如圖6所示，文件下載的程序流程如下：

① 指令指示下載文件時，客戶端先創(chuàng)建一個RRQ報(bào)文，即下載文件請求并將該報(bào)文發(fā)送至服務(wù)器端；

② 服務(wù)器端接收到下載請求報(bào)文就會把客戶端需要的文件數(shù)據(jù)發(fā)送給客戶端，客戶端在此過程中等待接收文件數(shù)據(jù)；

③ 客戶端把接收到的數(shù)據(jù)報(bào)文存儲到本地空間，并回復(fù)應(yīng)答信號給服務(wù)器端；

④ 重復(fù)步驟③，直到文件下載完畢。

2.2 CC3200服務(wù)器端

服務(wù)器端是由CC3200來實(shí)現(xiàn)的，其中使用了TI的實(shí)時操作系統(tǒng)TIRTOS來對兩個任務(wù)實(shí)施調(diào)度，一個是負(fù)責(zé)文件上傳和下載的數(shù)據(jù)傳輸，另一個是負(fù)責(zé)JSON指令的轉(zhuǎn)換和解析。

如圖7所示，服務(wù)器端程序執(zhí)行流程如下：

① 開始先對板子上的設(shè)備初始化，這里主要有時鐘、串口、SD卡引腳相關(guān)的初始化；

圖6 下載文件流程圖

圖7 服務(wù)器端程序流程圖

② 服務(wù)器端要初始化文件系統(tǒng)，以便對SD卡中的文件進(jìn)行操作；

③ 任務(wù)處理函數(shù)的初始化和任務(wù)啟動，CC3200的WiFi開啟在TFTP任務(wù)中進(jìn)行；

④ 依照接收到的命令執(zhí)行相應(yīng)的任務(wù)，任務(wù)執(zhí)行之后，重復(fù)步驟④；

TFTP的任務(wù)是處理文件的上傳與下載，這部分與上文客戶端談及的文件下載和上傳是相似的，不再重復(fù)；命令解析任務(wù)是處理由客戶端傳遞到服務(wù)器端的JSON指令，即使命令轉(zhuǎn)化成JSON字符串和JSON字符串反解析成命令的操作。

3 系統(tǒng)測試

該部分主要是軟件上的測試，本文采用的是先分后總的測試方法，即先分別測試服務(wù)器和客戶端，然后再對整個系統(tǒng)測試。

首先，在硬件可用的基礎(chǔ)上，利用TCP/IP測試工具對服務(wù)器和客戶端分別單獨(dú)測試。當(dāng)TCP/IP工具作客戶端，CC3200作服務(wù)器端，將事先預(yù)定好的指令發(fā)送給服務(wù)器端，根據(jù)返回的字符串是否滿足預(yù)期來判斷服務(wù)器端代碼是否正常；當(dāng)TCP/IP測試工具作服務(wù)器，客戶端與之連接，與上面的步驟相似，依據(jù)返回結(jié)果來判斷客戶端代碼是否正常。

最后，兩個部分單獨(dú)測試正常后，對整個系統(tǒng)進(jìn)行測試，此時不用通過TCP/IP測試工具作為中間媒介，直接進(jìn)行測試。經(jīng)過測試，結(jié)果完全正常。這里只給出

WiFi Wireless Storage System Based on CC3200 for IoT

Ke Yushan,Chen Ahui,Qiu Jing

(College of Physics and Information Engineering,Fuzhou University,Fuzhou 350002,China)

In the paper,the implementation of wireless storage system is discussed.The client communicates with the server through the wireless remote way.The server is simple and effective for server-side file management,at the same time it can support the download and upload functions.The hardware of the system is mainly based on CC3200,the storage device uses the SD card.The software is divided into two parts such as the server and the client.The server is equipped on the CC3200 board,the software is realized with QT.The server depends on the performance of the main chip,the file transfer is based on TFTP protocol,which can achieve the operation of the server side data in the wireless environment.

CC3200;TFTP;SD card

福建省科技計(jì)劃重點(diǎn)項(xiàng)目(2014H0026)。

TP368.5

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