通过兆易系列MCU的SPI接口实现高速WIFI无线通信的方案分享

只看该作者 · 2021-11-7 20:33

本帖最后由 charleydeng 于 2022-8-3 10:34 编辑

【前言】

在国产替代大战略下，兆易创新的GD32系列单片机在各个领域获得了越来越多的认可。支持国产，继在STM32系列单片机上基于普通的单片机SPI接口，拓展实现了高速WIFI的集成和通信验证与批量部署后，我们在GD32系列单片机上，也成功地实现了这一点，并在同主频或架构下进行了对比，发现GD32系列单片机支持实现的SPI通信效率和所获得的高速WIFI有效吞吐速度及其稳定性，与STM32系列单片机效果完全相当，完全可以放心替代，实现高速高可靠通信。

采用SPI接口的好处是，（1）既可以象SDIO/USB接口那样通过提升主机接口的速度来提高了整个系统的通信速度，（2）又可以象UART串口那样集成简单、占用资源少（不必象USB/SDIO/PCI等接口，需要集成复杂的协议栈或操作系统），(3)SPI接口在单片机上比SDIO和USB接口更常见更标配，选型范围更方便。 -- SPI接口的WIFI模组可以理解成是“类似几十倍提速后的UART串口型WIFI模块"。

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ALK8266高速WIFI模组，实测有效吞吐速度超过兆字节每秒！

抖音视频 : https://v.douyin.com/Ftj8vMD/

只看该作者 · 2021-11-7 20:48

本帖最后由 charleydeng 于 2022-8-3 10:36 编辑

ALK8266高速WIFI模组 SPI接口带WEB网页音视频传输产品化验证
（在某宝搜索 “SPI 高速多链接” 里面有更进一步的详细介绍，比较技术化）

1. 有效通信速度快，效率高，通信实时性好
1.1 “实测的”“有效”吞吐速度高，超过M字节每秒(MBytes/s)，所以可用来传输音视频或大量数据
1.2 准实时性收发，连续发包之间的间隔可在ms级或us级，可适应一些对传输性实时性有要求的场合。
2. 稳定可靠不丢包，长时间通信不掉线
2.1 测试条件：普通办公室环境实测
2.2 测试速度：速度稳定在兆字节每秒(MBytes/s)以上
2.3 长时间运行测试：持续运行30天，不掉线、传输不停止/不卡死
2.4 丢包测试：TCP通信持续测试过5小时以上，不丢包、不多包，不丢字节、不多多字节，收发方数据完全一样。
   测试场景包括：(1)TCPUDP抓包软件单纯发送, 模块单纯接收
                           (2)TCPUDP抓包软件单纯接收, 模块单纯发送
                           (3)TCPUDP抓包软件同时发收, 模块同时收发
                           (4)两个WIFI模块之间互相对发对收
3. 功能全面，使用灵活，使用场合适应面广
3.1 灵活实用的无线通信
   3.1.1 模块支持工作站STA, 热点AP 以及 STA+AP 混合模式，无论是否存在第三方热点，都可实现通信
   3.1.2 支持UDP，TCP客户端，TCP服务器，灵活方便
   3.1.3 UDP通信支持广播、组播以及单播，灵活高效
   3.1.4 支持多链接，每个链接独立随意配置，实用的多通道高速通信
   3.1.5 支持多客户端，模组作为TCP服务器可以同时和多个客户端通信
   3.1.6 支持大块数据阵发发送，适合一些文件等大块数据传输需求的场合    3.1.7 支持SSL通信，适合对数据通信安全有要求的场合，包括不限于HTTPS/MQTT等场合
3.2 内嵌WEB服务器，操作更灵活和便捷
   3.2.1 无需安装APP，直接通过常见的浏览器操作
   3.2.2 普通智能手机或电脑均可直接操作
   3.2.3 支持“自动弹出网页”功能
   3.2.4 可通过网页直接配网、配置热点、建立和查询链接通道信息等操作
3.3 配网方式灵活多样方便
   3.3.1 WEB网页配网：勿需安装APP，直接输入，简单方便，受限条件少
   3.3.2 智能配网：SmartConfig/SmartLink, 微信Airkiss扫一扫；
         -特色提供配网进展灯闪烁样式，提高智能配网操作方便性。
   3.3.3 直接配网：串口AT指令、SPI接口API函数直接输入
3.4 内嵌RSA加密和签名算法
   3.4.1 可作为加密芯片使用，支持单片机固件的防复制
3.5 支持有意义的低功耗
   3.5.1 确保有用发射功耗足够强传输距离足够远的前提下的低功耗机制
   3.5.2 支持休眠，自动唤醒或手动唤醒
   3.5.3 深度休眠电流低于1mA
4. 封装灵活、尺寸小巧
4.1 整孔和半孔(邮票孔)一体化设计
4.2 兼容插件方式或贴片装配方式
4.3 大小和一枚1角硬币相当
5. 常见通用的SPI单片机主机接口，集成简单，占用单片机资源少
5.1 主机接口为标准的SPI从，适配绝大多数的常见单片机，单片机选型范围广
   - 硬件接线简单，只需要标准的SPI总线管脚，无需额外的UART串口
   - 按照普通的SPI从机方式对模块进行读写，实现单片机与模块的配置查询以及传输通信
5.2 模块上已集成了TCPIP协议栈，
   - 单片机无需再集成相关协议栈或操作系统，
   - 因此集成简单，占用单片机资源少，且通信效率也更高
6. 提供单片机例程包、集成说明等资料文档，和技术支持
6.1 单片机例程包都经过实际测试和验证
6.2 集成说明文档和开发使用技巧，都是基于开发经验和客户反馈总结编写，非简单的协议复制
6.3 可提供目前市场上主流的单片机例程包，包括但不限于：
   - STM32系列（如F1/F2/F3/F4/F7 H7 L1/L4）
   - Nuvoton新塘 NUC123xx系列、M45x系列、等等
   - NXP LPC17xx系列、LPC55Sxx系列、i.MX RT10xx系列、原Freescale K60, K27/28系列、
   - C8051系列、
   - TI MSP430系列、C2000/C5000(如TMS320F28335）
   - Nordic nRF52x系列
   - 兆易GD32系列 <<<<<-----
   - 雅特力AT32系列
   - 国民技术N32系列
   - 灵动MM32系列
   - 小华半导体HC32系列
   - 乐升半导体LT768系列
   - 等
在某宝搜索 “SPI 高速多链接” 里面有更进一步的详细介绍，很技术化。
这里有一个STM32单片机通过ALK8266WIFI的测速视频，演示了通过ALK8266WIFI模组发送和接收的实测速度和不丢包情况，供您参考。总时长大约9分钟，总流量大约100多兆字节，所以观看时注意相关流量：
   抖音 : https://v.douyin.com/Ftj8vMD/

1万 · 2021-11-9 16:35

感谢楼主分享

只看该作者 · 2021-11-9 21:09

realtek的片子应用方案

只看该作者 · 2021-11-10 08:25

这个是2.4G还是双模的？

只看该作者 · 2021-11-24 17:39

搜索不到啊

只看该作者 · 2022-2-5 17:16

本帖最后由 charleydeng 于 2022-8-3 10:37 编辑

guijial511 发表于 2021-11-9 21:09
realtek的片子应用方案

不是realtek的片子，是基于国产芯片ESP8266自定制开发的，这个高速WIFI模组已经批量部署了5-6年了。

主要用在一些使用相对低端低性能单片机、也没有复杂的USB/SDIO等接口，或者不希望在单片机上做太复杂的集成，或资源占用，象访问普通的SPI从机设备那样，就可以实现高速高性能可靠通信的场景。

只看该作者 · 2022-2-5 17:17

Japloya 发表于 2021-11-24 17:39
搜索不到啊

谢谢关注。在某宝搜索 “SPI 高速多链接”

只看该作者 · 2022-2-5 17:37

yangxiaor520 发表于 2021-11-10 08:25
这个是2.4G还是双模的？

这个模组目前仍是2.4G的，WIFI4，支持802.11bgn。

目前WIFI6/WIFI6E的网卡和路由器也都有出来开始普及，有效吞吐速度可以高达30-60兆字节每秒。但是那些芯片的接口似乎主要都是PCIe之类的复杂接口，暂时不太适配常见的中低端性能的普通的单片机的场景。

不过我们也可以这样想一想：即使出现了一款WIFI6/WIFI6E的方案，支持普通MCU的常见接口（诸如SPI等等），目前这些普通的单片机自身的处理性能和总线速度，能适配带动30-60兆字节每秒的速度吗？所以，WIFI6/WIFI6E的技术，如果真要走向中低端的物联网单片机嵌入式系统市场，估计这些单片机都会尴尬地成为短板。

因此，当前接下来一段时间，WIFI6/WIFI6E估计一时难以在目前的这些中低端MCU上得到普及，除非接受整体性能降级。类似现在很多串口型WIFI模组，本身2.4G WIFI的速度够快上兆字节每秒，可是受限于UART的波特率瓶颈，而导致速度一般只有几K或几十K字节每秒。

此外，虽然WIFI6/WIFI6E是未来的方向，但是，WIFI4太成功了，目前WIFI4的网络部署依然是主流，所以，接下来一段时期内，在嵌入式系统领域，至少中低端领域，WIFI4应该还会有市场吧。这里，有点像4G和5G的关系。

个人浅见，仅供探讨，也希望真正高效的WIFI6/WIFI6E的成熟方案能早日普照中低端处理器应用场合

。

只看该作者 · 2022-2-7 10:06

串口接模块用习惯了，不想折腾了。

只看该作者 · 2022-8-3 10:39

本帖最后由 charleydeng 于 2022-8-3 11:00 编辑

xdqfc 发表于 2022-2-7 10:06
串口接模块用习惯了，不想折腾了。

关键是看应用场景。如果你对速度稳定性等要求不高，加上自己努力一下也可以做出稳定的产品集成，那么，优先选择串口型的WIFI模组，当然是正确的选择。遇到类似这样需求的客户，我们也经常建议他们优先选用串口型的。类似，我从家到学校骑一辆自行车就可以满足了，没有必要特地去买一架飞机来上学。

关于串口型WIFI模组，这里还有一篇博文，供参考，有空有兴趣时可以看看，也可能会有助于自己规避和用好串口型的WIFI模组：
何谓”透传“？ UART串口WIFI模块做”透传“的目的及其局限性和规避
https://blog.csdn.net/kennychow/article/details/104806119