RT-Thread-Pico W 基于 C/C++ SDK 适配 RT-Thread Wi-Fi 经验总结RT-Thread问答社区

Pico W 基于 C/C++ SDK 适配 RT-Thread Wi-Fi 经验总结

发布于 2023-11-22 23:03:19 浏览：567 订阅该版

[tocm]

## Pico W 基于 C/C++ SDK 适配 RT-Thread Wi-Fi 经验总结

软件包地址：[cyw43439-RTT ](https://github.com/Z8MAN8/cyw43439-RTT)

## 前言：

Pico W 作为 Raspberry Pi Pico 的衍生版本，主要增加了无线通信的功能，通过搭载 CYW43439 无线芯片，支持 2.4 GHz Wi-Fi 4 及蓝牙5.0 ，其余和 Raspberry Pi Pico 基本相同，外部引脚也相互兼容。

也可以参考我之前文章中介绍的使用 Clion 搭建开发调试下载环境，同样适用。这里需要注意的一点是，当你首次烧录使板载 LED 闪烁的程序时，开发板可能没有相应的现象，这可能不是你下载失败了，也不是你的开发板是坏的，而是 Pico W 的板载 LED 由无线模块控制，想要使其闪烁需要参照官方 Pico-Example 中 Pico W 的具体示例：[pico w/wifi/blink](https://github.com/raspberrypi/pico-examples/tree/master/pico_w/wifi/blink)

## 准备工作

开发环境搭建完成后，接下来就可以根据树莓派官方的 SDK 和 Example 调一调程序，逐渐梳理清楚逻辑和各模块之间的依赖关系。例如先运行一个最简单的 Wi-Fi scan 的示例程序，其主要逻辑是先 `cyw43_arch_init()` 初始化模块，再通过 `cyw43_arch_enable_sta_mode()` 使能为 STA 模式，最后使用`cyw43_wifi_scan()` 开始扫描并注册扫描完成回调函数打印扫描结果，整体的逻辑和 API 还是很简洁明了的。

主要依赖于英飞凌提供的 cyw43-driver 驱动库，接下来我们开始通过分析 Cmake 文件确定各模块之间的调用关系和对一些宏定义的依赖关系。以下是一部分我通过 Cmake 文件大致整理的关系图:

![依赖关系](https://oss-club.rt-thread.org/uploads/20231122/94f93d71df8e158f4295e4b7b4ea02d6.png.webp)

通过这样的关系图，我们能更直观快速的将官方的 SDK 和 Example 等 Cmake 工程移植为 RT-Thread 所使用的 Scons 工程。

## 开始开发

主要有以下三种类型：`poll` , `threadsafe_background`,  `freertos` 。poll 是需要用户定期调用的，并且不保证线程安全性；threadsafe_background 和 freertos 能够保证线程安全性，threadsafe_background 不使用 RTOS，通过**低优先级的 ISR** 实现调度同步，freertos 是通过专门的**线程**处理调动同步。

一开始我选择的是基于 `threadsafe_background` 进行开发，通过参照以上 Cmake 关系图很快就成功在 RT-Thread 的 Bsp 中复现了 Wi-Fi scan 示例程序。但是开发后续需要使用 lwip 的功能时，与 RT-Thread 就产生了很多冲突。

想要更好的适配 RT-Thread 还是得按照 RTOS 的来，于是开始复现官方提供的基于 FreeRTOS 的，首先想到的是使用 RT-Thread 的 FreeRTOS 兼容层软件包，在 menuconfig 中使能即可：

![menuconfig配置.png](https://oss-club.rt-thread.org/uploads/20231122/2553f0bf6cf31e4cb59fcdda2311eb5f.png)

引入兼容层后大部分报错消失了，但报错没有 `portCHECK_IF_IN_ISR`  的相关实现，在 FreeRTOS 的源码中查找发现其为 RP2040 特有的实现。其是用于判断上下文环境是否处于中断中，改为 RT-Thread 中的检测中断 nest 是否大于 0 即可。

成功编译下载程序后，却因为定时器进入了 `hardfault` ，检查发现 FreeRTOS 兼容层中的 portMAX_DEALY 对接错了，不是 RT_TICK_MAX ，应该为 RT_TICK_MAX / 2 - 1（韦东山老师在rtt开发者大会上专门讲解过 RTT 优雅的定时器算法，感兴趣可以看看）这个问题目前已经修复了。

之后程序还是进入  `hardfault` ，一直 debug 对比代码没有发现问题，再次分析对比 FreeRTOS 和 RT-Thread 之间的差异，两者的优先级等级和数值的关系是相反的，检查发现 `async_context_task` 线程的优先级为 `tskIDLE_PRIORITY + 4` 在 FreeRTOS 中优先级比空闲线程高4，但在 RT-Thread 中因为优先级太低，得不到调度，造成死锁问题。解决办法是将其线程优先级提高。

## 移植 RT-Thread

以上的示例程序跑通以后，就开始将 wifi freertos 的相关的文件移植为 RT-Thread 。主要包含以下内容：

1. **替换头文件：**
   - 用 RT-Thread 的头文件替换 FreeRTOS 的头文件。
2. **修改任务创建和管理：**
   - 使用 RT-Thread 的任务创建和管理 API 替代 FreeRTOS 的任务 API。
   - 注意 RT-Thread 的任务入口函数参数和返回值的差异。
3. **修改互斥锁：**
   - 替换 `xSemaphoreCreateRecursiveMutex` 为 RT-Thread 提供的互斥锁创建 API。
   - 替换 `xSemaphoreTakeRecursive` 和 `xSemaphoreGiveRecursive` 为 RT-Thread 互斥锁的 API。
4. **替换定时器：**
   - 使用 RT-Thread 的软定时器或者实时时钟服务替代 FreeRTOS 定时器。
5. **任务通知：**
   - 替换 FreeRTOS 的任务通知 API 为 RT-Thread 的事件和信号量等。
6. **任务挂起和唤醒：**
   - 替换 FreeRTOS 的 `vTaskSuspend` 和 `vTaskResume` 为 RT-Thread 的任务挂起和唤醒 API

主要涉及 `async_context_rtthread`，`cyw43_arch`，`cyw43_arch_rtthread`，`lwip_rtthread`这些文件，基础的移植完成后，就可以开始将其对接到 RT-Thread 的 Wi-Fi 设备驱动框架了，主要参考 [rw007](https://github.com/RT-Thread-packages/rw007) 和 [cyw43012-RTT ](https://github.com/Guozhanxin/cyw43012-RTT) 的对接。需要使能 RT-Thread 的 lwip 和 SAL 等组件。需要注意的一点是 RT-Thread 的 lwip 组件使能后，已经包含了 lwip 的初始化，`cyw43_arch_init()` 中的 lwip 初始化相关注释即可，否则重复初始化会因为完成量无法获取造成阻塞。

```c
#if CYW43_LWIP
//    ok &= lwip_rtthread_init(context);
#endif
```

```
// 重复初始化信号量无法获取造成阻塞
bool lwip_rtthread_init(async_context_t *context) {
    RT_ASSERT(!lwip_context);
    lwip_context = context;
    static bool done_lwip_init;
    if (!done_lwip_init) {
        done_lwip_init = true;
        rt_sem_t init_sem = rt_sem_create("lwip_init_sem", 0, RT_IPC_FLAG_PRIO);
        tcpip_task_blocker = rt_sem_create("tcpip_task_blocker", 0, RT_IPC_FLAG_PRIO);
        tcpip_init(tcpip_init_done, init_sem);
        // 阻塞在信号量获取
        rt_sem_take(init_sem, RT_TICK_MAX / 2 - 1);
        rt_sem_delete(init_sem);
    } else {
        rt_sem_release(tcpip_task_blocker);
    }
    return true;
}
```

运行过程中可能会报错提示 lwip 线程栈空间不足，在 menuconfig 中适当改大即可

![调整lwip.png](https://oss-club.rt-thread.org/uploads/20231122/ee37fad98eb5f1687f977652f22676db.png.webp)

对接完成后测试功能，使能为 STA 模式，日志中显示 mac 地址

![mac地址.png](https://oss-club.rt-thread.org/uploads/20231122/f169cb73ae5113ae8d30005ab4599dc7.png)

扫描附近ap

![WiFi scan.png](https://oss-club.rt-thread.org/uploads/20231122/c8a7c89339dd393464302132a4457226.png)

连接ap并成功ping通

![ping通.png](https://oss-club.rt-thread.org/uploads/20231122/7e4f614bd6af52387ca43c5674fb33cd.png)

测试ap功能，使能为AP模式，设置名称及pwd，可以使用手机成功连接。

## 注意事项

- 使用pico w的无线模块需要使用一些相关的宏定义，如无线模块的引脚定义等，其定义在 picow.h 中。但程序默认包含的是 pico.h 。可以通过定义宏 `PICO_CONFIG_HEADER=boards/pico_w.h` 进行切换。

- 吞吐量还未进行测试。

- 目前基于 C/C++ SDK 的开发案例较少，推荐直接阅读官方文档。

- 在对接设备驱动框架 `wifi_join` 方法时苦恼于 ap 的 channel 和 bssid 没有正常传递，查看源码发现使能 RT_WLAN_JOIN_SCAN_BY_MGNT
  这个宏可以先扫描ap，并传递包含 channel 和 bssid 的 info，但要将以下改为rt_memcpy
  
![RT_WLAN_JOIN_SCAN_BY_MGNT.jpg](https://oss-club.rt-thread.org/uploads/20231122/80dfbbfa764bf3b1cf63126ec4a20af2.jpg)

个人理解，没有找到其他的说明和用例。（不过最后发现，连接ap没有 channel 和 bssid 也行，直接设置为 RT_NULL )
  
  觉得不错的话就给项目点个 star 吧！
  软件包地址：[cyw43439-RTT ](https://github.com/Z8MAN8/cyw43439-RTT)

## Ref：

- https://www.raspberrypi.com/documentation/pico-sdk
- https://datasheets.raspberrypi.com/rp2040/rp2040-datasheet.pdf
- https://datasheets.raspberrypi.com/picow/connecting-to-the-internet-with-pico-w.pdf