ESP8266

2015-06-02T15:42:56Z

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[[Datei:ESP8266.jpg|thumb|300px|ESP8266, Funkmodul]]
Das [[ESP8266]] von dem Hersteller Espressif ist ein programmierbarer WLAN-SoC mit [[UART]]- und [[SPI]]-Schnittstelle. '''WLAN'''-Funkmodule mit ESP8266 sind ab 3€ verfügbar. Die UART-Schnitttstelle ermöglicht eine einfache Integration in Mikrocontrollerprojekte.

== Spezifikation ==
Laut Hersteller <ref>[http://espressif.com/en/products/esp8266 ''Herstellerseite - unter Details''] Abgerufen am 26. August 2014.</ref>. :
* 802.11 b/g/n
* Wi-Fi Direct (P2P), soft-AP
* Integrated TCP/IP protocol stack
* Integrated TR switch, balun, LNA, power amplifier and matching network
* Integrated PLLs, regulators, DCXO and power management units
* +19.5dBm output power in 802.11b mode
* Power down leakage current of <10uA
* Integrated low power 32-bit CPU could be used as application processor
* SDIO 1.1/2.0, SPI, UART
* STBC, 1×1 MIMO, 2×1 MIMO
* A-MPDU & A-MSDU aggregation & 0.4ms guard interval
* Wake up and transmit packets in < 2ms
* Standby power consumption of < 1.0mW (DTIM3)
* VCC: 3,3V (Achtung: Eingänge sind '''NICHT 5V TOLERANT'''!)
Weiterhin:
* GPIOs, ADC

=== Datendurchsatz/Performanz ===
[https://www.mikrocontroller.net/topic/342240?page=single#3857630 Beitrag im Forum mit Tests: TCP: bis zu 7 MBit/s] 
[http://bbs.espressif.com/viewtopic.php?f=7&t=24 Beitrag Espressif-Form: UART loopback: 4.5 Mbps]
 
Bei den chinesischen Modulen mit Firmware 0.9.1 werden Ping Befehle unabhängig von der Paketgröße typischerweise in 30-150ms beantwortet. Datenpakete, die man vom PC aus an das Modul sendet werden unabhängig von der Paketgröße typischerweise nach 100-200ms quittiert.

== WLAN-Module mit ESP8266 ==
Es existieren ca. 11 Varianten von chinesischen Herstellern. Beispielsweise mit PCB- oder Keramik-Antenne oder mit u.fl.
 
Die Firmware 0.9.1 unterstützt bis zu vier gleichzeitige TCP oder UDP Verbindungen. Sie kann sich in vorhandene WLAN Netze einbuchen, aber auch selbst Access-Point mit DHCP Server sein. Der Access-Point ist zu Android kompatibel (mit 4.1.2 getestet).
 
Die Firmware enthält jedoch keinen Router. Mehrere Computer, die mit dem Modul als Access-Point verbunden sind, können keine Verbindung zueinander aufbauen.
Das Feature nennt sich AP Isolation.
 
#Produktbeschreibung: [[http://playground.boxtec.ch/doku.php/wireless/esp8266]]

=== Pinbelegung einiger ESP8266-Module ===
====ESP8266-01====
<gallery>
Datei:ESP8266-PinBelegung1.jpg|Pinbelegung - Groß mit PCB-Antenne
Datei:ESP8266-PinBelegung2.jpg|Pinbelegung - Klein mit Keramik-Antenne
</gallery>
Quelle <ref>[http://pan.baidu.com/share/link?shareid=727869034&uk=1900861665 ''Seller Information''] Abgerufen am 26. August 2014.</ref>.
====ESP8266-07====
Achtung, beim ESP8266-07 Modul sind einige mit vertauschten Beschriftungen von GPIO4 und GPIO5 unterwegs!!.

== AT-Befehle für eine Firmware auf Basis des SDK-Beispiels "AT"==

Einstellen des Moduls als AP

Da wir nicht wissen, in welchem Modus sich das Modul gerade befindet, fragen wir diesen ab mit dem
Befehl AT+CWMODE? Das Modul antwortet mit

AT+CWMODE?<\r><\r><\n>+CWMODE:1<\r><\n>
<\r><\n>
OK<\r><\n>
In diesem Fall ist das Modul aktuell im Modus 1 ( Station) eingestellt. Also ändern wir den Modus auf 2 ( AP)
mit dem Befehl AT+CWMODE=2. Nach diesem Befehl ist ein Reset des Moduls erforderlich, damit die Änderung
sichtbar wird. Mit dem Befehl AT+RST führen wir diesen durch. Das Modul startet neu und die Stromaufnahme
steigt auf ca 80 mA. Das Modul ist jetzt als WLAN AP im Wireless Lan sichtbar.

Jetzt müssen wir noch einstellen, dass wir mehrere Verbindungen gleichzeitig haben wollen und den TCP Server starten und einstellen. Mit dem Befehl AT+CIPMUX=1 sagen wir dem Modul, dass wir mehrere Verbindungen haben wollen. Und mit dem Befehl AT+CIPSERVER=1,2526 starten wir den TCP Server und lassen ihn auf Port 2526 laufen. Sobald sich ein Client verbindet, sendet das Modul 'Link' + LF + CR. Beim Trennen einer Verbindung vom Client kommt 'Unlink' + LF + CR.

Ab hier können wir uns über einen TCP Socket auf Port 2526 mit dem Modul verbinden und Daten austauschen. Empfangene Daten werden folgendermaßen angezeigt. Gesendet wurde "Hallo Leute" + LF + CR.

<\r><\n>
+IPD,0,11:Hallo Leute<\r><\n>
OK<\r><\n>

+IPD kommt immer, 0 ist die erste Verbindung. Wenn 2 Geräte gleichzeitig eine Verbindung aufgebaut haben, steht dort eine 1. 11 Zeichen wurden empfangen, dann kommen die Daten.

Zum Senden von Daten vom Modul zum Client geht man folgenderweise vor. Erstmal sagen wir dem Modul, wieviele Daten wir an welche Verbindung schicken wollen. Mit dem Befehl AT+CIPSEND=0,5 z. B. sagen wir dem Modul wir möchten 5 Bytes an Verbindung 0 senden. Nach diesem Befehl werden die nächsten 5 Zeichen direkt an die Verbindung weitergereicht.
Sollte keine aktive Verbindung bestehen, sendet das Modul
AT+CIPSEND=0,5<\r><\r><\n>link is not<\r><\n>
ansonsten kommt
<\r><\n> >
und man kann Daten senden. Nach dem absenden der Daten 'Leute' + LF + CR sendet das Modul
Leute<\r><\r><\n>busy<\r><\n>
<\r><\n>
busy<\r><\n>
<\r><\n>
SEND OK<\r><\n>

Einstellen des Moduls als Station

== Software Development Kit (SDK) ==
Mit dem SDK können eigene Applikationen programmiert und die im SDK vorhandenen Beispiele "AT" und "IoT" verändert werden. Das SDK wird vom Hersteller zur Verfügung gestellt (Stand 25.10.2014). Passend zum SDK existiert eine virtuelle Maschine mit eingerichtetem gcc zum Kompilieren. Insbesondere der nun verfügbare gcc basiert auf einer Community-Entwicklung.

[http://bbs.espressif.com/viewforum.php?f=5&sid=3cf7540ab17805367e6a45d2c4682fc9 SDK0.9.2 + virtuelle Linuxmaschine mit eingerichtetem gcc]

[https://drive.google.com/folderview?id=0B5bwBE9A5dBXaExvdDExVFNrUXM&usp=sharing Alternativlink für die virtuelle Maschine + Anleitung/HOWTO für das Setup sowie für das Kompilieren]

=== Firmware updaten ===
Typischerweise wird eine kompilierte Firmware per UART-Bootloader des ESP8266-SoC auf einen Flash-Chip eines ESP8266-Moduls geladen. Von dort startet der ESP8266-SoC anschließend die Firmware.

[http://bbs.espressif.com/viewtopic.php?f=5&t=433 Flash Download Tool vom Hersteller] 
[http://github.com/themadinventor/esptool Python Tool zum Flashen (von Fredrik Ahlberg)] 
[http://github.com/3s1d/esp_prog Extension zum Tool von Fredrik Ahlberg] 
[http://www.mikrocontroller.net/topic/342240?page=2#3857075 Tool zum Flashen (von Christian Klippel)] 
[http://defcon-cc.dyndns.org/wiki/ESP8266#Update Anleitung, extern] 
[http://www.mikrocontroller.net/topic/342240?page=3#3810559 Anleitung, Forum]

Der Hersteller veröffentlich regelmässig [http://bbs.espressif.com/viewforum.php?f=5 Firmwareupdates] als Bestandteil des esp_iot_sdk. Die Firmware-Dateien befinden sich im Verzeichnis bin. Das Update wird beispielweise für Firmware 0.9.5 folgendermaßen durchgeführt: 
<pre>
python esptool.py --baud 9600 --port com6 write_flash 0x00000 boot_v1.2.bin 0x01000 at/user1.512.new.bin 0x3e000 blank.bin 0x7e000 blank.bin
</pre>

Abhängig von der Flashgröße muß man die Firmware ab Version 1.0.1 selbst compilieren. Siehe Dieskussion [http://www.esp8266.com/viewtopic.php?p=16515 hier] und [http://bbs.espressif.com/viewtopic.php?f=16&t=400 hier].

=== Anmerkung ===
Mit dem SDK wird der Mikrocontroller progammiert, der sich direkt auf dem ESP8266-SoC-Chip befindet. Dies ist nicht zu verwechseln mit Programmieranleitungen zur UART-Ansteuerung des ESP8266-SoC (meist mit AT-Firmware) mit einem anderen Mikrocontroller.

==Checkliste bei Problemen mit dem Modul/Compiler/SDK==
Bitte berücksichtige bei der Frage nach Hilfestellung zu Deinem Problem die folgende Checkliste.

'''Bei Problemen mit der AT-Firmware/UART-Ansteuerung mit Mikrocontroller'''
# Was nutzt Du für die Stromversorgung? (Ganz knapp benennen, so dass Rückschlüsse auf Spannung und Stromstärke möglich sind)
# Welche Firmware-Version verwendest Du und von woher hast Du sie?
# Welchen Mikrocontroller verwendest Du?
# Welche Baudrate verwendest Du?
# "Sieht" das Modul den AP, "sieht" der PC das Modul?
# Funktioniert ein Connect?
# Welche AT-Befehlssequenz verwendest Du und was antwortet das Modul?

'''Bei Problemen mit dem SDK/Compiler'''
# Benutzt Du die neuste, offizielle VM? (Diese ist ausgelegt für das neueste SDK)
# Benutzt Du das neueste, offizielle SDK? Welche Version benutzt Du? (Es werden regelmäßig Bugfixes und Erweiterungen eingepflegt)
# Kannst Du die SDK-Beispiele (IoT,AT) entsprechend der offiziellen Anleitung kompilieren, flashen und läuft es?

== SDK Programmers Guide ==
(ggf. später in eigenen Artikel)

''' GPIO Initialisieren, Setzen, Löschen, Lesen: '''
<pre>
// GPIO4 als Eingang deklarieren
PIN_FUNC_SELECT(PERIPHS_IO_MUX_GPIO4_U, FUNC_GPIO4);
// GPIO4 internen Pullup aktivieren
PIN_PULLUP_EN(PERIPHS_IO_MUX_GPIO4_U);
if(GPIO_INPUT_GET(4) == 1) {
os_printf("GPIO4\n");
}
</pre>
 
''' UART ECHO LOOP: ''' TODO 
''' ADC lesen: ''' TODO 

=== Watchdog und Timer ===
<h4>
In der C Datei in der der Watchdog an/ausgeschaltet werden soll
folgendes definieren:
</h4>
<pre>
extern void ets_wdt_enable(void);
extern void ets_wdt_disable(void);
</pre>
<h4>
Diese beiden Funktionen sind im internen ROM.
Dann eben diese Funktionen entsprechend aufrufen.
</h4>
<h4>
Es gibt auch noch:
</h4>
<pre>
extern void wdt_feed(void);
</pre>
<h4>
Wird diese Funktion aufgerufen wird der Watchdog zurückgesetzt und
startet wieder bei 0.
</h4>

''' Interrupts: ''' TODO 
''' WLAN UDP/TCP ECHO LOOP: ''' TODO 
''' Minimalbeispiel1: GPIO/LED schalten mittels UART: ''' TODO 
''' Minimalbeispiel2: GPIO/LED schalten von einem zweiten Modul aus: ''' TODO 

=== Power-/Sleep-Modes ===
Der Stromverbrauch des ESP8266 ist abhängig von vielen Faktoren, er läßt sich aber durch geschickte Programmierung durchaus deutlich senken. 
So ist es nicht notwendig, dass das WIFI-Modem oder der Mikrocontroller ständig läuft um z.B. eine WLAN-Türklingel zu realisieren. Im "Deep-Sleep" würde der ESP8266 dann nur 10uA verbrauchen, bis er über einen GPI-Interrupt geweckt wird und die Meldung absetzt. 
Zu beachten ist, dass in diesem Moment die WLAN und Netzwerkanmeldung neu startet und hierfür eine gewisse Zeit benötigt wird. 

[http://bbs.espressif.com/viewtopic.php?f=6&t=133 detailierte Übersicht der verschieden Modi und deren Stromverbrauch von Espressif] 

== Links ==
[http://www.esp8266.com/ ESP8266 Community Forum] 
[http://github.com/esp8266 ESP8266 Github mit Wiki und Source-Code Samples] 
[http://defcon-cc.dyndns.org/wiki/ESP8266 ESP8266-Informationen] 

[http://www.mikrocontroller.net/topic/348772 Topic neu im mikrocontroller.net-Forum] 

[http://www.mikrocontroller.net/topic/342240 Topic alt im mikrocontroller.net-Forum] 
[http://www.mikrocontroller.net/topic/342878 Sammelbestellungen im mikrocontroller.net-Forum]

=== Dokumente ===
[https://drive.google.com/folderview?id=0B5bwBE9A5dBXaExvdDExVFNrUXM&usp=sharing Anleitung/HOWTO für das Setup der virtuellen Maschine (SDK) sowie für das Kompilieren] 
[https://nurdspace.nl/ESP8266 Übersetztes Datenblatt] 
[http://www.electrodragon.com/w/Wi07c AT Instructions Set (English)] und [http://www.electrodragon.com/w/Wi07c#First_time_use_guide Anleitung zum Betrieb an einem Arduino (inkl. Code)] 
[http://thomaspfeifer.net/esp8266_wlan_seriell_modul_at_kommandos.htm Beschreibung der AT-Kommandos mit Beispielen] 
[http://www.mikrocontroller.net/attachment/229016/Espressif_IoT_AT____v0.1.5.906.pdf Espressif AT Instruction Set(Chinese)] 
[http://www.seeedstudio.com/document/pdf/ESP8266%20Specifications(Chinese).pdf ESP8266 Specifications(Chinese)] 

===Daten===
[http://bbs.espressif.com/viewforum.php?f=5&sid=3cf7540ab17805367e6a45d2c4682fc9 SDK0.9.2 + virtuelle Linuxmaschine mit eingerichtetem gcc] 
[https://drive.google.com/folderview?id=0B5bwBE9A5dBXaExvdDExVFNrUXM&usp=sharing Alternativlink für die virtuelle Maschine] 
[https://onedrive.live.com/#cid=C4DDF72E6EEA3826&id=C4DDF72E6EEA3826%21631 Dateien (Xplorer+SDK+PDF+etc.)] 
[http://www.mikrocontroller.net/attachment/230185/esp8266_config_v050.exe Config-Tool] 

=== Bezugsquellen ===
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==Anderes==
*[http://www.mikrocontroller.net/articles/ESP8266-CPCB PCB für Community-Modul (Vorschlag)]
*[http://fkainka.de/esp8266-in-der-arduino-ide/ ESP8266 mit Arduino IDE programmieren]

== Einzelnachweise ==
<references />

--von [[axhieb]]

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[[Kategorie:Funk]]
[[Kategorie:Wlan]]

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