本文以STM32F1系列的微控制器為例，詳細講解Marvell公司的88W8686/88W8782/88W8801 WiFi模組驅動程式的編寫。編寫程式時為了程式碼簡短起見，直接用暫存器操作，不使用STM32庫函式。IDE採用Keil uVision5。為了儲存下WiFi模組龐大的韌體，以及方便lwip的移植，請儘量採用較大SRAM和Flash容量的微控制器（如High-density或XL-density系列的），這裡筆者用的是STMF103RET6（引腳數64，SRAM容量64KB，Flash容量512KB）。因為Connectivity line系列的STM32F105/107微控制器沒有SDIO介面，所以請不要使用這兩種微控制器來測試。STM32F103C8T6容量太小，雖然Flash程式儲存空間有64KB，但SRAM執行記憶體只有20KB，不方便lwip協議棧的移植，所以最好也不要使用（當然這種情況改用uip協議棧也行，uip在SRAM容量才1KB的ATMega16微控制器上都能執行）。

88W8686已經是比較老的晶片了，其資料手冊（datasheet）的釋出時間是2007年2月20日。淘寶網上可以買到晶片組（Chip Set）為88W8686的WM-G-MR-09模組，價格比較貴，85元一個。其韌體（firmware）及Fedora Linux下的驅動程式可直接在Marvell的官方網站上下載到，壓縮包名稱為SD-8686-LINUX26-SYSKT-9.70.3.p24-26409.P45-GPL.zip，裡面有兩個韌體：helper_sd.bin和sd8686.bin，最後修改日期都是2008年2月29日。

賣家世訊電子提供了STM32103RET6驅動該網絡卡的程式。但該程式可靠性很差，程式碼既亂又複雜而且很難看懂，掃描熱點時經常出現problem fetching packet from firmware, rewhile的錯誤，連線熱點時有時候會出現認證失敗的錯誤type=0x888e!，一連線失敗就直接重啟微控制器，而且與WPA2-PSK認證有關的程式碼被封裝到了wap_wpa2_lib.lib檔案中，不開放原始碼。這也是筆者寫本教程的原因：自己編寫出高可靠性的驅動程式！

較新的88W8782和88W8801模組價格更便宜，大概20~30塊錢一個，支援建立AP模式的熱點，安卓手機可以不打補丁直接連線，但很多暫存器的地址和88W8686不一樣。其韌體和Linuxl驅動程式無法在Marvell的官方網站上下載到，但可在淘寶的賣家那裡獲得，還可以獲得資料手冊PDF文件。資料手冊的釋出時間分別為2011年4月6日和2013年8月19日。壓縮包的名稱分別為SD－UAPSTA－8782－FC13－MMC－14.69.12.p35－M2614336_B0－GPL_new.zip和SD-UAPSTA-8801-FC18-MMC-14.76.36.p61-C3X14090_B0-GPL.zip。每個模組只有一個韌體，分別是sd8782_uapsta.bin和sd8801_uapsta.bin，最後修改日期分別為2012年8月16日和2015年2月25日。

 

本文主要講解88W8686模組，同時也會順帶說明如何在88W8782/8801這兩款晶片上執行所寫的程式。

這些WiFi模組都是SD I/O卡，而我們平常在手機裡面插的記憶體卡屬於SD memory卡。SDIO card和SD memory card都可以用STM32微控制器的SDIO介面來操作，但它們所支援的命令不一樣。後者支援很多命令，比如復位命令CMD0、寫資料塊命令CMD24~25、讀資料塊命令CMD17~18等等。但前者就只支援CMD0、3、5、7、15、52、53這幾個命令，並且CMD0不是復位命令，而是從SDIO模式切換到SPI模式的命令。並且，兩者的初始化時序也不一樣。

其中，Part1_Physical_Layer_Simplified_Specification_Ver6.00是SD memory卡的文件，PartE1_SDIO_Simplified_Specification_Ver3.00是SDIO卡的文件。PartE7_Wireless_LAN_Simplified_Addendum_Ver1.10雖然是介紹SDIO WiFi卡的文件，但和本文所講的WiFi模組沒有任何關係，因此不必下載。

接下來，筆者將參考Part E1文件，講解SDIO WiFi卡的初始化方法。

工程的建立：在Keil中新建一個STM32F103RE的工程，並勾選上啟動程式碼CMSIS/CORE和Device/Startup：

如果要使用STM32的庫函式，則還需要勾選Device/StdPeriph Drivers中的專案（本文不使用庫函式，因此不必勾選）：

工程建好後，Keil已經幫我們自動新增好了啟動檔案startup_stm32f10x_hd.s，其中hd是指high-density。

在其中建立main.c檔案，以及存放WiFi驅動程式的檔案WiFi.h和WiFi.c。

以下是88W8686 WiFi模組與STM32微控制器的連線。

SDIO_CLK接PC12，SDIO_CMD接PD2，資料線D0~D3接PC8~11。

在筆者所用的的開發板上，VCC3V3引腳不是直接連線到電源的，而是通過一個場效電晶體接到PB12上的。當開發板外接了5V的電源插頭，並且PB12為低電平時，WiFi模組才通電工作。下載程式時，PB12輸出高阻態，此時WiFi模組斷電。每次微控制器復位時，WiFi模組也就跟著自動復位。自己焊的板子可以用一個PNP三極體來代替場效電晶體Q1。

1. RCC->AHBENR = RCC_AHBENR_SDIOEN;  
2. RCC->APB1ENR = RCC_APB1ENR_TIM6EN;  
3. RCC->APB2ENR = RCC_APB2ENR_IOPAEN | RCC_APB2ENR_IOPBEN | RCC_APB2ENR_IOPCEN | RCC_APB2ENR_IOPDEN| RCC_APB2ENR_USART1EN;  
4. GPIOA->CRH = 0x000004b0;  
5. GPIOB->CRH = 0x00030000; // PB12為WiFi模組電源開關, PB12=0時開啟WiFi模組
6. GPIOC->CRH = 0x000bbbbb;  
7. GPIOD->CRL = 0x00000b00;  
8. USART1->BRR = 0x271;  
9. USART1->CR1 = USART_CR1_UE | USART_CR1_TE;  

在main函式中，首先開啟SDIO、GPIOA~D、定時器TIM6和串列埠USART1的時鐘，需要先開啟時鐘才能使用這些STM32外設。這些外設分別在AHB、APB1和APB2總線上。AHB和APB2的時鐘頻率為72MHz，而APB1的頻率為36MHz。STM32外接的外部高速晶振HSE只有8MHz，這些頻率都是RCC上的PLL倍頻器產生的。
接下來配置PA~PD的I/O口。CRL負責Px0~Px7，CRH負責Px8~Px15。每個十六進位制數位配置一個埠，最低位為Px8或Px0，最高位為Px15或Px7。

對於USART1串列埠，傳送埠USART1_TX為PA9，設定為複用推輓輸出，速度為50MHz：b，接收埠USART1_RX為PA10，設定為浮空輸入：4。

PB12為外接的電源開關，最開始為高阻態，WiFi模組為斷電狀態。當設定CRH為3（推輓輸出，速度為50MHz）後，因為GPIOB->ODR為0，所以PB12輸出低電平，WiFi模組通電。

PC8~11為SDIO資料埠D0~D3，PC12為SDIO時鐘引腳，PD2為SDIO命令埠。這些都應該設定為複用推輓輸出50MHz，因此都設為b。

由STM32F103的參考手冊（Reference manual）的9.1.11 GPIO configurations for device peripherals中的表格可知，所有的SDIO引腳都應該設為複用推輓輸出。

推輓和開漏輸出的區別：推輓輸出可以輸出低電平（ODR=0）和高電平（ODR=1）。開漏輸出可以輸出低電平（ODR=0），但不能輸出高電平，當ODR=1時輸出高阻態，高阻態相當於斷開了埠與電源的連線。

GPIO_CRH/CRL配置方法（加粗的表示常用）：

每1位16進位制數表示一個I/O埠。
1為10MHz推輓輸出（推輓輸出適合直接驅動）（複用為9）
2為2MHz推輓輸出（複用為a）
3為50MHz推輓輸出（複用為b）

5為10MHz開漏輸出（開漏輸出適合接三極體基極）（複用為d）
6為2MHz開漏輸出（複用為e）
7為50MHz開漏輸出（複用為f）

0為模擬輸入/輸出
4為浮空輸入
8為帶上/下拉電阻的輸入（ODR=0為下拉，1為上拉），上拉輸入表示IDR的預設值為1，下拉輸入表示IDR的預設值為0

當使用帶上下拉電阻的輸入模式時，該埠對應的ODR位的值就表示預設的輸入電平。當該埠懸空時，IDR=ODR。否則IDR就等於輸入的電平值。

一般情況下，PNP型三極體的發射極都是接的+5V，如果基極通過電阻接到微控制器的I/O口上並配置為開漏輸出，則當ODR=0時，三極體飽和導通，發射極與基極間的電壓為0.7V，基極電阻兩端的電壓為4.3V；當ODR=1時輸出高阻態，相當於基極直接懸空，三極體截止。所以開漏輸出特別適合接三極體的基極。如果配置為推輓輸出，那麼當ODR=1時，I/O口輸出的是3.3V的高電平，5V-3.3V=1.7V高於導通電壓0.7V，因此三極體還是導通的，且基極電阻兩端的電壓為1V。

所以，如果WiFi模組的電源上接的是PNP三極體，那麼只有將PB12配置為開漏輸出（7）後，才能通過ODR暫存器控制WiFi模組電源的通斷。

接著配置串列埠USART1，BRR為波特率。USART1是在APB2總線上的外設，該匯流排的時鐘為72MHz，也就是72000000Hz。欲設定的波特率為115200，72000000 ÷ 115200 = 625 = 0x271，因此，BRR=0x271。CR1為控制暫存器，UE表示啟動該外設，TE表示允許傳送。

為了在程式中使用printf函式向串列埠輸出資訊，需要引入stdio.h標頭檔案，然後實現fputc函式。printf函式使用的是C語言標準輸出流stdout，因此fp=stdout。ch為要輸出的每個字元。若輸出的是換行符\n，為了正確換行，需要先輸出一個回車符\r組成\r\n。向USART1的DR暫存器寫入資料前，必須先等待SR暫存器中的TXE位（傳送緩衝區空）變為1。寫入資料後，串列埠外設將自動傳送資料。最後函式必須返回ch的原有內容。

1. #include <stdio.h>
2. int fputc(int ch, FILE *fp)  
3. {  
4.     if (fp == stdout)  
5.     {  
6.         if (ch == '\n')  
7.         {  
8.             while ((USART1->SR & USART_SR_TXE) == 0);  
9.             USART1->DR = '\r';  
10.         }  
11.         while ((USART1->SR & USART_SR_TXE) == 0);  
12.         USART1->DR = ch;  
13.     }  
14.     return ch;  
15. }  

此外還需在專案屬性裡勾選上“Use MicroLIB”選項。

J-Link下載器配置：在Debug選項卡中選擇J-Link作為除錯工具，並在設定對話方塊裡勾選上Reset and Run複選框，以便下載完成後程式能自動開始執行。

STM32 SDIO外設的初始化

串列埠初始化完畢後便開始執行Card_Init函式：SDIO卡初始化函式。

1. printf("Initialization begins...\n");  
2. SDIO->POWER = SDIO_POWER_PWRCTRL;  
3. SDIO->CLKCR = SDIO_CLKCR_CLKEN | 178; // 初始化時最高允許的頻率: 72MHz/(178+2)=400kHz
4. delay(5); // 延時可防止CMD5重發

首先將SDIO_POWER暫存器中的PWRCTRL位置位，啟動SDIO外設。以下是STM32F1參考手冊中的SDIO_POWER暫存器的說明：

只有當該暫存器的第1~0位同時為1時才能啟動該外設。

在STM32F10x.h標頭檔案中，有如下的定義：

1. /******************  Bit definition for SDIO_POWER register  ******************/
2. #define  SDIO_POWER_PWRCTRL                  ((uint8_t)0x03)               /*!< PWRCTRL[1:0] bits (Power supply control bits) */
3. #define  SDIO_POWER_PWRCTRL_0                ((uint8_t)0x01)               /*!< Bit 0 */
4. #define  SDIO_POWER_PWRCTRL_1                ((uint8_t)0x02)               /*!< Bit 1 */

SDIO_POWER_PWRCTRL表示PWRCTRL的全部位，即第1~0位。SDIO_POWER_PWRCTRL_0表示第0位，SDIO_POWER_PWRCTRL_1表示第1位。

接著配置SDIO_CLKCR暫存器。該暫存器的CLKEN位決定是否啟用時鐘引腳SDIO_CK，即是否向PC12引腳輸出時鐘訊號。CLKDIV為時鐘分頻係數。

PC12引腳上的頻率為：SDIO外設的頻率 ÷ (CLKDIV + 2)

因為SDIO是AHB總線上的外設，所以SDIO外設的頻率等於AHB匯流排的頻率（記為HCLK），為72MHz。

程式中配置的是CLKDIV=178，因此分頻後，在PC12引腳上輸出的時鐘頻率就是400kHz。這是SD卡在初始化時所允許的最高頻率。只有當SDIO總線上掛接的所有SD卡都初始化完畢了之後，這一頻率才允許提高。

然後呼叫delay函式延時5毫秒。延時的目的是上電後使器件做好準備，降低CMD5命令重發的可能性，但這不能完全防止CMD5重發。delay函式的實現如下：

1. // 延時n毫秒
2. void delay(uint16_t n)  
3. {  
4.     TIM6->ARR = 10 * n - 1; // nms
5.     TIM6->PSC = 7199; // 72MHz/7200=10kHz
6.     TIM6->CR1 = TIM_CR1_URS | TIM_CR1_OPM; // UG不置位UIF, 非迴圈模式
7.     TIM6->EGR = TIM_EGR_UG; // 儲存設定
8.     TIM6->CR1 |= TIM_CR1_CEN; // 開始計時
9.     while ((TIM6->SR & TIM_SR_UIF) == 0); // 等待計時完畢
10.     TIM6->SR &= ~TIM_SR_UIF; // 清除溢位標誌
11. }  

該函式使用了STM32中的基本定時器TIM6。ARR為計數量，這裡n=5，ARR=49，PSC為分頻係數，PSC=7199為7200分頻。這裡要注意的是，雖然TIM6是APB1總線上的外設，但提供的時鐘卻是2×36MHz=72MHz（見下圖），所以分頻後是10kHz。OPM=1表示定時器溢位後自動關閉，即只計時一次。UG=1表示使ARR和PSC中的值立即生效。URS=1表示執行UG=1時不將溢位標誌UIF置位。接著CEN置1開始計時，用while迴圈等待溢位標誌UIF置位，起到延時的目的。當CNT的值從49跳變到0的瞬間，UIF置位，CEN自動清零關閉定時器，跳出while迴圈。然後清除UIF標誌位，以便於下次延時。

CEN剛置位時，CNT=0。經過1/(10kHz)=0.1ms後，CNT從0跳變到1。經過4.9ms後，CNT從48跳變到49。經過5ms後，CNT剛好從49跳變到0。

SDIO卡的初始化流程見Part E1文件的圖3-2。首先以空引數（ARG=0）傳送一個CMD5命令，檢查有無迴應。若有迴應，則設定引數ARG後再次傳送CMD5，檢查迴應中的MP（Memory Present）位後決定之後的流程。

在STM32 SDIO外設中，使用SDIO_CMD暫存器傳送命令，使用SDIO_ARG暫存器設定命令引數。

在SDIO_CMD暫存器中，CMDINDEX決定命令號，CPSMEN=1時傳送命令（該位不會自動清零，只要寫完暫存器後該位為1，就傳送命令）。WAITRESP=00時不等待迴應，WAITRESP=01時等待48位的短迴應，WAITRESP=11時等待136位的的長迴應。迴應的內容儲存在RESP1~4暫存器中。

1. /* 傳送CMD5: IO_SEND_OP_COND */
2. SDIO->CMD = SDIO_CMD_CPSMEN | SDIO_CMD_WAITRESP_0 | 5;  
3. while (SDIO->STA & SDIO_STA_CMDACT);  
4. Card_CheckCommand(); // 為了保險起見還是要檢查一下是否要重發命令
5. if (SDIO->STA & SDIO_STA_CMDREND)  
6. {  
7.     SDIO->ICR = SDIO_ICR_CMDRENDC;  
8.     Card_ShowShortResponse();  
9. }  

因為上電後ARG暫存器的預設值為0，所以這裡沒有寫SDIO->ARG=0;。這裡以空引數傳送CMD5，只將WAITRESP的第0位置1，等待短迴應。SDIO_STA_CMDACT=1表示命令正在傳送。由於之前延時5ms並不能100%保證命令不會出現超時，所以呼叫Card_CheckCommand函式檢查一下等待迴應是否超時。如果超時就重發命令。若收到了迴應，則SDIO_STA_CMDREND自動置1，對SDIO_ICR_CMDRENDC寫1清除該位，然後呼叫Card_ShowShortResponse函式顯示命令的迴應內容。

1. // 檢查命令是否收到了迴應, 若沒收到則重發命令
2. void Card_CheckCommand(void)  
3. {  
4.     while (SDIO->STA & SDIO_STA_CTIMEOUT)  
5.     {  
6.         SDIO->ICR = SDIO_ICR_CTIMEOUTC; // 清除標誌
7.         SDIO->CMD = SDIO->CMD; // 重發
8.         printf("Timeout! Resend CMD%d\n", SDIO->CMD & SDIO_CMD_CMDINDEX);  
9.         while (SDIO->STA & SDIO_STA_CMDACT);  
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