ESP32 IDF开发 应用篇⑭ Wifi TCP客户端和服务器通讯
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1、博主写这篇技术文章的目标：
（1）、了解 tcp udp的通讯特点；
（2）、了解客户端和服务器的特点；
（3）、掌握tcp客户端和服务器编程；
2、 概述
在前面章节已经为大家先容了ESP32 WIFI STA 及AP模式的基本应用，本章是基于wifi sta模式开发。Tcp的理论知识这里就不过多先容，大家百度一下比我解提及来好多了。
（1） Tcp 与udp的区别及各自的特点
TCP：
•面向连接的：发数据前要举行连接。
•可靠的连接：TCP 连接传送的数据，无不对，不丢失，不重复，且按序到达。
•点到点：TCP 连接传送的数据，无不对，不丢失，不重复，且按序到达
•最大长度有限：仅 1500 字节。（http 和 websocket 都是采用TCP通讯）
UDP：
•无连接的：发数据前不需要创建连接。
•不可靠：尽最大努力交付，即不保证可靠交付。
•支持一对一，一对多，多对一和多对多的交互通讯
•占用资源少，发送数据快。
（2） 客户端与服务端的区别
服务端：创建并监听多个连接，服务端可以监听多个客户端发过来的连接；
客户端：创建并发起连接，多个客户端可以连接到同一个服务端；
3、 Socket API库的先容
1、 TCP 编程的客户端一般步调是：
（1）创建一个 socket，用函数 socket()；
（2）设置 socket 属性，用函数 setsockopt();(可选)
（3）绑定 IP 地点、端口等信息到 socket 上，用函数 bind();* 可选
（4）设置要连接的对方的 IP 地点和端口等属性；
（5）连接服务器，用函数 connect()；
（6） 收发数据，用函数 send()和 recv()，大概 read()和 write();
（7）关闭网络连接；
2、TCP 编程的服务器端一般步调是：
（1）创建一个 socket，用函数 socket()；
（2）设置 socket 属性，用函数 setsockopt();（可选）
（3）绑定 IP 地点、端口等信息到 socket 上，用函数 bind();
（4）开启监听，用函数 listen()；
（5）接收客户端上来的连接，用函数 accept()；
（6）收发数据，用函数 send()和 recv()，大概 read()和 write();
（7）关闭网络连接； closesocket();
（8）关闭监听；
ESP32 使用的是 LwIP，LwIP 是特殊适用于嵌入式装备的小型开源 TCP/IP 协议栈，对内
存资源占用很小。ESP-IDF 即是移植了 LwIP 协议栈。
我们这里直接使用标准 socket API接口,API函数只做简单的先容，跟详细的socket API大家可以百度
创建连接 socket();
连接服务端函数：connect();
关闭 socket 函数：close();
获取 socket 错误代码：getsocketopt();
接收数据函数：recv();
发送数据函数：send();
绑定函数：bing();
监听函数：listen();
获取连接函数：accept();
更多API 参考esp-idf\components\lwip\lwip\src\include\lwip\sockets.h
4、 软件设计
（1）、客户端软件设计
①、等候wifi sta连接好路由器
②、创建连接服务端的socket
client_connect_socket = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);
③、设置连接服务器信息，端口和IP
server_addr.sin_family = AF_INET;
server_addr.sin_port = htons(port);
server_addr.sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);
④、然后开始连接
connect(client_connect_socket, (struct sockaddr *)&server_addr, sizeof(server_addr)
⑤收发数据使用recv();send();函数
（2）、服务端软件设计
①、等候wifi sta连接好路由器
②、创建服务端的socket
③、设置新建的server socket参数
④、绑定ip和端口号bind()
⑤、开始监听有没有客户端连接上来
listen(server_socket, 1) 而且设置允许最大连接客户端的数量
⑥、获取连接的socket
accept(server_socket, (struct sockaddr *)&client_addr, &socklen)
⑦、收发数据使用recv();send();函数
5、 实例
复制wifi sta工程改名字为 idf_wifi_tcp（由于本例程是基于wifi sta）即可 文件名字改为 idf_wifi_tcp.C makefile文件也改成 PROJECT_NAME := idf_wifi_tcp即可，然后复制一下代码测试。
在编译之前，为大家收支一个知识点，解说一下如安在工程下面创建一个文件夹来管理.c和.h文件。
以此工程为例解说
（1）、在idf_wifi_tcp文件夹下面新建文件夹network，而且添加自己的.c和.h文件
（2）、在network文件夹下面添加文件component.mk，文件内容为COMPONENT_ADD_INCLUDEDIRS := .
https://i-blog.csdnimg.cn/blog_migrate/63e88a7f372272e37a9a82ef198c09b1.png
https://i-blog.csdnimg.cn/blog_migrate/c181ff4be172123c7c3e30d33210e13c.png
（3）、然后在工程的Makefile文件下面添加编译路径：
EXTRA_COMPONENT_DIRS := $(IDF_PATH)/examples/lyy/idf_wifi_tcp/network
https://i-blog.csdnimg.cn/blog_migrate/84be61fd9b6022def24701ffa6698c63.png
（4）、最后make clean
make flash monitor
代码：idf_wifi_tcp.c文件
/**********************************************************************
* 文件名： idf_wifi_tcp.c
* 创建人：
* 创建日期：
* 修改人：
* 修改日期：
* 版本号： V1.1
* 备注：
* 公司：
********************************************************************/
#include <stdio.h>
#include <string.h>
#include <unistd.h>
#include "freertos/FreeRTOS.h"
#include "freertos/task.h"
#include "freertos/event_groups.h"
#include "nvs.h"
#include "esp_log.h"
#include "nvs_flash.h"
#include "esp_system.h"
#include "esp_wifi.h"
#include "esp_event.h"
#include "lwip/err.h"
#include "lwip/sys.h"
#include "tcp_bsp.h"
static const char *TAG = "WIFI_TCP";
//事件标志组
EventGroupHandle_t xCreatedEventGroup_WifiConnect = NULL;
static int retry_num = 0;
/***********************************************************************
* 函数:
* 描述: wifi 回调函数
* 参数:
* 返回: 无
* 备注：
************************************************************************/
static void event_handler(void* arg, esp_event_base_t event_base,int32_t event_id, void* event_data)
{
ESP_LOGI(TAG, "event_base: %s; event_id : %d",event_base,event_id);
if (event_base == WIFI_EVENT && event_id == WIFI_EVENT_STA_START)
{
esp_wifi_connect();//开始连接
}
else if (event_base == WIFI_EVENT && event_id == WIFI_EVENT_STA_DISCONNECTED) //wifi断开时
{
if (retry_num < CONFIG_ESP_MAXIMUM_RETRY) //重新连接次数
{
esp_wifi_connect();
retry_num++;
ESP_LOGI(TAG, "retry to connect to the AP");
}
else
{
xEventGroupSetBits(xCreatedEventGroup_WifiConnect, WIFI_FAIL_BIT);
xEventGroupClearBits(xCreatedEventGroup_WifiConnect, WIFI_CONNECTED_BIT);
}
ESP_LOGI(TAG,"connect to the AP fail");
}
else if (event_base == IP_EVENT && event_id == IP_EVENT_STA_GOT_IP)//获得IP
{
ip_event_got_ip_t* event = (ip_event_got_ip_t*) event_data;
ESP_LOGI(TAG, "got ip:" IPSTR, IP2STR(&event->ip_info.ip));
retry_num = 0;
xEventGroupSetBits(xCreatedEventGroup_WifiConnect, WIFI_CONNECTED_BIT);
xEventGroupClearBits(xCreatedEventGroup_WifiConnect, WIFI_FAIL_BIT);
}
}
/***********************************************************************
* 函数:
* 描述: wifi sta初始化代码相对比较固定，一般不需要做修改
* 参数:
* 返回: 无
* 备注：
************************************************************************/
void wifi_init_sta(void)
{
ESP_ERROR_CHECK(esp_netif_init());//初始化TCP / IP堆栈和esp-netif
ESP_ERROR_CHECK(esp_event_loop_create_default()); //创建默认event loop
esp_netif_create_default_wifi_sta();//创建默认的WIFI STA。
wifi_init_config_t cfg = WIFI_INIT_CONFIG_DEFAULT();//给wifi_init_config_t结构体初始化系统默认的数据
ESP_ERROR_CHECK(esp_wifi_init(&cfg));//使用默认的参数初始化wifi
//注册wifi 连接过程中回调函数
ESP_ERROR_CHECK(esp_event_handler_register(WIFI_EVENT, ESP_EVENT_ANY_ID, &event_handler, NULL));
ESP_ERROR_CHECK(esp_event_handler_register(IP_EVENT, IP_EVENT_STA_GOT_IP, &event_handler, NULL));
//设置账户和密码,在menuconfig中设置
wifi_config_t wifi_config = {
.sta = {
.ssid = CONFIG_ESP_WIFI_SSID,
.password = CONFIG_ESP_WIFI_PASSWORD
//.ssid = "ssid",
//.password = "password"
},
};
ESP_ERROR_CHECK(esp_wifi_set_mode(WIFI_MODE_STA) );//设置为sta模式
ESP_ERROR_CHECK(esp_wifi_set_config(ESP_IF_WIFI_STA, &wifi_config) );
ESP_ERROR_CHECK(esp_wifi_start() );//启动
ESP_LOGI(TAG, "wifi_init_sta finished.");
}
/***********************************************************************
* 函数:
* 描述: 主函数
* 参数:
* 返回: 无
* 备注：
************************************************************************/
void app_main()
{
//初始化NVS
esp_err_t ret = nvs_flash_init();
if (ret == ESP_ERR_NVS_NO_FREE_PAGES || ret == ESP_ERR_NVS_NEW_VERSION_FOUND) {
ESP_ERROR_CHECK(nvs_flash_erase());
ret = nvs_flash_init();
}
ESP_ERROR_CHECK(ret);
ESP_LOGI(TAG, "ESP_WIFI_MODE_STA");
//创建事件标志组，用于等待wifi连接
xCreatedEventGroup_WifiConnect = xEventGroupCreate();
//WIFI sta初始化
wifi_init_sta();
AppTaskCreate();
}
代码：tcp_bsp.c文件
#include <stdio.h>
#include <string.h>
#include <errno.h>
#include <stdlib.h>
#include "sdkconfig.h"
#include "freertos/FreeRTOS.h"
#include "freertos/task.h"
#include "esp_system.h"
#include "esp_spi_flash.h"
#include "esp_wifi.h"
#include <sys/socket.h>
#include "freertos/event_groups.h"
#include "esp_event.h"
#include "esp_err.h"
#include "nvs_flash.h"
#include "esp_smartconfig.h"
#include "esp_netif.h"
#include "esp_wpa2.h"
#include "esp_log.h"
#include "esp_ota_ops.h"
#include "nvs.h"
#include "tcp_bsp.h"
//任务句柄
static TaskHandle_t xHandleTaskTcpClinent = NULL;
static TaskHandle_t xHandleTaskTcpServer = NULL;
//任务堆栈大小，主要是函数嵌套参数入栈和局部变量的内存
#define TcpClinent_TASK_STACK_SIZE 8192
#define TcpServer_TASK_STACK_SIZE 8192
//任务优先级，越大越高，跟ucos相反
#define TcpClinent_TASK_PRIO 2
#define TcpServer_TASK_PRIO 3
static int client_connect_socket = 0; //客户端连接socket
static int server_socket = 0; //服务器创建的socket
static int server_connect_socket = 0; //有客户端连接到服务器的socket
//函数声明
static esp_err_t CreateTcpClient(const char *ip,uint16_t port);
static esp_err_t CreateTcpServer(bool isCreatServer,uint16_t port);
static void vTaskTcpClinent(void *pvParameters);
static void vTaskTcpServer(void *pvParameters);
/***********************************************************************
* 函数:
* 描述: 创建tcp接收发送任务，给外部使用
* 参数:
* 返回: 无
* 备注：
************************************************************************/
void AppTaskCreate(void)
{
xTaskCreate(vTaskTcpClinent, //任务函数
"vTaskTcpClinent", // 任务名
TcpClinent_TASK_STACK_SIZE, // 任务栈大小，单位 word，也就是 4 字节
NULL, //任务参数
TcpClinent_TASK_PRIO, //任务优先级
&xHandleTaskTcpClinent);
xTaskCreate(vTaskTcpServer, //任务函数
"vTaskTcpServer", // 任务名
TcpServer_TASK_STACK_SIZE, // 任务栈大小，单位 word，也就是 4 字节
NULL, //任务参数
TcpServer_TASK_PRIO, //任务优先级
&xHandleTaskTcpServer);
}
/***********************************************************************
* 函数:
* 描述: 创建tcp客户端连接
* 参数:ip：IP地址，port：端口号
* 返回: 无
* 备注：
************************************************************************/
static esp_err_t CreateTcpClient(const char *ip,uint16_t port)
{
static struct sockaddr_in server_addr; //server地址
//等待连接成功，或已经连接有断开连接，此函数会一直阻塞，只有有连接
EventBits_t bits =xEventGroupWaitBits(xCreatedEventGroup_WifiConnect,// 事件标志组句柄
WIFI_CONNECTED_BIT, // 等待bit0和bit1被设置
pdFALSE, //TRUE退出时bit0和bit1被清除，pdFALSE退出时bit0和bit1不清除
pdFALSE, //设置为pdTRUE表示等待bit1和bit0都被设置,pdFALSE表示等待bit1或bit0其中一个被设置
portMAX_DELAY); //等待延迟时间，一直等待
if (bits & WIFI_CONNECTED_BIT)
{
//新建socket
client_connect_socket = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);
if (client_connect_socket < 0)
{
close(client_connect_socket);
return ESP_FAIL;
}
//配置连接服务器信息
server_addr.sin_family = AF_INET;
server_addr.sin_port = htons(port);
server_addr.sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);
//连接服务器
if (connect(client_connect_socket, (struct sockaddr *)&server_addr, sizeof(server_addr)) < 0)
{
close(client_connect_socket);
return ESP_FAIL;
}
return ESP_OK;
}
else
{
return ESP_FAIL;
}
}
/***********************************************************************
* 函数:
* 描述: 客户端任务
* 参数:
* 返回: 无
* 备注：
************************************************************************/
static void vTaskTcpClinent(void *pvParameters)
{
int len = 0; //长度
uint8_t databuff; //缓存
//创建tcp客户端
if (CreateTcpClient(TCP_SERVER_ADRESS,TCP_SERVER_PORT) == ESP_OK)
{
ESP_LOGI("vTaskTcpClinent", "connect OK");
}
else
{
ESP_LOGI("vTaskTcpClinent", "connect FAIL");
}
for (;;)
{
//读取接收数据
len = recv(client_connect_socket, databuff, sizeof(databuff), 0);//阻塞函数
if (len > 0)//接收到数据
{
send(client_connect_socket, databuff, len, 0);
}
else
{
//断开连接
if (CreateTcpClient(TCP_SERVER_ADRESS,TCP_SERVER_PORT)== ESP_OK)
{
ESP_LOGI("vTaskTcpClinent", "connect OK");
}
vTaskDelay(500 / portTICK_PERIOD_MS);
}
vTaskDelay(50 / portTICK_PERIOD_MS);
}
}
/***********************************************************************
* 函数:
* 描述: 创建服务端监听任务
* 参数:isCreatServer：true创建socket并监听，false只监听，port监听的端口号
* 返回: 无
* 备注：
************************************************************************/
static esp_err_t CreateTcpServer(bool isCreatServer,uint16_t port)
{
static struct sockaddr_in client_addr;
static unsigned int socklen = sizeof(client_addr); //地址长度
//等待连接成功，或已经连接有断开连接，此函数会一直阻塞，只有有连接
EventBits_t bits =xEventGroupWaitBits(xCreatedEventGroup_WifiConnect,// 事件标志组句柄
WIFI_CONNECTED_BIT, // 等待bit0和bit1被设置
pdFALSE, //TRUE退出时bit0和bit1被清除，pdFALSE退出时bit0和bit1不清除
pdFALSE, //设置为pdTRUE表示等待bit1和bit0都被设置,pdFALSE表示等待bit1或bit0其中一个被设置
portMAX_DELAY); //等待延迟时间，一直等待
if (bits & WIFI_CONNECTED_BIT)
{
if (isCreatServer == true)
{
server_socket = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);
if (server_socket < 0)
{
close(server_socket);
return ESP_FAIL;
}
//配置新建server socket参数
client_addr.sin_family = AF_INET;
client_addr.sin_port = htons(port);
client_addr.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY);
//bind:地址的绑定
if (bind(server_socket, (struct sockaddr *)&client_addr, sizeof(client_addr)) < 0)
{
//bind失败后，关闭新建的socket，等待下次新建
close(server_socket);
return ESP_FAIL;
}
}
//listen，下次时，直接监听
if (listen(server_socket, 1) < 0)
{
//listen失败后，关闭新建的socket，等待下次新建
close(server_socket);
return ESP_FAIL;
}
//accept，搜寻全连接队列
server_connect_socket = accept(server_socket, (struct sockaddr *)&client_addr, &socklen);
if (server_connect_socket < 0)
{
//accept失败后，关闭新建的socket，等待下次新建
close(server_socket);
return ESP_FAIL;
}
return ESP_OK;
}
else
{
return ESP_FAIL;
}
}
/***********************************************************************
* 函数:
* 描述: 服务端任务
* 参数:
* 返回: 无
* 备注：
************************************************************************/
static void vTaskTcpServer(void *pvParameters)
{
int len = 0; //长度
uint8_t databuff; //缓存
//创建tcp客户端
CreateTcpServer(true,TCP_CLIENT_PORT);
for (;;)
{
//读取接收数据
len = recv(server_connect_socket, databuff, sizeof(databuff), 0);//阻塞函数
if (len > 0)//接收到数据
{
send(server_connect_socket, databuff, len, 0);
}
else
{
//断开连接
CreateTcpServer(false,TCP_CLIENT_PORT);
vTaskDelay(500 / portTICK_PERIOD_MS);
}
vTaskDelay(50 / portTICK_PERIOD_MS);
}
}
代码：tcp_bsp.h文件
#ifndef __TCP_BSP_H__
#define __TCP_BSP_H__
#ifdef __cplusplus
extern "C" {
#endif
#define TCP_SERVER_ADRESS "192.168.33.16" //作为client，要连接TCP服务器地址
#define TCP_SERVER_PORT 5200 //服务端端口
#define TCP_CLIENT_PORT 5000 //TCP客户端端口
#define WIFI_CONNECTED_BITBIT0
#define WIFI_FAIL_BIT BIT1
extern EventGroupHandle_t xCreatedEventGroup_WifiConnect;
void AppTaskCreate(void);
#ifdef __cplusplus
}
#endif
#endif /*#ifndef __TCP_BSP_H__*/
6、 调试结果
方法：打开网络调试助手这是这是为TCP Server，根据IP调解代码中的IP地点和端口
#define TCP_SERVER_ADRESS "192.168.33.16" //作为client，要连接TCP服务器地址
#define TCP_SERVER_PORT 5200 //服务端端口
#define TCP_CLIENT_PORT 5000 //TCP客户端端口
https://i-blog.csdnimg.cn/blog_migrate/71688c34cb37480b27a1bda16d4dd07c.png
https://i-blog.csdnimg.cn/blog_migrate/69294c8fb2885b6584dd8a8cc98b62c0.png
https://i-blog.csdnimg.cn/blog_migrate/0d1bff36cc2abc1a5509ee5594d59f35.png
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