阅读量:3
ESP32 IDF开发 应用篇⑭ Wifi TCP客户端和服务器通信
别迷路-导航栏
快速导航找到你想要的（文章目录）
此篇文章如果对你有用，请点赞收藏，您的支持就是博主坚持的动力。
1、博主写这篇技术文章的目的：
（1）、了解 tcp udp的通信特点；
（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介绍了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介绍，大家百度一下比我讲解起来好多了。
（1） Tcp 与udp的区别及各自的特点
TCP：
•面向连接的：发数据前要进行连接。
•可靠的连接：TCP 连接传送的数据，无差错，不丢失，不重复，且按序到达。
•点到点：TCP 连接传送的数据，无差错，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通信）
UDP：
•无连接的：发数据前不需要建立连接。
•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信
•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库的介绍
1、 TCP 编程的客户端一般步骤是：
（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 地址、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 地址和端口等属性；
（5）连接服务器，用函数 connect()；
（6） 收发数据，用函数 send()和 recv()，或者 read()和 write();
（7）关闭网络连接；
2、TCP 编程的服务器端一般步骤是：
（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 地址、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()，或者 read()和 write();
（7）关闭网络连接； closesocket();
（8）关闭监听；
ESP32 使用的是 LwIP，LwIP 是特别适用于嵌入式设备的小型开源 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函数只做简单的介绍，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、等待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、配置连接服务器信息，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、等待wifi sta连接好路由器
②、创建服务端的socket
③、配置新建的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) 并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（因为本例程是基于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，为大家出入一个知识点，讲解一下如何在工程下面建立一个文件夹来管理.c和.h文件。
以此工程为例讲解
（1）、在idf_wifi_tcp文件夹下面新建文件夹network，并且添加自己的.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 := .
（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
（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[512]; //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[512]; //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_BIT BIT0 #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调整代码中的IP地址和端口
#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 
所有文章源代码：https://download.csdn.net/download/lu330274924/88518092
