ESP32C3连接TCP/UDP服务器

开发环境：esp-idf：v4.3-beta3

开发环境搭建以及使用参考链接：
ESP32-C3上手笔记 | 01 - ESP32 C3开发环境搭建（ESP-IDF）

工程代码：
链接：TCP工程代码
提取码：axke
链接：UDP工程代码
提取码：axke

在讲解工程之前，我们先来了解一下TCP或UDP协议的实现基础——lwip协议
LWIP协议是一个小型开源TCP/IP协议栈，其特点是有无系统都可运行，适用于资源有限的小型平台如嵌入式系统中。
socket API接口是LWIP内核作者为了使开发者快速上手LWIP而设计的第三种应用程序接口，而另外两种接口分别为RAW/Callback API以及NETCONN API。
而socket API正是对NETCONN API进行封装的，在使用上要比NETCONN API简单容易上手，但由于socket API在内核程序和应用程序之间存在数据的拷贝，因此，数据递交的效率更低。

关于socket库的功能函数有：

1. socket();                                      //创建secket，向内核申请一个套接字
   
2. bind();                                         //绑定一个套接字与本地地址信息，用于服务器程序
   
3. accept();                                       //从套接字的连接请求队列中获取一个新建立的连接
   
4. shutdown();                                  //以自定义方式关闭套接字
   
5. getpeername();                             //获取套接字的本地地址信息/远程地址信息
   
6. getsockopt(); & setsockopt();       //设置或获取套接字的一些基本操作选项
   
7. close();                                          //以默认方式关闭套接字
   
8. read(), readv(), write(), writev()     //在稳定的连接上接收数据
   
9. recv(), recvmsg(), recvfrom()        //在一个套接字中接收数据，recvfrom的参数与sendto一致，一般用于UDP协议
   
10. send(), sendmsg(), sendto()         //在稳定的连接上发送数据
    
11. poll(); & select();                          //监听一个或多个套接字的状态变化，poll()已在select()函数中调用
    
12. fcntl();                                          //获取或设置套接字的数据流属性，目前唯一支持的标志是O_NONBLOCK
    
13. /* Non-standard functions: */
    
14. ioctl();                                          //用于提供访问一些TCP/IP堆栈特征的方式

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更多socket驱动函数使用参考文章：
中文文章：TCP/IP协议栈之LwIP（十）---Socket API编程
乐鑫官方文档：BSD Sockets API标准BSD Socket API文档：http://pubs.opengroup.org/onlinepubs/007908799/xnsix.html
BSD Socket API操作指南：https://csperkins.org/teaching/2007-2008/networked-systems/lecture04.pdf

操作过程：

• 程序结构：
  

该工程主要由两部分组成：TCP功能配置以及主程序
（1）TCP or UDP功能配置、连接与数据处理设置配置参数：包括要访问的TCP or UDP 服务器IP地址以及端口号

1. /* TCP or UDP config parameter */
   
2. #define HOST_IP_ADDR "your server ip"
   
3. #define PORT 8080     //设置服务器的访问端口号

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参数配置完成以后创建socket

1. struct sockaddr_in dest_addr;
   
2. dest_addr.sin_addr.s_addr = inet_addr(host_ip);        //配置服务器IP
   
3. dest_addr.sin_family = AF_INET;                //AF_INET FOR IPv4;OR AF_INET6 FOR IPv6
   
4. dest_addr.sin_port = htons(PORT);           //配置服务器访问端口
   
5. addr_family = AF_INET;
   
6. /* IPPROTO_IP：默认；IPPROTO_TCP：TCP；IPPROTO_UDP：UDP */
   
7. ip_protocol = IPPROTO_IP;
   
8. /* SOCK_STREAM：TCP数据格式； SOCK_DGRAM：UDP数据格式*/  
   
9. int sock = socket(addr_family, SOCK_STREAM, ip_protocol);  
   
10. if (sock < 0)
    
11. {
    
12.     ESP_LOGE(TAG, "Unable to create socket: errno %d", errno);
    
13.     break;
    
14. }
    
15. ESP_LOGI(TAG, "Socket created, connecting to %s:%d", host_ip, PORT);

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socket创建成功以后开始连接服务器

1. int err = connect(sock, (struct sockaddr *)&dest_addr, sizeof(struct sockaddr_in));          //连接服务器
   
2. if (err != 0) {
   
3.      ESP_LOGE(TAG, "Socket unable to connect: errno %d", errno);
   
4.      break;
   
5. }
   
6. ESP_LOGI(TAG, "Successfully connected");

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最后在while循环中发送数据给服务器，并监听服务器的回复信息
TCP协议下收发数据程序如下：

1. int err = send(sock, payload, strlen(payload), 0);          //发送数据到服务器
   
2. if (err < 0) {
   
3.     ESP_LOGE(TAG, "Error occurred during sending: errno %d", errno);
   
4.     break;
   
5. }
   
6. int len = recv(sock, rx_buffer, sizeof(rx_buffer) - 1, 0);   //监听服务器消息的到来
   
7. // Error occurred during receiving
   
8. if (len < 0) {
   
9.     ESP_LOGE(TAG, "recv failed: errno %d", errno);
   
10.     break;
    
11. }
    
12. // Data received
    
13. else {
    
14.     rx_buffer[len] = 0; // Null-terminate whatever we received and treat like a string
    
15.     ESP_LOGI(TAG, "Received %d bytes from %s:", len, host_ip);
    
16.     ESP_LOGI(TAG, "%s", rx_buffer);
    
17. }

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UDP协议下收发数据操作如下：

1. int err = sendto(sock, payload, strlen(payload), 0, (struct sockaddr *)&dest_addr, sizeof(dest_addr));
   
2. if (err < 0) {
   
3.         ESP_LOGE(TAG, "Error occurred during sending: errno %d", errno);
   
4.         break;
   
5. }
   
6. ESP_LOGI(TAG, "Message sent");
   
7. 
   
8. struct sockaddr_storage source_addr; // Large enough for both IPv4 or IPv6
   
9. socklen_t socklen = sizeof(source_addr);
   
10. int len = recvfrom(sock, rx_buffer, sizeof(rx_buffer) - 1, 0, (struct sockaddr *)&source_addr, &socklen);
    
11. 
    
12. // Error occurred during receiving
    
13. if (len < 0) {
    
14.         ESP_LOGE(TAG, "recvfrom failed: errno %d", errno);
    
15.         break;
    
16. }
    
17. // Data received
    
18. else {
    
19.         rx_buffer[len] = 0; // Null-terminate whatever we received and treat like a string
    
20.         ESP_LOGI(TAG, "Received %d bytes from %s:", len, host_ip);
    
21.         ESP_LOGI(TAG, "%s", rx_buffer);
    
22.         if (strncmp(rx_buffer, "OK: ", 4) == 0) {
    
23.                 ESP_LOGI(TAG, "Received expected message, reconnecting");
    
24.                 break;
    
25.         }
    
26. }

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（2）主程序

1. ESP_ERROR_CHECK(nvs_flash_init());
   
2. ESP_ERROR_CHECK(esp_netif_init());
   
3. ESP_ERROR_CHECK(esp_event_loop_create_default());
   
4. 
   
5. ESP_ERROR_CHECK(example_connect());
   
6. xTaskCreate(tcp_client_task, "tcp_client", 4096, NULL, 5, NULL);
   
7. /* UDP Task */
   
8. xTaskCreate(udp_client_task, "udp_client", 4096, NULL, 5, NULL);

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• 烧录过程重点配置：
  

（1）输入 idf.py menuconfig 命令，在主界面中选择 Example connection configuration 输入本地WiFi账号与密码

(1)

(2)

（2）返回主界面，选择 component config 进入元件设置界面，选择 esp32c3-Specific 进入esp32c3配置界面，选择 Minimum supported Esp32-C3 Revision 进入版本选择界面，这里选择 Rev2 ，最后单击“s”保存并退出。

(1)

(2)

• 调试过程（以本地局域网通信为例）
  

打开网络调试助手，配置为TCP Server模式，选择WiFi的ip地址，设置端口为8080，打开TCP服务器

烧录程序至开发板中，打开串口监视器，查看开发板工作情况，在网络助手中发送数据给开发板，效果如下：

更多与TCP/IP协议接口配置操作参考乐鑫官方文档：lwIP的介绍
也可参考中文版的：第十六章 ESP32的TCP连接

结语：学无止境，让我们一起加油