《DNESP32S3使用指南-IDF版_V1.6》第五十三章 TCPClient实验

正点原子

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第五十三章 TCPClient实验

       本章作者重点讲解lwIP的Socket接口如何配置TCP客户端，并在此基础上实现收发功能。
       本章分为如下几个部分：
       53.1 Socket编程TCPClient连接流程
       53.2 硬件设计
       53.3 软件设计
       53.4 下载验证

       53.1 Socket编程TCPClient连接流程
       在实现TCP协议之前，用户需要按照以下步骤配置结构体sockaddr_in的成员变量，以便建立TCPClient连接：

       ①：配置ESP32-S3设备连接网络（必须的，因为WiFi是无线通信，所以需搭建通信桥梁）。

       ②：将sin_family设置为AF_INET，表示使用IPv4网络协议。

       ③：设置sin_port为所需的端口号，例如8080。

       ④：设置sin_addr.s_addr为远程IP地址。

       ⑤：调用函数Socket创建Socket连接。请注意，该函数的第二个参数指定连接类型。SOCK_STREAM表示TCP连接，而SOCK_DGRAM表示UDP连接。

       ⑥：调用函数connect连接远程IP地址。

       ⑦：调用适当的收发函数来接收或发送数据。

       通过遵循这些步骤，用户可成功地配置并建立TCPClient连接，以实现数据的发送和接收。

       53.2 硬件设计

       1. 例程功能
       本章实验功能简介：
       本实验主要通过Socket编程接口实现了一个TCPClient客户端。这个客户端具有以下功能：

       ①：可以通过按键发送TCPClient数据发送至服务器。

       ②：能够接收服务器发送的数据。

       ③：实时将接收到的数据显示在LCD屏幕上。

       通过这个实验，用户可深入了解TCP协议的工作原理，并掌握如何使用Socket编程接口来实现TCP通信。这对于开发基于TCP的网络应用程序非常有用，例如实时传输、文件传输等。


       2. 硬件资源

       1）LED灯
              LED-IO1

       2）XL9555
              IIC_INT-IO0（需在P5连接IO0）
              IIC_SDA-IO41
              IIC_SCL-IO42

       3）SPILCD
              CS-IO21
              SCK-IO12
              SDA-IO11
              DC-IO40（在P5端口，使用跳线帽将IO_SET和LCD_DC相连）
              PWR- IO1_3（XL9555）
              RST- IO1_2（XL9555）

       4）ESP32-S3内部WiFi

       3. 原理图
       本章实验使用的WiFi为ESP32-S3的片上资源，因此并没有相应的连接原理图。

       53.3 软件设计

       53.3.1 程序流程图
       程序流程图能帮助我们更好的理解一个工程的功能和实现的过程，对学习和设计工程有很好的主导作用。下面看看本实验的程序流程图：

图53.3.1.1 程序流程图

       53.3.2 程序解析
       在本章节中，我们主要关注两个文件：lwip_demo.c和lwip_demo.h。lwip_demo.h文件主要定义了发送标志位并声明了lwip_demo函数，这部分相对简单，所以我们暂不详细解释。主要关注点是lwip_demo.c文件中的函数。在lwip_demo函数中，我们配置了相关的TCPClient参数，并创建了一个名为lwip_send_thread的发送数据线程。这个线程通过调用scokec函数来发送数据到服务器。接下来，我们将分别详细解释lwip_demo函数和lwip_send_thread任务。

1. /* 需要自己设置远程IP地址 */
   
2. #define IP_ADDR   "192.168.101.33"
   
3. 
   
4. #define LWIP_DEMO_RX_BUFSIZE            100                           /* 最大接收数据长度 */
   
5. #define LWIP_DEMO_PORT                   8080                         /* 连接的本地端口号 */
   
6. #define LWIP_SEND_THREAD_PRIO                  ( tskIDLE_PRIORITY + 3 )/* 发送数据线程优先级 */
   
7. /* 接收数据缓冲区 */
   
8. uint8_t g_lwip_demo_recvbuf[LWIP_DEMO_RX_BUFSIZE];
   
9. 
   
10. /* 发送数据内容 */
    
11. uint8_t g_lwip_demo_sendbuf[] = "ALIENTEK DATA \r\n";
    
12. /* 数据发送标志位 */
    
13. uint8_t g_lwip_send_flag;
    
14. int g_sock = -1;
    
15. int g_lwip_connect_state = 0;
    
16. static void lwip_send_thread(void *arg);
    
17. 
    
18. 
    
19. /**
    
20. * @brief       发送数据线程
    
21. * @param       无
    
22. * @retval      无
    
23. */
    
24. void lwip_data_send(void)
    
25. {
    
26. xTaskCreate(lwip_send_thread, "lwip_send_thread", 4096,
    
27. NULL, LWIP_SEND_THREAD_PRIO, NULL);
    
28. }
    
29. 
    
30. /**
    
31. * @brief       lwip_demo实验入口
    
32. * @param       无
    
33. * @retval      无
    
34. */
    
35. void lwip_demo(void)
    
36. {
    
37.     struct sockaddr_in atk_client_addr;
    
38.     err_t err;
    
39.     int recv_data_len;
    
40.     char *tbuf;
    
41.    
    
42.     lwip_data_send();                                        /* 创建发送数据线程 */
    
43.    
    
44.     while (1)
    
45.     {
    
46. sock_start:
    
47.         g_lwip_connect_state = 0;
    
48.         atk_client_addr.sin_family = AF_INET;                 /* 表示IPv4网络协议 */
    
49.         atk_client_addr.sin_port = htons(LWIP_DEMO_PORT);       /* 端口号 */
    
50.         atk_client_addr.sin_addr.s_addr = inet_addr(IP_ADDR);   /* 远程IP地址 */
    
51.         g_sock = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);/* 可靠数据流交付服务既是TCP协议 */
    
52.         memset(&(atk_client_addr.sin_zero), 0,
    
53.                sizeof(atk_client_addr.sin_zero));
    
54.         
    
55.         tbuf = malloc(200);                                     /* 申请内存 */
    
56.         sprintf((char *)tbuf, "Port:%d", LWIP_DEMO_PORT);       /* 客户端端口号 */
    
57.         lcd_show_string(5, 170, 200, 16, 16, tbuf, MAGENTA);
    
58.         
    
59.         /* 连接远程IP地址 */
    
60.         err = connect(g_sock, (struct sockaddr *)&atk_client_addr,
    
61. sizeof(struct sockaddr));
    
62. 
    
63.         if (err == -1)
    
64.         {
    
65.             lcd_show_string(5, 190, 200, 16, 16, "State:Disconnect", MAGENTA);
    
66.             g_sock = -1;
    
67.             closesocket(g_sock);
    
68.             free(tbuf);
    
69.             vTaskDelay(10);
    
70.             goto sock_start;
    
71.         }
    
72. 
    
73.         lcd_show_string(5,190,200,16,16,"State:Connection Successful", MAGENTA);
    
74.         g_lwip_connect_state = 1;
    
75.         
    
76.         while (1)
    
77.         {
    
78.             recv_data_len = recv(g_sock,g_lwip_demo_recvbuf,
    
79.                                  LWIP_DEMO_RX_BUFSIZE,0);
    
80.             if (recv_data_len <= 0 )
    
81.             {
    
82.                 closesocket(g_sock);
    
83.                 g_sock = -1;
    
84.                 lcd_fill(5, 190, lcd_self.width,320, WHITE);
    
85.                 lcd_show_string(5, 190, 200,16,16,"State:Disconnect", MAGENTA);
    
86.                 free(tbuf);
    
87.                 goto sock_start;
    
88.             }
    
89.             
    
90.             printf("%s\r\n",g_lwip_demo_recvbuf);
    
91.             vTaskDelay(10);
    
92.         }
    
93.     }
    
94. }
    
95. 
    
96. /**
    
97. * @brief       发送数据线程函数
    
98. * @param       pvParameters : 传入参数(未用到)
    
99. * @retval      无
    
100. */
     
101. void lwip_send_thread(void *pvParameters)
     
102. {
     
103.     pvParameters = pvParameters;
     
104.    
     
105.     err_t err;
     
106.    
     
107.     while (1)
     
108.     {
     
109.         while (1)
     
110.         {
     
111.             if(((g_lwip_send_flag & LWIP_SEND_DATA) == LWIP_SEND_DATA)
     
112. && (g_lwip_connect_state == 1)) /* 有数据要发送 */
     
113.             {
     
114.                 err = write(g_sock, g_lwip_demo_sendbuf,
     
115.                             sizeof(g_lwip_demo_sendbuf));
     
116.                
     
117.                 if (err < 0)
     
118.                 {
     
119.                     break;
     
120.                 }
     
121.                
     
122.                 g_lwip_send_flag &= ~LWIP_SEND_DATA;
     
123.             }
     
124.             
     
125.             vTaskDelay(10);
     
126.         }
     
127.         
     
128.         closesocket(g_sock);
     
129.     }
     
130. }

复制代码

       在上述源码中，首先创建了一个用于发送ESP32-S3设备数据的任务。然后，对TCPClient进行网络参数配置，并调用connect函数来建立与远程服务器的连接。当连接成功时，系统将进入接收轮询任务。如果出现断开连接的情况，系统将尝试重新连接服务器。在发送线程中，发送数据前会检查标志位。如果标志位有效，则通过write函数发送数据并重置标志位。

       53.4 下载验证
       在程序中，首先需要设置好能够连接的网络账号和密码。然后，使用笔记本电脑作为终端，确保它与ESP32-S3设备处于同一网络段内。当ESP32-S3设备成功连接到网络时，它的LCD显示屏上会显示相应的内容：

图53.4.1 设备连接到网络时，LCD显示的信息

       打开网络调试助手，然后配置网络参数，如TCPServer协议、端口号等，设置内容如下图所示。

       在确保网络连接正常后，可以通过按下开发板上的KEY0按键来发送数据至网络调试助手。当网络调试助手接收到“ALIENTEK DATA”字符串时，它会在显示区域展示这个信息。此外，用户还可以在调试助手的发送区域自行输入要发送的数据，然后点击发送键，将数据发送至ESP32-S3设备。此时，ESP32-S3的串口将打印接收到的数据，具体操作和输出如下图所示。

图53.4.3 接收网络调试助手的数据