《DNESP32S3使用指南-IDF版_V1.6》第五十二章 UDP实验

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第五十二章 UDP实验

对于lwIP的Socket的使用方式，它与文件操作非常相似。在文件操作中，我们首先打开文件，然后进行读/写操作，最后关闭文件。在TCP/IP网络通信中，也存在着相同的操作流程，但所使用的接口不再是文件描述符或FILE*，而是被称为Socket的描述符。通过Socket，我们可以进行读、写、打开和关闭操作来进行网络数据的传输。此外，还有一些辅助函数，如查询域名/IP地址和设置Socket功能等。在本章中，我们将使用Socket编程接口来实现UDP实验。

本章分为如下几个部分：

52.1 Socket编程UDP连接流程

52.2 硬件设计

52.3 软件设计

52.4 下载验证

52.1 Socket编程UDP连接流程

在实现UDP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UDP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为本地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bind将本地服务器地址与Socket进行绑定。

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，用户可以成功地配置并建立UDP连接，以实现数据的发送和接收。

52.2 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UDP服务器。这个服务器具有以下功能：

①：可以通过按键发送UDP广播数据给其他UDP客户端。

②：能够接收其他UDP客户端发送的广播数据。

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UDP协议的工作原理，并掌握如何使用Socket编程接口来实现UDP通信。这对于开发基于UDP的网络应用程序非常有用，例如实时通信、多播应用等。

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。

52.3 软件设计

52.3.1 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52.3.1.1 程序流程图

52.3.2 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UDP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。

/* 需要自己设置远程IP地址 */

#define IP_ADDR   "192.168.101.33"

#define LWIP_DEMO_RX_BUFSIZE         200        /* 最大接收数据长度 */

#define LWIP_DEMO_PORT               8080       /* 连接的本地端口号 */

#define LWIP_SEND_THREAD_PRIO ( tskIDLE_PRIORITY + 3 )  /* 发送数据线程优先级 */

/* 接收数据缓冲区 */

uint8_t g_lwip_demo_recvbuf[LWIP_DEMO_RX_BUFSIZE];

/* 发送数据内容 */

char g_lwip_demo_sendbuf[] = "ALIENTEK DATA \r\n";

/* 数据发送标志位 */

uint8_t g_lwip_send_flag;

static struct sockaddr_in dest_addr;            /* 远端地址 */

struct sockaddr_in g_local_info;

socklen_t g_sock_fd;                            /* 定义一个Socket接口 */

static void lwip_send_thread(void *arg);

extern QueueHandle_t g_display_queue;           /* 显示消息队列句柄 */

/**

* @brief       发送数据线程

* @param       无

* @retval      无

*/

void lwip_data_send(void)

{

xTaskCreate(lwip_send_thread, "lwip_send_thread", 4096,

NULL, LWIP_SEND_THREAD_PRIO, NULL);

}

/**

* @brief       lwip_demo实验入口

* @param       无

* @retval      无

*/

void lwip_demo(void)

{

    char *tbuf;

    lwip_data_send();                                   /* 创建发送数据线程 */

    /* 远端参数设置 */

    dest_addr.sin_addr.s_addr = inet_addr(IP_ADDR);       /* 目标地址 */

    dest_addr.sin_family = AF_INET;

    dest_addr.sin_port = htons(LWIP_DEMO_PORT);          /* 目标端口 */

   

    g_local_info.sin_family = AF_INET;                    /* IPv4地址 */

    g_local_info.sin_port = htons(LWIP_DEMO_PORT);       /* 设置端口号 */

    g_local_info.sin_addr.s_addr = htons(INADDR_ANY);    /* 设置本地IP地址 */

    g_sock_fd = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);     /* 建立一个新的socket连接 */

   

    tbuf = malloc(200);                                 /* 申请内存 */

    sprintf((char *)tbuf, "Port:%d", LWIP_DEMO_PORT);    /* 客户端端口号 */

    lcd_show_string(0, 170, 200, 16, 16, tbuf, MAGENTA);

   

    /* 建立绑定 */

    bind(g_sock_fd, (struct sockaddr *)&g_local_info, sizeof(g_local_info));

    while (1)

    {

        memset(g_lwip_demo_recvbuf, 0, sizeof(g_lwip_demo_recvbuf));

        recv(g_sock_fd, (void *)g_lwip_demo_recvbuf,

             sizeof(g_lwip_demo_recvbuf), 0);

        printf("%s\r\n",g_lwip_demo_recvbuf);

    }

}

/**

* @brief       发送数据线程函数

* @param       pvParameters : 传入参数(未用到)

* @retval      无

*/

void lwip_send_thread(void *pvParameters)

{

    pvParameters = pvParameters;

    while (1)

    { /* 有数据要发送 */

        if ((g_lwip_send_flag & LWIP_SEND_DATA) == LWIP_SEND_DATA)

        {

            printf("send\r\n");

            sendto(g_sock_fd,                        /* scoket */

                  (char *)g_lwip_demo_sendbuf,   /* 发送的数据 */

                  sizeof(g_lwip_demo_sendbuf), 0,  /* 发送的数据大小 */

                  (struct sockaddr *)&dest_addr,    /* 接收端地址信息 */

                  sizeof(dest_addr));                /* 接收端地址信息大小 */

            g_lwip_send_flag &= ~LWIP_SEND_DATA;

        }

        

        vTaskDelay(100);

   }

}

在源码中，lwip_demo函数通过lwip_data_send创建了发送数据的线程lwip_send_thread，并配置了Socket的UDP协议。该线程在发送前会检查标志位，有效时则通过sendto发送数据并重置标志位。同时，需设置目标IP地址以确保数据正确发送。此外，主函数的循环中不断通过recv接收数据并使用串口输出接收的数据。

52.4 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52.4.1 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UDP协议、端口号、目标主机设置等，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52.4.3 接收网络调试助手的数据