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

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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。

/* 需要自己设置远程IP地址 */

#define IP_ADDR   "192.168.101.33"

#define LWIP_DEMO_RX_BUFSIZE     100                    /* 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 */

uint8_t g_lwip_demo_sendbuf[] = "ALIENTEK DATA \r\n";

/* 数据发送标志位 */

uint8_t g_lwip_send_flag;

int g_sock = -1;

int g_lwip_connect_state = 0;

static void lwip_send_thread(void *arg);

/**

* @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)

{

    struct sockaddr_in atk_client_addr;

    err_t err;

    int recv_data_len;

    char *tbuf;

   

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

   

    while (1)

    {

sock_start:

        g_lwip_connect_state = 0;

        atk_client_addr.sin_family = AF_INET;   /* 表示IPv4网络协议 */

        atk_client_addr.sin_port = htons(LWIP_DEMO_PORT);       /* 端口号 */

        atk_client_addr.sin_addr.s_addr = inet_addr(IP_ADDR);   /* 远程IP地址 */

        g_sock = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);/* 可靠数据流交付服务既是TCP协议 */

        memset(&(atk_client_addr.sin_zero), 0,

               sizeof(atk_client_addr.sin_zero));

        

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

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

        lcd_show_string(5, 170, 200, 16, 16, tbuf, MAGENTA);

        

        /* 连接远程IP地址 */

        err = connect(g_sock, (struct sockaddr *)&atk_client_addr,

sizeof(struct sockaddr));

        if (err == -1)

        {

            lcd_show_string(5, 190, 200, 16, 16, "State:Disconnect", MAGENTA);

            g_sock = -1;

            closesocket(g_sock);

            free(tbuf);

            vTaskDelay(10);

            goto sock_start;

        }

        lcd_show_string(5,190,200,16,16,"State:Connection Successful", MAGENTA);

        g_lwip_connect_state = 1;

        

        while (1)

        {

            recv_data_len = recv(g_sock,g_lwip_demo_recvbuf,

                                 LWIP_DEMO_RX_BUFSIZE,0);

            if (recv_data_len <= 0 )

            {

                closesocket(g_sock);

                g_sock = -1;

                lcd_fill(5, 190, lcd_self.width,320, WHITE);

                lcd_show_string(5, 190, 200,16,16,"State:Disconnect", MAGENTA);

                free(tbuf);

                goto sock_start;

            }

            

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

            vTaskDelay(10);

        }

    }

}

/**

* @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;

   

    err_t err;

   

    while (1)

    {

        while (1)

        {

            if(((g_lwip_send_flag & LWIP_SEND_DATA) == LWIP_SEND_DATA)

&& (g_lwip_connect_state == 1)) /* 有数据要发送 */

            {

                err = write(g_sock, g_lwip_demo_sendbuf,

                            sizeof(g_lwip_demo_sendbuf));

               

                if (err < 0)

                {

                    break;

                }

               

                g_lwip_send_flag &= ~LWIP_SEND_DATA;

            }

            

            vTaskDelay(10);

        }

        

        closesocket(g_sock);

    }

}

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