ESP32 使用ESP-IDF 连接WiFi并使用TCP客户端通信源码分享

ESP32 使用ESP-IDF 连接WiFi并使用TCP客户端通信源码分享

• 一、源码分享
• • 1、效果展示
  • 2、开发环境搭建
  • 3、源码分享
• 二、ESP-IDF详解
• • 1、ESP32 概述
  • 2、 ESP-IDF 详解
  • • 2.1 、ESP-IDF 的核心组件与架构
    • 2.2 、ESP-IDF 开发环境与工具链
    • 2.3 、ESP-IDF 开发流程简述
    • 2.4、 示例代码结构 (最简单的 Hello World)
    • 2.5、 优势与特点
    • 2.6 、适用场景
  • 3、总结

一、源码分享

1、效果展示

2、开发环境搭建

参考我这篇博文：VS Code 在线安装ESP-IDF，ESP32开发环境搭建详细教程

3、源码分享

#include <string.h>
#include "freertos/FreeRTOS.h"
#include "freertos/task.h"
#include "freertos/event_groups.h"
#include "esp_system.h"
#include "esp_wifi.h"
#include "esp_event.h"
#include "esp_log.h"
#include "nvs_flash.h"

#include "lwip/err.h"
#include "lwip/sys.h"
#include "lwip/err.h"
#include "lwip/sockets.h"
#include "lwip/sys.h"
#include "lwip/netdb.h"

#define EXAMPLE_ESP_WIFI_SSID "VIP"
#define EXAMPLE_ESP_WIFI_PASS "nimingzi"
#define EXAMPLE_ESP_MAXIMUM_RETRY 5
#define SERVER_IP "192.168.11.218"
#define SERVER_PORT 6000

#if CONFIG_ESP_STATION_EXAMPLE_WPA3_SAE_PWE_HUNT_AND_PECK
#define ESP_WIFI_SAE_MODE WPA3_SAE_PWE_HUNT_AND_PECK
#define EXAMPLE_H2E_IDENTIFIER ""
#elif CONFIG_ESP_STATION_EXAMPLE_WPA3_SAE_PWE_HASH_TO_ELEMENT
#define ESP_WIFI_SAE_MODE WPA3_SAE_PWE_HASH_TO_ELEMENT
#define EXAMPLE_H2E_IDENTIFIER CONFIG_ESP_WIFI_PW_ID
#elif CONFIG_ESP_STATION_EXAMPLE_WPA3_SAE_PWE_BOTH
#define ESP_WIFI_SAE_MODE WPA3_SAE_PWE_BOTH
#define EXAMPLE_H2E_IDENTIFIER CONFIG_ESP_WIFI_PW_ID
#endif
#if CONFIG_ESP_WIFI_AUTH_OPEN
#define ESP_WIFI_SCAN_AUTH_MODE_THRESHOLD WIFI_AUTH_OPEN
#elif CONFIG_ESP_WIFI_AUTH_WEP
#define ESP_WIFI_SCAN_AUTH_MODE_THRESHOLD WIFI_AUTH_WEP
#elif CONFIG_ESP_WIFI_AUTH_WPA_PSK
#define ESP_WIFI_SCAN_AUTH_MODE_THRESHOLD WIFI_AUTH_WPA_PSK
#elif CONFIG_ESP_WIFI_AUTH_WPA2_PSK
#define ESP_WIFI_SCAN_AUTH_MODE_THRESHOLD WIFI_AUTH_WPA2_PSK
#elif CONFIG_ESP_WIFI_AUTH_WPA_WPA2_PSK
#define ESP_WIFI_SCAN_AUTH_MODE_THRESHOLD WIFI_AUTH_WPA_WPA2_PSK
#elif CONFIG_ESP_WIFI_AUTH_WPA3_PSK
#define ESP_WIFI_SCAN_AUTH_MODE_THRESHOLD WIFI_AUTH_WPA3_PSK
#elif CONFIG_ESP_WIFI_AUTH_WPA2_WPA3_PSK
#define ESP_WIFI_SCAN_AUTH_MODE_THRESHOLD WIFI_AUTH_WPA2_WPA3_PSK
#elif CONFIG_ESP_WIFI_AUTH_WAPI_PSK
#define ESP_WIFI_SCAN_AUTH_MODE_THRESHOLD WIFI_AUTH_WAPI_PSK
#endif

static EventGroupHandle_t s_wifi_event_group;

#define WIFI_CONNECTED_BIT BIT0
#define WIFI_FAIL_BIT BIT1

static const char *TAG = "wifi station";

static int s_retry_num = 0;

static void event_handler(void* arg, esp_event_base_t event_base,
int32_t event_id, void* event_data)
{
if (event_base == WIFI_EVENT && event_id == WIFI_EVENT_STA_START) {
esp_wifi_connect();
} else if (event_base == WIFI_EVENT && event_id == WIFI_EVENT_STA_DISCONNECTED) {
if (s_retry_num < EXAMPLE_ESP_MAXIMUM_RETRY) {
esp_wifi_connect();
s_retry_num++;
ESP_LOGI(TAG, "retry to connect to the AP");
} else {
xEventGroupSetBits(s_wifi_event_group, WIFI_FAIL_BIT);
}
ESP_LOGI(TAG,"connect to the AP fail");
} else if (event_base == IP_EVENT && event_id == IP_EVENT_STA_GOT_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));
s_retry_num = 0;
xEventGroupSetBits(s_wifi_event_group, WIFI_CONNECTED_BIT);
}
}

void wifi_init_sta(void)
{
s_wifi_event_group = xEventGroupCreate();

ESP_ERROR_CHECK(esp_netif_init());

ESP_ERROR_CHECK(esp_event_loop_create_default());
esp_netif_create_default_wifi_sta();

wifi_init_config_t cfg = WIFI_INIT_CONFIG_DEFAULT();
ESP_ERROR_CHECK(esp_wifi_init(&cfg));

esp_event_handler_instance_t instance_any_id;
esp_event_handler_instance_t instance_got_ip;
ESP_ERROR_CHECK(esp_event_handler_instance_register(WIFI_EVENT,
ESP_EVENT_ANY_ID,
&event_handler,
NULL,
&instance_any_id));
ESP_ERROR_CHECK(esp_event_handler_instance_register(IP_EVENT,
IP_EVENT_STA_GOT_IP,
&event_handler,
NULL,
&instance_got_ip));

wifi_config_t wifi_config = {
.sta = {
.ssid = EXAMPLE_ESP_WIFI_SSID,
.password = EXAMPLE_ESP_WIFI_PASS,

.threshold.authmode = ESP_WIFI_SCAN_AUTH_MODE_THRESHOLD,
.sae_pwe_h2e = ESP_WIFI_SAE_MODE,
.sae_h2e_identifier = EXAMPLE_H2E_IDENTIFIER,
},
};
ESP_ERROR_CHECK(esp_wifi_set_mode(WIFI_MODE_STA) );
ESP_ERROR_CHECK(esp_wifi_set_config(WIFI_IF_STA, &wifi_config) );
ESP_ERROR_CHECK(esp_wifi_start() );

ESP_LOGI(TAG, "wifi_init_sta finished.");

EventBits_t bits = xEventGroupWaitBits(s_wifi_event_group,
WIFI_CONNECTED_BIT | WIFI_FAIL_BIT,
pdFALSE,
pdFALSE,
portMAX_DELAY);

if (bits & WIFI_CONNECTED_BIT) {
ESP_LOGI(TAG, "connected to ap SSID:%s password:%s",
EXAMPLE_ESP_WIFI_SSID, EXAMPLE_ESP_WIFI_PASS);
} else if (bits & WIFI_FAIL_BIT) {
ESP_LOGI(TAG, "Failed to connect to SSID:%s, password:%s",
EXAMPLE_ESP_WIFI_SSID, EXAMPLE_ESP_WIFI_PASS);
} else {
ESP_LOGE(TAG, "UNEXPECTED EVENT");
}
}

void tcp_client_task(void *pvParameters)
{
char rx_buffer[128];
char host_ip[] = SERVER_IP;
int addr_family = 0;
int ip_protocol = 0;

while (1) {
struct sockaddr_in dest_addr;
dest_addr.sin_addr.s_addr = inet_addr(host_ip);
dest_addr.sin_family = AF_INET;
dest_addr.sin_port = htons(SERVER_PORT);
addr_family = AF_INET;
ip_protocol = IPPROTO_IP;

int sock = socket(addr_family, SOCK_STREAM, ip_protocol);
if (sock < 0) {
ESP_LOGE(TAG, "Unable to create socket: errno %d", errno);
break;
}
ESP_LOGI(TAG, "Socket created, connecting to %s:%d", host_ip, SERVER_PORT);

int err = connect(sock, (struct sockaddr *)&dest_addr, sizeof(dest_addr));
if (err != 0) {
ESP_LOGE(TAG, "Socket unable to connect: errno %d", errno);
} else {
ESP_LOGI(TAG, "Successfully connected");

while (1) {
// 发送消息到服务器
const char *payload = "Hello from ESP32!";
int err = send(sock, payload, strlen(payload), 0);
if (err < 0) {
ESP_LOGE(TAG, "Error occurred during sending: errno %d", errno);
break;
}

// 接收来自服务器的消息
int len = recv(sock, rx_buffer, sizeof(rx_buffer) – 1, 0);
if (len > 0) {
rx_buffer[len] = '\\0';
ESP_LOGI(TAG, "Received %d bytes from server: %s", len, rx_buffer);
} else {
ESP_LOGE(TAG, "recv failed: errno %d", errno);
break;
}

vTaskDelay(1000 / portTICK_PERIOD_MS); // 每秒发送一次
}

if (sock != –1) {
ESP_LOGE(TAG, "Shutting down socket and restarting…");
shutdown(sock, 0);
close(sock);
}
}
vTaskDelay(1000 / portTICK_PERIOD_MS);
}
}

void app_main(void)
{
//Initialize 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);

if (CONFIG_LOG_MAXIMUM_LEVEL > CONFIG_LOG_DEFAULT_LEVEL) {
esp_log_level_set("wifi", CONFIG_LOG_MAXIMUM_LEVEL);
}

ESP_LOGI(TAG, "ESP_WIFI_MODE_STA");
wifi_init_sta();

while(1)
{
tcp_client_task(NULL);

vTaskDelay(1000);
}
}

二、ESP-IDF详解

1、ESP32 概述

ESP32 是由乐鑫科技（Espressif Systems）推出的一款高性能、低功耗、高集成度的 Wi-Fi & 蓝牙双模系统级芯片（SoC）。它广泛应用于物联网（IoT）、智能家居、工业控制等领域。其关键特性包括：

• 双核处理器（通常为 Xtensa LX6，某些型号为 RISC-V）
• 集成 Wi-Fi (802.11 b/g/n) 和蓝牙 (包括经典蓝牙和低功耗蓝牙 BLE)
• 丰富的外设接口：$SPI$
• 充足的内存（RAM 和 Flash 选项多样）
• 强大的安全特性（如加密加速器）
• 超低功耗设计，支持多种休眠模式

2、 ESP-IDF 详解

ESP-IDF (Espressif IoT Development Framework) 是乐鑫官方为 ESP32、ESP32-S 系列、ESP32-C 系列等芯片提供的开发框架和 SDK（软件开发工具包）。它是开发基于 ESP32 芯片应用程序的首选和官方推荐工具。

2.1 、ESP-IDF 的核心组件与架构

ESP-IDF 是一个分层、模块化的框架：

• 硬件抽象层 (HAL)： 提供对芯片硬件资源（如 GPIO、UART、SPI、I2C、定时器、ADC、DAC、RTC、Wi-Fi、蓝牙等）进行操作的统一接口，屏蔽底层硬件细节。
• 驱动 (Drivers)： 在 HAL 之上，提供更易用、功能更丰富的设备驱动（如 SPI Flash 驱动、SD 卡驱动、以太网驱动等）。
• FreeRTOS： ESP-IDF 深度集成了开源的 FreeRTOS 实时操作系统内核。它提供了任务管理、队列、信号量、软件定时器、中断管理等机制，充分利用 ESP32 的多核特性（任务可以在不同核心上运行）。
• 中间件：
  • Wi-Fi 协议栈： 实现 Wi-Fi 的 Station（客户端）、SoftAP（接入点）、Promiscuous（监听）模式。
  • 蓝牙协议栈： 实现经典蓝牙和低功耗蓝牙 (BLE) 的各种角色（如 GATT Client/Server, GAP Central/Peripheral）。
  • TCP/IP 协议栈 (lwIP)： 轻量级的 TCP/IP 协议栈，支持 IPv4/IPv6 (部分型号)、DHCP、DNS、Socket API 等。
  • 文件系统 (FATFS/VFS)： 支持在 SPI Flash 或外部存储设备上使用 FAT 文件系统。
  • 加密库： 提供 AES、SHA、RSA 等加密算法的软件和硬件加速实现。
  • HTTP/WebSocket/MQTT 等协议库： 方便构建网络应用。
• 应用程序： 用户编写的业务逻辑代码，运行在 FreeRTOS 的任务中，通过调用下层 API 实现功能。

2.2 、ESP-IDF 开发环境与工具链

• 工具链： 基于 GNU GCC 编译器（针对 Xtensa 或 RISC-V 架构）。
• 构建系统： 使用 CMake（早期版本使用 GNU Make）。开发者编写 CMakeLists.txt 文件来定义项目结构、源文件、依赖组件等。
• 配置工具： menuconfig。这是一个基于文本的图形化配置工具（类似于 Linux Kernel 的 make menuconfig），用于配置 ESP-IDF 的众多选项，如：
  • 选择目标芯片型号
  • 配置 Wi-Fi/BT 参数
  • 调整 FreeRTOS 设置（任务栈大小、优先级等）
  • 配置日志输出级别和方式
  • 配置内存布局
  • 启用/禁用特定功能和外设驱动
• 核心工具 – idf.py： 这是 ESP-IDF 提供的命令行工具，用于执行构建、烧录、调试、监视串口输出等几乎所有开发任务。常用命令如：
  • idf.py set-target esp32 (设置目标芯片)
  • idf.py menuconfig (启动配置工具)
  • idf.py build (编译项目)
  • idf.py -p PORT flash (烧录固件到设备，PORT 为串口，如 COM3 或 /dev/ttyUSB0)
  • idf.py -p PORT monitor (启动串口监视器，查看设备日志输出)
  • idf.py fullclean (彻底清理构建目录)

2.3 、ESP-IDF 开发流程简述

2.4、 示例代码结构 (最简单的 Hello World)

#include "freertos/FreeRTOS.h"
#include "freertos/task.h"
#include "esp_log.h"

static const char *TAG = "MAIN";

void app_main(void)
{
while (1) {
ESP_LOGI(TAG, "Hello World!"); // 打印 Info 级别日志
vTaskDelay(pdMS_TO_TICKS(1000)); // 延时 1000 毫秒 (FreeRTOS 延时)
}
}

2.5、 优势与特点

• 官方支持： 由芯片原厂维护，更新及时，与新芯片特性同步快。
• 功能全面： 提供对 ESP32 所有硬件特性和外设的底层访问。
• 性能优化： 针对 ESP32 硬件进行了深度优化（如 Wi-Fi/BT 共存）。
• 稳定性高： 经过大量商业产品验证。
• 社区活跃： 用户多，社区支持好，问题容易找到解决方案。
• 文档完善： 官方提供详尽的 API 参考指南、编程指南和示例代码。
• 模块化： 易于扩展和复用代码，方便管理大型项目。
• 开源免费： 基于 Apache 2.0 许可证。

2.6 、适用场景

ESP-IDF 适用于需要深度控制硬件、追求高性能、高稳定性或需要使用 ESP32 特有功能（如超低功耗协处理器 ULP）的应用开发。对于快速原型开发，也可以考虑基于 ESP-IDF 构建的更高级框架（如 Arduino for ESP32、MicroPython），但这些框架最终都依赖于 ESP-IDF 的底层功能。

3、总结

ESP-IDF 是开发 ESP32 系列芯片的强大、灵活且功能完备的官方框架。它提供了从硬件操作到网络协议栈的全套解决方案，结合 FreeRTOS 实现了高效的多任务处理。虽然其学习曲线相对陡峭，尤其是对于不熟悉嵌入式开发和 RTOS 的开发者，但它提供了最直接、最强大的方式来充分利用 ESP32 的潜力，是开发复杂或高性能 ESP32 应用的基石。掌握 idf.py 工具链和 menuconfig 配置是使用 ESP-IDF 的关键。