十一、【ESP32开发全栈指南： TCP通信服务端】

一、TCP与UDP协议对比

1.1 基本特性比较

TCP(传输控制协议)和UDP(用户数据报协议)是两种最常用的传输层协议，它们在ESP32网络编程中都有广泛应用：

1. 连接方式

   • TCP是面向连接的协议，通信前需要先建立连接(三次握手)
   • UDP是无连接的协议，直接发送数据包

2. 可靠性

   • TCP提供可靠传输，保证数据无差错、不丢失、不重复且按序到达
   • UDP提供尽力而为的交付，不保证可靠性

3. 实时性

   • UDP具有更好的实时性，传输效率更高
   • TCP由于重传机制和流量控制，实时性相对较低

4. 连接模式

   • TCP仅支持点到点通信
   • UDP支持一对一、一对多、多对多等多种通信模式

5. 资源消耗

   • TCP需要维护连接状态，系统资源消耗较大
   • UDP实现简单，资源消耗较少

1.2 ESP32中的协议栈支持

ESP-IDF使用开源的lwIP轻量级TCP/IP协议栈，并对原始版本进行了优化和扩展：

• 支持BSD Socket API标准接口
• 支持Netconn API(但官方不推荐使用)
• 针对嵌入式系统进行了内存优化
• 支持IPv4和IPv6双协议栈

二、TCP服务器核心API

2.1 关键Socket函数

ESP32通过BSD Socket接口实现TCP通信，主要API包括：

1. socket() - 创建通信端点
2. bind() - 绑定本地地址和端口
3. listen() - 开始监听连接请求
4. accept() - 接受客户端连接
5. recv()/send() - 接收/发送数据
6. shutdown()/close() - 关闭连接

2.2 特殊功能支持

除了标准BSD Socket API外，ESP32还支持：

• fcntl() - 控制socket属性
• ioctl() - I/O设备控制
• select() - I/O多路复用
• poll() - (通过select实现)

三、TCP服务器实现流程

3.1 完整实现步骤

1. 创建socket

   int listen_sock = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, IPPROTO_IP);
   if(listen_sock < 0) {ESP_LOGE(TAG, "创建socket失败: errno %d", errno);
   }
   

2. 配置服务器地址

   struct sockaddr_in dest_addr;
   dest_addr.sin_family = AF_INET;
   dest_addr.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY);
   dest_addr.sin_port = htons(TCP_PORT);
   

3. 绑定地址

   int err = bind(listen_sock, (struct sockaddr *)&dest_addr, sizeof(dest_addr));
   if(err != 0) {ESP_LOGE(TAG, "绑定失败: errno %d", errno);close(listen_sock);
   }
   

4. 开始监听

   err = listen(listen_sock, 1);  // 参数1表示最大等待连接数
   if(err != 0) {ESP_LOGE(TAG, "监听失败: errno %d", errno);close(listen_sock);
   }
   

5. 接受连接

   struct sockaddr_in6 source_addr;
   uint addr_len = sizeof(source_addr);
   int connect_sock = accept(listen_sock, (struct sockaddr *)&source_addr, &addr_len);
   

6. 数据收发

   // 接收数据
   len = recv(connect_sock, rx_buffer, sizeof(rx_buffer), 0);// 发送数据
   send(connect_sock, tx_buffer, len, 0);
   

3.2 连接管理注意事项

• 每个accept()会创建一个新的socket专门用于该连接
• 原始监听socket继续用于接受新连接
• 需要合理管理连接资源，及时关闭不再使用的socket
• 对于多客户端场景，建议使用多任务或select/poll管理

四、Wi-Fi模式配置

4.1 Station模式(连接路由器)

// 使用示例提供的辅助函数连接Wi-Fi
ESP_ERROR_CHECK(example_connect());

4.2 AP模式(创建热点)

void wifi_init_softap(void) {// 初始化网络接口esp_netif_create_default_wifi_ap();// 配置AP参数wifi_config_t wifi_config = {.ap = {.ssid = "ESP32_AP",.password = "12345678",.max_connection = 4,.authmode = WIFI_AUTH_WPA_WPA2_PSK},};// 启动APESP_ERROR_CHECK(esp_wifi_set_mode(WIFI_MODE_AP));ESP_ERROR_CHECK(esp_wifi_set_config(ESP_IF_WIFI_AP, &wifi_config));ESP_ERROR_CHECK(esp_wifi_start());
}

五、完整示例代码分析

5.1 主任务流程

void app_main(void)
{// 初始化NVS存储ESP_ERROR_CHECK(nvs_flash_init());// 初始化网络ESP_ERROR_CHECK(esp_netif_init());ESP_ERROR_CHECK(esp_event_loop_create_default());// 连接Wi-Fi(Station模式)或创建AP// ESP_ERROR_CHECK(example_connect());  // Station模式wifi_init_softap();                   // AP模式// 创建TCP服务器任务xTaskCreate(tcp_server_task, "tcp_server", 4096, (void*)AF_INET, 5, NULL);
}

5.2 TCP服务器任务

static void tcp_server_task(void *pvParameters)
{// 1. 创建socketint listen_sock = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, IPPROTO_IP);// 2. 绑定地址struct sockaddr_in dest_addr;// ... 配置地址 ...bind(listen_sock, (struct sockaddr *)&dest_addr, sizeof(dest_addr));// 3. 开始监听listen(listen_sock, 1);while(1) {// 4. 接受新连接int sock = accept(listen_sock, (struct sockaddr *)&source_addr, &addr_len);// 5. 处理连接do_retransmit(sock);// 6. 关闭连接close(sock);}
}

5.3 数据传输处理

static void do_retransmit(const int sock)
{char rx_buffer[128];while(1) {// 接收数据int len = recv(sock, rx_buffer, sizeof(rx_buffer) - 1, 0);if(len > 0) {// 处理接收到的数据process_data(rx_buffer, len);// 发送响应send(sock, response, response_len, 0);} else if(len == 0) {// 连接关闭break;} else {// 错误处理handle_error();}}
}

六、性能优化与调试

6.1 常见问题解决

1. 连接失败

   • 检查Wi-Fi连接状态
   • 确认端口未被占用
   • 检查防火墙设置

2. 数据传输不稳定

   • 增加接收缓冲区大小
   • 实现重传机制
   • 优化任务优先级

3. 内存不足

   • 调整lwIP内存池大小
   • 及时释放socket资源
   • 使用内存优化配置

6.2 配置选项

通过menuconfig配置关键参数：

idf.py menuconfig

重要配置项：

• Component config → LWIP → 内存配置
• Example Connection Configuration → Wi-Fi/以太网设置
• Example Configuration → 服务器端口号

七、应用场景扩展

7.1 物联网控制

• 实现远程设备控制
• 状态监控与数据采集
• 固件OTA升级

7.2 工业应用

• 设备间可靠通信
• 实时数据传输
• 远程诊断与维护

7.3 智能家居

• 家庭设备组网
• 集中控制与管理
• 安全通信保障

通过合理设计和优化，ESP32 TCP服务器可以满足各种物联网应用的通信需求，提供稳定可靠的数据传输服务。