ESP32配置UDP通信
介绍
用户数据报协议UDP
UDP（User Datagram Protocol）是一种在计算机网络中常用的传输层协议，它与TCP（Transmission Control Protocol）一样属于传输层协议的一种。UDP主要用于在网络中传输数据，但与TCP不同，它是一种面向无连接的协议，不提供可靠性、流控制和错误恢复等特性。
以下是TCP（Transmission Control Protocol）和UDP（User Datagram Protocol）的一些主要对比特点：
| 特点 | TCP | UDP |
|---|---|---|
| 连接方式 | 面向连接 | 面向无连接 |
| 可靠性 | 提供可靠的数据传输，保证数据的完整性、顺序性 | 不提供数据可靠性保障，无顺序保证 |
| 流控制 | 提供流量控制机制，避免网络拥塞 | 不提供流量控制，数据发送不受限制 |
| 差错检测与恢复 | 提供差错检测和自动重传机制，确保数据的正确传输 | 不提供差错检测和重传，数据可能丢失或损坏 |
| 适用场景 | 文件传输、网页浏览等对可靠性要求较高的应用 | 实时性要求较高的应用，如音频、视频传输 |
| 顺序保证 | 保证数据包的顺序传输 | 不保证数据包的顺序传输 |
| 连接建立和断开 | 三次握手建立连接，四次挥手断开连接 | 无连接建立和断开过程 |
| 面向字节 | 是的，以字节为单位进行数据传输 | 是的，以字节为单位进行数据传输 |
| 开销 | 较高，需要维护连接状态、流控制等 | 较低，无连接状态维护，适用于实时性要求高的应用 |
| 适用性 | 适用于对可靠性要求较高的应用 | 适用于对实时性要求较高的应用 |
总而言之，TCP适用于需要可靠性和顺序性的应用，而UDP适用于对实时性要求较高、能够容忍一定数据丢失的应用。
四层网络模型
TCP/IP 四层网络协议体系结构，用于指导互联网上数据的传输和通信。该模型的四个层次分别是：
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链路层 (Link Layer):
- 功能：负责定义与物理网络介质的接口，处理通过该介质的原始比特流。该层通常包括设备驱动程序和网络接口卡 (NIC)。
- 协议：通常使用的协议包括以太网 (Ethernet)、Wi-Fi、PPP (Point-to-Point Protocol) 等。
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网络层 (Internet Layer):
- 功能：负责在不同网络之间路由数据包，实现源到目标主机的数据传输。这一层的主要目标是确保数据从源主机传输到目标主机，即实现端到端的通信。
- 协议：主要协议是 Internet Protocol (IP)，包括 IPv4 和 IPv6。
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传输层 (Transport Layer):
- 功能：提供端到端的通信，负责数据的分段、重组和流量控制。该层主要确保数据在源和目标主机之间的可靠传输。
- 协议：主要协议包括 Transmission Control Protocol (TCP) 和 User Datagram Protocol (UDP)。
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应用层 (Application Layer):
- 功能：提供网络服务和应用程序之间的接口，允许用户访问网络上的各种服务。这一层包含了各种应用层协议，支持不同的网络应用。
- 协议：包括常见的应用层协议如 Hypertext Transfer Protocol (HTTP)、File Transfer Protocol (FTP)、Simple Mail Transfer Protocol (SMTP) 等。
基本方法
ESP32的基本UDP设置流程：
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引入库文件： 引入必要的网络功能库文件
<WiFi.h>。#include <Arduino.h> #include <WiFi.h> -
声明UDP对象： 使用
WiFiUDP类声明一个UDP对象，该对象将用于处理UDP通信。WiFiUDP udp; -
设置WiFi连接： 在
setup函数中，配置ESP32的WiFi连接。将ESP32设置为SoftAP（访问点）模式，并指定SSID和密码。WiFi.softAP("ESP32_UDP", "987654321"); -
初始化UDP： 在
setup函数中，使用udp.begin(port)初始化UDP。这里的port参数指定UDP服务器监听的端口号。udp.begin(1133); -
串口打印IP地址（可选）： 在
setup函数中，可以使用Serial.println(WiFi.softAPIP())将分配给SoftAP的IP地址打印到串口监视器，以便调试和验证连接。Serial.println(WiFi.softAPIP()); -
处理UDP数据： 在
loop函数中，使用udp.parsePacket()检查是否有传入的UDP数据包。如果有，可以使用udp.read()读取数据，并进行相应的处理。这里我将读取到的数据回发给客户端。if (udp.parsePacket()) { char val = udp.read(); // 处理接收到的数据 // 回发数据给客户端 udp.beginPacket(udp.remoteIP(), udp.remotePort()); udp.println(val); udp.endPacket(); }-
udp.beginPacket(udp.remoteIP(), udp.remotePort());：beginPacket()函数用于开始构建UDP数据包，指定了目标设备的IP地址和端口号。udp.remoteIP()用于获取远程设备的IP地址。udp.remotePort()用于获取远程设备的端口号。
-
udp.println(val);：println()函数用于将数据写入UDP数据包。在这里，它将变量val的值写入数据包。udp对象是已经声明的WiFiUDP对象，它管理UDP通信。
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udp.endPacket();：endPacket()函数用于结束UDP数据包的构建，并将数据包发送到之前指定的远程设备的IP地址和端口号。
这三行代码一起完成了以下操作：
- 开始构建一个UDP数据包，指定目标设备的IP地址和端口号。
- 将数据写入UDP数据包，这里是将变量
val的值写入。 - 结束UDP数据包的构建，并将数据包发送到远程设备。
-
这样，ESP32通过UDP协议回发了接收到的数据给远程设备。要注意的是在UDP通信设备之间可以交换数据包 而无需先建立连接。
当读取多个字节时
修改代码：
void loop() {
if (udp.parsePacket()) {
char* val = new char[256]; // 使用 new 动态分配一个数组，假设你想读取最多 255 个字节，为 null 终止符留下空间
int bytesRead = udp.read(val, 255); // 读取最多 255 个字节
val[bytesRead] = '\0'; // 加上 null 终止符
// 处理并打印接收到的数据
Serial.println(val);
// 将接收到的数据发送回客户端
udp.beginPacket(udp.remoteIP(), udp.remotePort());
udp.write(val, bytesRead);
udp.endPacket();
delete[] val; // 使用 delete[] 释放动态分配的数组内存
}
}
修改后的代码中：
- 使用
new char[256];动态分配了一个数组来存储接收到的数据。 udp.read(val, 255);读取最多255个字节，确保有空间容纳 null 终止符。- 添加
val[bytesRead] = '\0';来添加 null 终止符，使其适用于使用Serial.println打印。 - 使用
delete[] val;来释放使用new分配的数组内存。
请注意，在使用 new 动态分配内存后，必须使用 delete 或 delete[] 进行释放，以防止内存泄漏。
常用API
以下是Arduino ESP32中涉及UDP通信的一些关键API的总结：
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WiFiUDP类：
WiFiUDP类用于处理UDP通信。- 成员函数：
begin(port): 初始化UDP并指定监听的端口号。beginPacket(ip, port): 打包一个UDP数据包准备将数据发送到指定的IP地址和端口。endPacket(): 结束UDP数据包，发送数据到指定的IP地址和端口。write(data, size): 将指定大小的数据写入UDP数据包。parsePacket(): 检查是否有新的UDP数据包到达。read(): 读取一个字节的数据。remoteIP(): 获取远程设备的IP地址。remotePort(): 获取远程设备的端口号。
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WiFi类：
WiFi类用于处理ESP32的WiFi连接。- 成员函数：
softAP(ssid, password): 将ESP32设置为SoftAP模式，并指定SSID和密码。softAPIP(): 获取分配给SoftAP的IP地址。
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Serial类（用于调试）：
Serial类用于在串口监视器上打印调试信息。- 成员函数：
begin(baud): 初始化串口通信，并指定波特率。println(data): 将数据打印到串口监视器并换行。
这些API提供了在ESP32上设置和使用UDP通信所需的基本功能。通过这些函数，可以初始化UDP，发送和接收数据，处理连接，以及在串口监视器上输出调试信息。更详细的介绍请查看Arduino-ESP32手册
完整程序和测试效果
#include <Arduino.h>
#include <WiFi.h>
WiFiUDP udp; //声明UDP对象，服务端开启，监听
void setup() {
WiFi.softAP("ESP32_UDP","987654321");
udp.begin(1133);
Serial.begin(115200);
//串口打印AP-IP
Serial.println(WiFi.softAPIP());
}
void loop() {
//接收发送过来的UDP数据
if(udp.parsePacket()){
char val=udp.read(); //读取一个字节
Serial.println(val);
//读取多个字节
// char* val;
// udp.read(val,255);
// Serial.println(val);
//将接收到的数据处理在回发
udp.beginPacket(udp.remoteIP(),udp.remotePort());
udp.println(val);
udp.endPacket();
}
}
串口发送且得到返回
