ESP-C3入门12. HTTPS请求、堆内存使用及JSON处理

news2024/9/29 18:14:00

ESP-C3入门12. HTTPS请求、堆内存使用及JSON处理

  • 一、创建HTTPS请求
    • 1. 基本流程
    • 2. ESP32 使用https证书的方式
      • (1) 内置证书
      • (2) ESP32管理证书
    • 3. 开发环境配置
      • (1) 引用 esp-tls 库
      • (2) 启用 `CONFIG_MBEDTLS_CERTIFICATE_BUNDLE`
  • 二、堆内存的使用
    • 1. 堆内存和栈内存
    • 2. 堆内存的使用
      • (1) 内存分配
      • (2) 内存释放
  • 三、使用cJSON库
    • 1. 加载cJSON库
    • 2. 最基本的用法
  • 四、https请求示例
    • 1. 项目结构
    • 2. 自定义组件的CMakeLists.txt设置
    • 3. http_request.h
    • 4. http_request.c
      • 5. main.c

一、创建HTTPS请求

1. 基本流程

本文主要内容接上节《创建最基本http请求》的文章。
ESP32 IDF创建http请求的基本流程：

  1. 使用esp_http_client_config_t创建http客户端；
  2. esp_http_client_init 初始化http客户端；
  3. esp_http_client_set_method 设置http请求方式；
  4. 设置http请求头esp_http_client_set_header；
  5. 设置 http 请求体 esp_http_client_set_post_field；
  6. 执行http请求 esp_http_client_perform；
  7. 处理http响应；
  8. 释放http客户端esp_http_client_cleanup ；

在https请求中，有一些进行一些额外的步骤，包括 证书的验证和捆绑。
首先要获取远程服务器的证书；
如果ESP32 IDF无法验证证书，则需要使用esp_http_client_set_cert_info函数将服务器证书的SHA-1指纹添加到ESP32 IDF的证书信任列表中。
如果ESP32 IDF无法连接到远程服务器，则可能需要设置代理服务器。

2. ESP32 使用https证书的方式

(1) 内置证书

证书已经内置在ESP32的固件中，无需单独管理证书，可以直接使用。这种方式比较简单，适用于使用不频繁的HTTPS请求。

(2) ESP32管理证书

使用esp32管理证书的方式，需要用户自己管理证书。首先需要在ESP32上安装证书，然后在代码中指定证书的路径和密码。这种方式需要用户自己管理证书的更新和安装，但是可以在需要时更新证书，从而提高了安全性，适用于使用频繁的HTTPS请求场景。

总结：使用内置证书的方式更加简单，适用于简单的HTTPS请求场景；
使用esp32管理证书的方式更加灵活，适用于复杂的HTTPS请求场景。

3. 开发环境配置

(1) 引用 esp-tls 库

CMakeLists.txt里添加：

idf_component_register(SRCS "main.c" "network/wifi.c" "network/tcp_server.c" "network/tcp_client.c" "network/http_request.c"
                    INCLUDE_DIRS "network/include"
                    REQUIRES "tcpip_adapter" "nvs_flash" "esp_http_client" "esp-tls"
        )

(2) 启用 CONFIG_MBEDTLS_CERTIFICATE_BUNDLE

在这里插入图片描述
在menuconfig中设置启用ESP-IDF TLS 库中的受信任证书捆绑包（一般已经默认选中）。
在这里插入图片描述
在使用 TLS 时，需要验证对等方证书以确保其是可信的。可信任的证书可以是根证书或中间证书，或者可以通过一组根证书建立信任关系。证书的验证需要证书链和 CA 证书的列表。如果 ESP-IDF TLS 库没有找到可用的证书链或 CA 证书，将不会建立安全连接。

受信任的证书捆绑包是一组根证书，其中包括常见 CA 证书，以及其他根证书和中间证书。启用此选项可以将 ESP-IDF TLS 库的可信 CA 列表扩展到受信任的证书捆绑包中的证书，从而增加连接对等方的成功率。

二、堆内存的使用

1. 堆内存和栈内存

一般情况下声明的变量是栈内存，是一种后进后出的数据结构，用于存储局部变量、函数参数和返回地址等。它的内存空间由编译器在程序运行时自动分配和释放，空间大小通常是有限制的。

堆内存是由程序员在运行时手动分配和释放的内存，它的内存空间通常比栈内存更大，也更灵活，可以根据需要动态调整内存大小。 堆内存通常用来存储动态分配的数据结构，如链表、树、图等。 但使用中要避免内存泄露。

在嵌入式系统中，由于内存资源有限，使用堆内存可以更好地进行内存管理。

2. 堆内存的使用

(1) 内存分配

在ESP32开发中，堆空间是动态分配的，它的大小是由可用RAM的大小限制的。ESP-IDF中提供了几个API用于堆内存管理，其中之一是heap_caps_malloc函数。heap_caps_malloc是ESP32的堆空间动态内存分配API，允许用户从堆空间中分配内存。

函数原型：

void *heap_caps_malloc(size_t size, uint32_t caps);

其中：

  • size参数是要分配的内存块的大小
  • caps参数是分配内存的策略，这是一个32位的标志位，用于设置内存的要求和限制。

标志位值列表：

  • MALLOC_CAP_8BIT: 分配8位宽的内存；
  • MALLOC_CAP_32BIT: 分配32位宽的内存；
  • MALLOC_CAP_64BIT: 分配64位宽的内存；
  • MALLOC_CAP_SPIRAM: 分配SPI RAM内存；
  • MALLOC_CAP_DMA: 分配DMA内存；
  • MALLOC_CAP_EXEC: 分配可执行内存；
  • MALLOC_CAP_DEFAULT: 分配默认类型的内存；
  • MALLOC_CAP_INVALID: 分配无效类型的内存。

(2) 内存释放

heap_caps_free 进行内存释放。

本文中的响应数据使用变量 char* local_response_buffer ，使用下面的代码把变量放在了堆上：

    local_response_buffer = heap_caps_malloc(MAX_HTTP_OUTPUT_BUFFER, MALLOC_CAP_8BIT);
    if (local_response_buffer == NULL) {
        ESP_LOGE(TAG, "Failed to allocate memory for HTTP output buffer");
        abort();
    }

上述代码分配了一个大小为MAX_HTTP_OUTPUT_BUFFER的8位宽的内存块。

三、使用cJSON库

1. 加载cJSON库

在 CMakeLists.txt中添加 json：

idf_component_register(SRCS "main.c" "network/wifi.c" "network/tcp_server.c" "network/tcp_client.c" "network/http_request.c"
                    INCLUDE_DIRS "network/include"
                    REQUIRES "tcpip_adapter" "nvs_flash" "esp_http_client" "esp-tls" "json"
        )

2. 最基本的用法

void parse_json(const char *json_string) {
    // 解析 JSON 字符串
    cJSON *root = cJSON_Parse(json_string);
    if (root == NULL) {
        printf("Failed to parse JSON string\n");
        return;
    }

    // 获取 "name" 属性的值
    cJSON *name = cJSON_GetObjectItemCaseSensitive(root, "body");
    if (cJSON_IsString(name) && (name->valuestring != NULL)) {
        printf("body: %s\n", name->valuestring);
    } else {
        printf("Failed to get name property\n");
    }

    cJSON_Delete(root);
}

更多用法可参考：点击这里

四、https请求示例

1. 项目结构

在这里插入图片描述

2. 自定义组件的CMakeLists.txt设置

idf_component_register(SRCS "main.c" "network/wifi.c" "network/tcp_server.c" "network/tcp_client.c" "network/http_request.c"
                    INCLUDE_DIRS "network/include"
                    REQUIRES "tcpip_adapter" "nvs_flash" "esp_http_client" "esp-tls" "json"
        )

# 这将把当前组件的路径添加到编译器的头文件搜索路径中,否则提示找不到string.h等头文件
target_include_directories(${COMPONENT_LIB} PRIVATE ${CMAKE_CURRENT_LIST_DIR})

target_include_directories(${COMPONENT_LIB} PUBLIC "network/include"

        )

3. http_request.h

#ifndef HTTP_REQUEST_H
#define HTTP_REQUEST_H
#include "esp_http_client.h"

esp_err_t http_event_handler(esp_http_client_event_t *evt);
void request(const char* url);
#endif

4. http_request.c

#include <esp_err.h>
#include <esp_log.h>
#include "network/include/http_request.h"
#if CONFIG_MBEDTLS_CERTIFICATE_BUNDLE
#include "esp_crt_bundle.h"
#endif
static const char *TAG = "HTTP_REQUEST";
#define MAX_HTTP_OUTPUT_BUFFER 4096
#include "cJSON.h"

char* local_response_buffer ;

// HTTP 请求的处理函数
esp_err_t http_event_handler(esp_http_client_event_t *evt)
{
    // 缓存http响应的buffer
    static char *output_buffer;
    // 已经读取的字节数
    static int output_len;
    local_response_buffer = (char *) evt->user_data;

    switch(evt->event_id) {
        case HTTP_EVENT_ERROR:
            ESP_LOGD(TAG, "HTTP_EVENT_ERROR");
            break;
        case HTTP_EVENT_ON_CONNECTED:
            ESP_LOGD(TAG, "HTTP_EVENT_ON_CONNECTED");
            break;
        case HTTP_EVENT_HEADER_SENT:
            ESP_LOGD(TAG, "HTTP_EVENT_HEADER_SENT");
            break;
        case HTTP_EVENT_ON_HEADER:
            ESP_LOGD(TAG, "HTTP_EVENT_ON_HEADER, key=%s, value=%s", evt->header_key, evt->header_value);
            break;
        case HTTP_EVENT_ON_DATA:
            ESP_LOGD(TAG, "HTTP_EVENT_ON_DATA, len=%d", evt->data_len);

            if (!esp_http_client_is_chunked_response(evt->client)) {
                // 如果配置了user_data buffer，则把响应复制到该buffer中
                if (local_response_buffer) {
                    memcpy(local_response_buffer + output_len, evt->data, evt->data_len);
                } else {
                    if (output_buffer == NULL) {
                        output_buffer = (char *) malloc(esp_http_client_get_content_length(evt->client));
                        output_len = 0;
                        if (output_buffer == NULL) {
                            ESP_LOGE(TAG, "Failed to allocate memory for output buffer");
                            return ESP_FAIL;
                        }
                    }
                    memcpy(output_buffer + output_len, evt->data, evt->data_len);
                }
                output_len += evt->data_len;
            }

            break;
        case HTTP_EVENT_ON_FINISH:
            ESP_LOGD(TAG, "HTTP_EVENT_ON_FINISH");
            if (output_buffer != NULL) {
                free(output_buffer);
                output_buffer = NULL;
            }
            output_len = 0;
            break;
        case HTTP_EVENT_DISCONNECTED:
            ESP_LOGI(TAG, "HTTP_EVENT_DISCONNECTED");
            if (output_buffer != NULL) {
                free(output_buffer);
                output_buffer = NULL;
            }
            output_len = 0;
            break;
    }
    return ESP_OK;
}


void parse_json(const char *json_string) {
    // 解析 JSON 字符串
    cJSON *root = cJSON_Parse(json_string);
    if (root == NULL) {
        printf("Failed to parse JSON string\n");
        return;
    }

    // 获取 "name" 属性的值
    cJSON *name = cJSON_GetObjectItemCaseSensitive(root, "body");
    if (cJSON_IsString(name) && (name->valuestring != NULL)) {
        printf("body: %s\n", name->valuestring);
    } else {
        printf("Failed to get name property\n");
    }

    cJSON_Delete(root);
}

void request(const char *url) {
    // 响应结果放在这里
    local_response_buffer = heap_caps_malloc(MAX_HTTP_OUTPUT_BUFFER, MALLOC_CAP_8BIT);
    if (local_response_buffer == NULL) {
        ESP_LOGE(TAG, "Failed to allocate memory for HTTP output buffer");
        abort();
    }

    // 创建一个 HTTP 客户端配置
    esp_http_client_config_t config = {
            .url = url,
            .event_handler = http_event_handler,
            .user_data = local_response_buffer,
            .crt_bundle_attach = esp_crt_bundle_attach,
    };

    // 创建一个 HTTP 客户端并执行 GET 请求
    esp_http_client_handle_t client = esp_http_client_init(&config);
    esp_err_t err = esp_http_client_perform(client);

    // 检查请求是否成功
    if (err == ESP_OK) {
        int len =  esp_http_client_get_content_length(client);
        ESP_LOGI(TAG, "Status = %d, content_length = %d",
                 esp_http_client_get_status_code(client),//状态码
                 len);//数据长度
        // 解析json
        parse_json(local_response_buffer);
    } else {
        printf("HTTP GET request failed: %s\n", esp_err_to_name(err));
    }
    printf("Response: %.*s\n", strlen(local_response_buffer), local_response_buffer);

    if (local_response_buffer != NULL) {
        heap_caps_free(local_response_buffer);
        local_response_buffer = NULL;
    }
    //断开并释放资源
    esp_http_client_cleanup(client);
}

5. main.c

#include <string.h>

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

#include <nvs_flash.h>
#include "network/include/wifi.h"
#include "network/include/http_request.h"

static const char *TAG = "wifi connection";

#define HTTP_URL "https://jsonplaceholder.typicode.com/posts/1"

void app_main()
{
    ESP_LOGE(TAG, "app_main");
    // 初始化NVS存储区
    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);

    // Wi-Fi初始化
    ESP_LOGI(TAG, "Wi-Fi initialization");
    wifi_initialize();

    // Wi-Fi Station初始化
    wifi_station_initialize();

    vTaskDelay(pdMS_TO_TICKS(1000*10));
    ESP_LOGI(TAG, "request 1");
    request(HTTP_URL);

    vTaskDelay(pdMS_TO_TICKS(2000));
    ESP_LOGI(TAG, "request again");
    request(HTTP_URL);

    while (1) {
        vTaskDelay(pdMS_TO_TICKS(500));
    }
}

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