ESP32 WiFi

WiFi теория

При работе с ориентированным на WiFi устройством важно, чтобы у нас было хотя бы некоторое понимание концепций, связанных с WiFi. На высоком уровне WiFi - это способность участвовать в соединениях TCP/IP по линии беспроводной связи. Wi-Fi - это, в частности, набор протоколов, описанных в архитектуре беспроводной локальной сети IEEE 802.11.

В этой истории устройство, называемое точкой беспроводного доступа (точка доступа или AP), выступает в качестве центра всех коммуникаций. Обычно он подключается (или действует как) как маршрутизатор TCP/IP к остальной части сети TCP/IP. Например, в вашем доме вы, вероятно, будете иметь точку доступа WiFi, подключенную к вашему модему (кабель или DSL). Затем к точке доступа формируются соединения WiFi (через устройства, называемые клиентами), а трафик TCP/IP - через точку доступа в Интернет.

Устройства, которые подключаются к точкам доступа, называются «клиентами»:

Устройство ESP32 может играть роль точки доступа, клиента или обоих одновременно.

Чаще всего точка доступа также имеет сетевое подключение к Интернету и выступает в качестве моста между беспроводной сетью и более широкой сетью TCP/IP, являющейся Интернетом.

Набор клиентов, которые хотят общаться друг с другом, называется базовым набором услуг (BSS). Общая конфигурация - это то, что известно как BSS инфраструктуры. В этом режиме все входящие и исходящие сообщения от отдельной станции маршрутизируются через точку доступа.

Клиент должен ассоциироваться с точкой доступа для участия в истории. Клиент может быть связан только с одной точкой доступа в любой момент времени. Каждый участник сети имеет уникальный идентификатор, называемый MAC-адресом. Это 48-битное значение.

Когда у нас есть несколько точек доступа в беспроводном диапазоне, станция должна знать, с какой из них можно подключиться. Каждая точка доступа имеет сетевой идентификатор, называемый BSSID (или чаще всего SSID). SSID - это идентификатор набора услуг. Это 32-значное значение, которое представляет собой цель пакетов информации, отправляемых по сети.

See also: • Wikipedia – Wireless access point • Wikipedia – IEEE 802.11 • Wikipedia – WiFi Protected Access • Wikipedia – IEEE 802.11i-2004

Инициализация WiFi окружения

WiFi является лишь частью возможностей ESP32. Может быть много случаев, когда WiFi не требуется. Инициализация WiFi выполняется разработчиком приложения путем вызова метода esp_wifi_init().

Рекомендуется провести инициализацию следующим образом:

wifi_init_config_t config = WIFI_INIT_CONFIG_DEFAULT();
esp_wifi_init(&config);

See also: • esp_wifi_init

Установка режима работы

ESP32 может быть либо клиентом, либо точкой доступа для других устройств, либо и тем, и другим. Помните, что когда ESP32 является станцией, он может подключаться к удаленной точке доступа (ваш WiFi-концентратор), тогда как в качестве точки доступа другие WiFi-станции могут подключаться к ESP32 (подумайте о том, что ESP32 становится WiFi-хабом). Это фундаментальное соображение, и мы захотим выбрать, как устройство ведет себя на ранней стадии разработки нашего приложения. После того, как мы выбрали то, что хотим, мы устанавливаем свойство глобального режима, которое указывает, какой из режимов работы будет выполнять наше устройство (клиент, точка доступа или точка доступа и клиент).

Этот выбор задается вызовом esp_wifi_set_mode(). Параметр - это экземпляр wifi_mode_t, который может иметь значение WIFI_MODE_NULL, WIFI_MODE_STA, WIFI_MODE_AP или WIFI_MODE_APSTA. Мы можем вызвать esp_wifi_get_mode(), чтобы получить текущий режим работы.

Сканирование точек доступа

Если ESP32 будет выполнять роль клиента, нам нужно будет подключиться к точке доступа. Мы можем запросить список доступных точек доступа, с которыми мы можем попытаться подключиться. Делается это с помощью функции esp_wifi_scan_start ().

Результаты сканирования WiFi хранятся внутри динамически распределенного хранилища ESP32.

Данные возвращаются нам при вызове esp_wifi_scan_get_ap_records(), который также освобождает внутренне выделенное хранилище. Таким образом, это следует рассматривать как деструктивное чтение.

Запись сканирования содержится в экземпляре структуры wifi_ap_record_t, которая содержит:

           uint8_t bssid[6]
           uint8_t ssid[32]
           uint8_t primary
wifi_second_chan_t second
            int8_t rssi
  wifi_auth_mode_t authmode

wifi_auth_mode_t принимает одно из значений:

• WIFI_AUTH_OPEN – No security.
• WIFI_AUTH_WEP – WEP security.
• WIFI_AUTH_WPA_PSK – WPA security.
• WIFI_AUTH_WPA2_PSK – WPA2 security.
• WIFI_AUTH_WPA_WPA2_PSK – WPA or WPA2 security.

После того, как вы отправите запрос на выполнение сканирования, узнать о его завершении можно по событию SYSTEM_EVENT_SCAN_DONE. Данные события содержат количество найденных точек доступа, и могут быть получены вызовом esp_wifi_scan_get_ap_num().

Если мы хотим отменить сканирование до его завершения самостоятельно, мы можем вызвать esp_wifi_scan_stop().

Вот полное примерное приложение, иллюстрирующее выполнение проверки WiFi. Большая часть работы выполняется в обработчике событий. Когда мы обнаруживаем событие завершения сканирования, мы получаем найденные точки доступа и записываем их данные.

#include "esp_wifi.h"
#include "esp_system.h"
#include "esp_event.h"
#include "esp_event_loop.h"
#include "nvs_flash.h"
esp_err_t event_handler(void *ctx, system_event_t *event)
{
   if (event->event_id == SYSTEM_EVENT_SCAN_DONE) {
      printf("Number of access points found: %d\n",
      event->event_info.scan_done.number);
      uint16_t apCount = event->event_info.scan_done.number;
      if (apCount == 0) {
         return ESP_OK;
      }
      wifi_ap_record_t *list = (wifi_ap_record_t *)malloc(sizeof(wifi_ap_record_t) * apCount);
      ESP_ERROR_CHECK(esp_wifi_scan_get_ap_records(&apCount, list));
      int i;
      for (i=0; i<apCount; i++) {
         char *authmode;
         switch(list[i].authmode) {
            case WIFI_AUTH_OPEN:
               authmode = "WIFI_AUTH_OPEN";
               break;
            case WIFI_AUTH_WEP:
               authmode = "WIFI_AUTH_WEP";
               break;
            case WIFI_AUTH_WPA_PSK:
               authmode = "WIFI_AUTH_WPA_PSK";
               break;
            case WIFI_AUTH_WPA2_PSK:
               authmode = "WIFI_AUTH_WPA2_PSK";
               break;
            case WIFI_AUTH_WPA_WPA2_PSK:
               authmode = "WIFI_AUTH_WPA_WPA2_PSK";
               break;
            default:
               authmode = "Unknown";
               break;
         }
         printf("ssid=%s, rssi=%d, authmode=%s\n",
         list[i].ssid, list[i].rssi, authmode);
      }
      free(list);
   }
   return ESP_OK;
}

int app_main(void){
   nvs_flash_init();
   tcpip_adapter_init();
   ESP_ERROR_CHECK(esp_event_loop_init(event_handler, NULL));
   wifi_init_config_t cfg = WIFI_INIT_CONFIG_DEFAULT();
   ESP_ERROR_CHECK(esp_wifi_init(&cfg));
   ESP_ERROR_CHECK(esp_wifi_set_storage(WIFI_STORAGE_RAM));
   ESP_ERROR_CHECK(esp_wifi_set_mode(WIFI_MODE_STA));
   ESP_ERROR_CHECK(esp_wifi_start());
   // Let us test a WiFi scan ...
   wifi_scan_config_t scanConf = {
      .ssid = NULL,
      .bssid = NULL,
      .channel = 0,
      .show_hidden = 1
   };
   ESP_ERROR_CHECK(esp_wifi_scan_start(&scanConf, 0));
   return 0;
}

Используя библиотеки Arduino, мы также можем осуществлять сетевое сканирование. Вот пример:

int8_t count = WiFi.scanNetworks();
printf("Found %d networks\n", count);
for (uint8_t i=0; i<count; i++) {
   String ssid;
   uint8_t encryptionType;
   int32_t RSSI;
   uint8_t *BSSID;
   int32_t channel;
   WiFi.getNetworkInfo(i, ssid, encryptionType, RSSI, BSSID, channel);
   printf("ssid=%s\n", ssid.c_str());
}

See also:

• Handling WiFi events
• esp_wifi_scan_start
• esp_wifi_scan_stop
• esp_wifi_scan_get_ap_records
• esp_wifi_scan_get_ap_num

Обработчики событий WiFi

Во время работы в качестве устройства WiFi, могут возникнуть события представляющие интерес для приложения. Поскольку мы не знаем когда произойдет то или иное событие, мы не можем заблокировать приложение в их ожидании. Вместо этого мы должны определить функцию обратного вызова, которая будет вызвана если событие произойдет. Функция esp_event_loop_init() регистрирует функцию обратного вызова.

Пример функции обратного вызова:

esp_err_t eventHandler(void *ctx, system_event_t *event) {
   // здесь код обработчика события ...
   return ESP_OK;
}

Как правило мы должны включить следующие заголовки:

• #include <esp_event.h>
• #include <esp_event_loop.h>
• #include <esp_wifi.h>
• #include <esp_err.h>

Пример регистрации функции обратного вызова:

esp_event_loop_init(eventHandler, NULL);

Если в последствии предполагается изменение обработчика обратного вызова можно использовать:

esp_event_loop_set_cb(eventHandler, NULL);

В функцию обратного вызова передается параметр с деталями события. Тип данных этого параметра - «system_event_t», который содержит: System_event_id_t event_id и System_event_info_t event_info

Мы должны включить «esp_event.h», чтобы получить доступ к этим данным.

Теперь мы рассмотрим два свойства, переданные обработчику событий в system_event_t - этими свойствами являются «event_id» и «event_info». Event_id описывает, какое событие было обнаружено, а event_info содержит детали события, основанные на типе, указанном в event_id.

• event_id – перечисление содержащее тип события, принимает следующие значения:
  • SYSTEM_EVENT_WIFI_READY – ESP32 WiFi is ready.
  • SYSTEM_EVENT_SCAN_DONE – Сканирование точек доступа завершено, список доступен.
  • SYSTEM_EVENT_STA_START – Started being a station.
  • SYSTEM_EVENT_STA_STOP – Stopped being a station.
  • SYSTEM_EVENT_STA_CONNECTED – Connected to an access point as a station. The connected data field is valid to be accessed.
  • SYSTEM_EVENT_STA_DISCONNECTED – Disconnected from access point while being a station. The disconnected data field is valid to be accessed.
  • SYSTEM_EVENT_STA_AUTHMODE_CHANGE – Authentication mode has changed. The auth_change data field is valid to be accessed.
  • SYSTEM_EVENT_STA_GOT_IP – Got an assigned IP address from the access point that we connected to while being a station. The got_ip data field is valid to be accessed.
  • SYSTEM_EVENT_AP_START – Started being an access point.
  • SYSTEM_EVENT_AP_STOP – Stopped being an access point.
  • SYSTEM_EVENT_AP_STACONNECTED – A station connected to us while we are being an access point. The sta_connected data field is valid to be accessed.
  • SYSTEM_EVENT_AP_STADISCONNECTED – A station disconnected from us while we are being an access point. The sta_disconnected data field is valid to be accessed.
  • SYSTEM_EVENT_AP_PROBEREQRECVED – Received a probe request while we are being an access point. The ap_probereqrecved data field is valid to be accessed.
• event_info – This is a C language union of distinct data types that are keyed off the event_id. The different structures contained within are:

Structure	Field	Event
system_event_sta_connected_t	connected	SYSTEM_EVENT_STA_CONNECTED
system_event_sta_disconnected_t	disconnected	SYSTEM_EVENT_STA_DISCONNECTED
system_event_sta_scan_done_t	scan_done	SYSTEM_EVENT_SCAN_DONE
system_event_sta_authmode_change_t	auth_change	SYSTEM_EVENT_STA_AUTHMODE_CHANGE
system_event_sta_got_ip_t	got_ip	SYSTEM_EVENT_STA_GOT_IP
system_event_ap_staconnected_t	sta_connected	SYSTEM_EVENT_AP_STACONNECTED
system_event_ao_stadisconnected_t	sta_disconnected	SYSTEM_EVENT_AP_STADISCONNECTED
system_event_ap_probe_req_rx_t	ap_probereqrecved	SYSTEM_EVENT_AP_PROBEREQRECVED

These data structures contain information pertinent to the event type received.

system_event_sta_connected_t

This data type is associated with the SYSTEM_EVENT_STA_CONNECT event.

• uint8_t ssid[32]
• uint8_t ssid_len
• uint8_t bssid[6]
• uint8_t channel
• wifi_auth_mode_t authmode

The ssid is the WiFi network name to which we connected. The ssid_len is the number of bytes in the ssid field that contain the name. The bssid is the MAC address of the access point. The channel is the wireless channel used for the connection. The authmode is the security authentication mode used during the connection.

system_event_sta_disconnected_t

This data type is associated with the SYSTEM_EVENT_STA_DISCONNECTED event.

• uint8_t ssid[32]
• uint8_t ssid_len
• uint8_t bssid[6]
• uint8_t reason

The reason code is an indication of why we disconnected. Symbolics are defined for each of the numeric reason codes to allow us to write more elegant and comprehensible applications should we need to consider a reason code.:

• WIFI_REASON_UNSPECIFIED – 1
• WIFI_REASON_AUTH_EXPIRE – 2
• WIFI_REASON_AUTH_LEAVE – 3
• WIFI_REASON_ASSOC_EXPIRE – 4
• WIFI_REASON_ASSOC_TOOMANY – 5
• WIFI_REASON_NOT_AUTHED – 6
• WIFI_REASON_NOT_ASSOCED – 7
• WIFI_REASON_ASSOC_LEAVE – 8
• WIFI_REASON_ASSOC_NOT_AUTHED – 9
• WIFI_REASON_DISASSOC_PWRCAP_BAD – 10
• WIFI_REASON_DISASSOC_SUPCHAN_BAD – 11
• WIFI_REASON_IE_INVALID – 13
• WIFI_REASON_MIC_FAILURE – 14
• WIFI_REASON_4WAY_HANDSHAKE_TIMEOUT – 15
• WIFI_REASON_GROUP_KEY_UPDATE_TIMEOUT – 16
• WIFI_REASON_IE_IN_4WAY_DIFFERS – 17
• WIFI_REASON_GROUP_CIPHER_INVALID – 18
• WIFI_REASON_PAIRWISE_CIPHER_INVALID – 19
• WIFI_REASON_AKMP_INVALID – 20
• WIFI_REASON_UNSUPP_RSN_IE_VERSION – 21
• WIFI_REASON_INVALID_RSN_IE_CAP – 22
• WIFI_REASON_802_1X_AUTH_FAILED – 23
• WIFI_REASON_CIPHER_SUITE_REJECTED – 24
• WIFI_REASON_BEACON_TIMEOUT – 200
• WIFI_REASON_NO_AP_FOUND – 201
• WIFI_REASON_AUTH_FAIL – 202
• WIFI_REASON_ASSOC_FAIL – 203
• WIFI_REASON_HANDSHAKE_TIMEOUT – 204

system_event_sta_scan_done_t

This data type is associated with the SYSTEM_EVENT_SCAN_DONE event.

• uint32_t status
• uint8_t number
• uint8_t scan_id

See also:

• Scanning for access points
• esp_wifi_scan_get_ap_records

system_event_authmode_change_t

This data type is associated with the SYSTEM_EVENT_STA_AUTHMODE_CHANGE event.

• wifi_auth_mode_t old_mode
• wifi_auth_mode_t new_mode

system_event_sta_got_ip_t

This data type is associated with the SYSTEM_EVENT_STA_GOT_IP event.

• tcpip_adapter_ip_info_t ip_info

The ip_info element is an instance of a tcpip_adapter_ip_info_t which contains three fields:

• ip -The IP address.
• netmask – The network mask.
• gw – The gateway for communications.

All three of these fields are of ip4_addr_t which is a 32bit representation of an IP address. During development, you might want to consider logging the IP address of the device. You can do this using: ESP_LOGD(tag, "Got an IP: " IPSTR, IP2STR(&event->event_info.got_ip.ip_info.ip));

system_event_ap_staconnected_t

This data type is associated with the SYSTEM_EVENT_AP_STACONNECTED event.

• uint8_t mac[6]
• uint8_t aid

system_event_ap_stadisconnected_t

This data type is associated with the SYSTEM_EVENT_AP_STADISCCONNECTED event.

• uint8_t mac[6]
• uint8_t aid

system_event_ap_probe_req_rx_t

This data type is associated with the SYSTEM_EVENT_AP_PROBREQRECVED event.

• int rssi
• uint8_t mac[6]

If we enable the correct logging levels, we can see the events arrive and their content. For example:

D (2168) event: SYSTEM_EVENT_STA_CONNECTED, ssid:RASPI3, ssid_len:6, bssid:00:00:13:80:3d:bd, channel:6, authmode:3

V (2168) event: enter default callback

V (2174) event: exit default callback

and

D (9036) event: SYSTEM_EVENT_STA_GOTIP, ip:192.168.5.62, mask:255.255.255.0, gw:192.168.5.1

V (9036) event: enter default callback

I (9037) event: ip: 192.168.5.62, mask: 255.255.255.0, gw: 192.168.5.1

V (9043) event: exit default callback

Настройки WiFi клиента

ESP32 в режиме WiFi клиента может быть подключена только к одной точке доступа. Парамерты точки доступа к которой мы хотим подключиться задаются в структуре wifi_sta_config_t. wifi_sta_config_t состоит из:

• char ssid[32] - ssid точки доступа к которой хотим подключиться
• char password[64] - пароль к точке доступа
• bool bssid_set
• uint8_t bssid[6]

Пример инициализации структуры wifi_config_t:

wifi_config_t staConfig = {
   .sta = {
      .ssid="<access point name>",
      .password="<password>",
      .bssid_set=false
   }
};

После инициализации структуры передаем её в ESP32:

esp_wifi_set_config(WIFI_IF_STA, (wifi_config_t *)&staConfig);

Предварительно установив режим WiFi с помощью метода esp_wifi_set_mode():

esp_wifi_set_mode(WIFI_MODE_STA)

или

esp_wifi_set_mode(WIFI_MODE_APSTA)

See also: • esp_wifi_set_mode • esp_wifi_set_config

Запуск модуля WiFi

Поскольку Wi-Fi утверждает, что он должен пройти, может быть задан вопрос: «Когда Wi-Fi готов к использованию?». Если мы предположим, что ESP32 загружается с холода, есть вероятность, что мы хотим сказать, что это клиент или точка доступа, и задать её параметры. Учитывая, что это последовательность шагов, мы фактически не хотим, чтобы ESP32 выполнял эти задачи до тех пор, пока мы не выполнили всю нашу настройку. Например, если мы загружаем ESP32 и запрашиваем его как точку доступа, если он сразу стал точкой доступа, он может еще не знать параметров точки доступа, которая должна быть или, что еще хуже, может временно проявляться как неправильная точка доступа. Таким образом, есть окончательная команда, которую мы должны изучить, которая является инструкцией для подсистемы WiFi, чтобы начать работать. Это команда esp_wifi_start (). Все команды которые мы делаем до неё, это настройка среды. Только при вызове esp_wifi_start () подсистема WiFi начинает выполнять какую-либо реальную работу от нашего имени. Если наш режим - это точка доступа, вызов этой функции включает точку доступа. Если наш режим является режимом клиента, начинается подключение к точке доступа. Существует соответствующая команда, называемая esp_wifi_stop (), которая останавливает подсистему WiFi.

Подключение к точке доступа в режиме клиента

После передачи параметров подключения к WiFi в режиме клиента, которая включает SSID и пароль, мы готовы выполнить подключение к точке доступа. Функция esp_wifi_connect() установит соединение. Процедура установки соединения происходит не мнгновенно. Спустя некоторое время мы фактически подключимся - произойдет два события. Первое - SYSTEM_EVENT_STA_CONNECTED, указывающий, что у нас есть подключение к точке доступа. Второе событие - SYSTEM_EVENT_STA_GOT_IP, которое Указывает, что DHCP-сервером был назначен IP-адрес. Только после этих событий мы можем передавать / принимать данные. Если мы используем статический IP-адреса для нашего устройства, то мы увидим только связанное событие. Если мы отключимся от точки доступа, мы увидим событие SYSTEM_EVENT_STA_DISCONNECTED. Для отключения от ранее подключенной точки доступа, нужно вызвать esp_wifi_disconnect().

Существует еще один вариант подключения к точкам доступа - автоматическое подключение. Существует булев флаг, который хранится во флеше, который указывает, следует ли ESP32 пытаться автоматически подключиться к последней используемой точке доступа. Если установлено значение true, то после запуска устройства и без кодирования любых вызовов API, ESP32 попытается подключиться к последней используемой точке доступа. Этот вариант я предпочитаю не использовать, так как хочу сам контролировать работу устройства. Мы можем включить или отключить функцию автоматического подключения, выполнив вызов esp_wifi_set_auto_connect (). Ниже приведен полный пример, иллюстрирующий все шаги, необходимые для подключения к точке доступа с информированнием, когда мы готовы к работе:

#include "freertos/FreeRTOS.h"
#include "esp_wifi.h"
#include "esp_system.h"
#include "esp_event.h"
#include "esp_event_loop.h"
#include "nvs_flash.h"
#include "tcpip_adapter.h"
esp_err_t event_handler(void *ctx, system_event_t *event)
{
   if (event->event_id == SYSTEM_EVENT_STA_GOT_IP) {
      printf("Our IP address is " IPSTR "\n",
      IP2STR(&event->event_info.got_ip.ip_info.ip));
      printf("We have now connected to a station and can do things...\n")
   }
   return ESP_OK;
}
int app_main(void)
{
   nvs_flash_init();
   tcpip_adapter_init();
   ESP_ERROR_CHECK( esp_event_loop_init(event_handler, NULL) );
   wifi_init_config_t cfg = WIFI_INIT_CONFIG_DEFAULT();
   ESP_ERROR_CHECK(esp_wifi_init(&cfg) );
   ESP_ERROR_CHECK( esp_wifi_set_storage(WIFI_STORAGE_RAM) );
   ESP_ERROR_CHECK( esp_wifi_set_mode(WIFI_MODE_STA));
   wifi_config_t sta_config = {
      .sta = {
         .ssid = "RASPI3",
         .password = "password",
         .bssid_set = 0
      }
   };   
   ESP_ERROR_CHECK(esp_wifi_set_config(WIFI_IF_STA, &sta_config));
   ESP_ERROR_CHECK(esp_wifi_start());
   ESP_ERROR_CHECK(esp_wifi_connect());
   return 0;
}

Когда мы подключаемся к точке доступа, наше устройство является клиентом. Подключение к точке доступа автоматически не означает, что теперь у нас есть IP-адрес. Мы все еще должны запросить выделенный IP-адрес с сервера DHCP. Это может занять несколько секунд. В некоторых случаях мы можем запрашиватьопределенный IP-адрес адрес. Это приводит к значительно более быстрому времени соединения. Если мы укажем IP адрес, то необходмо также указать информацию о DNS, если нам нужно подключиться к DNS-серверам. Пример, который выделяет нам определенный IP-адрес:

#include <lwip/sockets.h>
// The IP address that we want our device to have.
#define DEVICE_IP "192.168.1.99"
// The Gateway address where we wish to send packets.
// This will commonly be our access point.
#define DEVICE_GW "192.168.1.1"
// The netmask specification.
#define DEVICE_NETMASK "255.255.255.0"
// The identity of the access point to which we wish to connect.
#define AP_TARGET_SSID "RASPI3"
// The password we need to supply to the access point for authorization.
#define AP_TARGET_PASSWORD "password"
esp_err_t wifiEventHandler(void *ctx, system_event_t *event)
{
   return ESP_OK;
}
// Пример кода здесь ...

nvs_flash_init();
tcpip_adapter_init();
tcpip_adapter_dhcpc_stop(TCPIP_ADAPTER_IF_STA); // Don't run a DHCP client
tcpip_adapter_ip_info_t ipInfo;
inet_pton(AF_INET, DEVICE_IP, &ipInfo.ip);
inet_pton(AF_INET, DEVICE_GW, &ipInfo.gw);
inet_pton(AF_INET, DEVICE_NETMASK, &ipInfo.netmask);
tcpip_adapter_set_ip_info(TCPIP_ADAPTER_IF_STA, &ipInfo);
ESP_ERROR_CHECK(esp_event_loop_init(wifiEventHandler, NULL));
wifi_init_config_t cfg = WIFI_INIT_CONFIG_DEFAULT();
ESP_ERROR_CHECK(esp_wifi_init(&cfg) );
ESP_ERROR_CHECK(esp_wifi_set_storage(WIFI_STORAGE_RAM));
ESP_ERROR_CHECK(esp_wifi_set_mode(WIFI_MODE_STA));
wifi_config_t sta_config = {
   .sta = {
      .ssid = AP_TARGET_SSID,
      .password = AP_TARGET_PASSWORD,
      .bssid_set = 0
   }
};
ESP_ERROR_CHECK(esp_wifi_set_config(WIFI_IF_STA, &sta_config));
ESP_ERROR_CHECK(esp_wifi_start());
ESP_ERROR_CHECK(esp_wifi_connect());

See also: • Handling WiFi events • esp_wifi_connect • esp_wifi_disconnect

Запуск в режиме точки доступа

До сих пор мы рассматривали ESP32 как клиента ​​WiFi для существующей точки доступа, но он также имеет возможность быть точкой доступа для других WiFi-устройств(клиентов), включая другие ESP32. Чтобы быть точкой доступа, нам нужно определить SSID, который позволяет другим устройствам увидеть нашу сеть. Этот SSID может быть помечен как скрытый, если мы не хотим чтобы его можно найти при сканировании. Кроме того, мы также должны указать режим аутентификации который будет использоваться, когда клиент захочет соединиться с нами. Первой этапом для начала работы ESP32 в режиме точки доступа является установка соответствующего режима командой esp_wifi_set_mode(). Для этого необходимо передать в качестве параметра код режима точки доступа или совмещенного режима точка доступа и клиента. Это будет либо:

esp_wifi_set_mode (WIFI_MODE_AP);

или

esp_wifi_set_mode (WIFI_MODE_APSTA);

Затем нам нужно предоставить информацию о конфигурации. Мы делаем это, заполняя экземпляр wifi_ap_config_t. wifi_ap_config_t содержит:

• ssid – The WiFi ssid name upon which we will listen for connecting stations.
• ssid_len – The length in bytes of the ssid if not NULL terminated.
• password – The password used for station authentication.
• channel – The channel we will use for networking.
• authmode – How we wish stations to authenticate (if at all). The choices are
  • open
  • wep
  • wpa
  • wpa2
  • wpa_wpa2
• ssid_hidden – Should we broadcast our ssid.
• max_connection – The number of concurrent stations. The default and maximum

is 4.

• beacon_interval – Unknown. 100.

Пример структуры инициализации:

wifi_config_t apConfig = {
   .ap = {
      .ssid="<access point name>",
      .ssid_len=0,
      .password="<password>",
      .channel=0,
      .authmode=WIFI_AUTH_OPEN,
      .ssid_hidden=0,
      .max_connection=4,
      .beacon_interval=100
    }
};

Когда структура заполнена, мы вызываем esp_wifi_set_config() … доя примера:

esp_wifi_set_config(WIFI_IF_AP, &apConfig);

Наконец, мы называем esp_wifi_start().

Вот фрагмент кода, который можно использовать для настройки, и ESP32 в качестве точки доступа:

#include "freertos/FreeRTOS.h"
#include "esp_wifi.h"
#include "esp_system.h"
#include "esp_event.h"
#include "esp_event_loop.h"
#include "nvs_flash.h"
#include "tcpip_adapter.h"
esp_err_t event_handler(void *ctx, system_event_t *event)
{
   //....
   return ESP_OK;
}
int app_main(void)
{
   nvs_flash_init();
   tcpip_adapter_init();
   ESP_ERROR_CHECK( esp_event_loop_init(event_handler, NULL) );
   wifi_init_config_t cfg = WIFI_INIT_CONFIG_DEFAULT();
   ESP_ERROR_CHECK(esp_wifi_init(&cfg) );
   ESP_ERROR_CHECK( esp_wifi_set_storage(WIFI_STORAGE_RAM) );
   ESP_ERROR_CHECK( esp_wifi_set_mode(WIFI_MODE_AP));
   wifi_config_t sta_config = {
      .ap = {
         .ssid="test_ap",
         .ssid_len=0,
         .password="test_test", // 8 digit minimum
         .channel=0,
         .authmode=WIFI_AUTH_OPEN,
         .ssid_hidden=0,
         .max_connection=4,
         .beacon_interval=100
      }
   };   
   ESP_ERROR_CHECK(esp_wifi_set_config(WIFI_IF_AP, &sta_config));
   ESP_ERROR_CHECK(esp_wifi_start());
   return 0;
}

Когда мы становимся точкой доступа, событие ESP32 WiFi создается из типа SYSTEM_EVENT_AP_START. Обратите внимание, что нет данных о полезной нагрузке, связанных с этим событием.

Как только ESP32 начнет прослушивать подключения к станции, будучи точкой доступа, мы захотим проверить, что это работает. Вы можете использовать любое устройство или систему для сканирования и подключения. Лично я использую Raspberry PI 3 для тестирования, поскольку он обеспечивает отличную среду Linux и имеет встроенный адаптер WiFi. Вы также можете подключить отдельный WiFi-ключ к одному из дополнительных USB-портов. Один из первых инструментов, которые мы хотим запустить, называется «iwlist», который будет выполнять сканирование:

$ sudo iwlist wlan1 scan

В результате мы можем искать наш ESP32 ... например:

Cell 02 - Address: 18:FE:34:6A:94:EF
          ESSID:"ESP32"
          Protocol:IEEE 802.11bgn
          Mode:Master
          Frequency:2.412 GHz (Channel 1)
          Encryption key:off
          Bit Rates:150 Mb/s
          Quality=100/100 Signal level=100/100

Другой доступный инструментом, доступный в этой среде, называется «wpa_cli», который предоставляет множество опций для тестирования WiFi. Способ, который я использую, заключается в подключении к точке доступа из командной строки:

$ sudo wpa_cli
add_network
set_network <num> ssid "<SSID>"
set_network <num> key_mgmt NONE
enable_network <num>
status

Для подключения к точке доступа, вам придется выбрать

select_network <num>
reconnect

или

reasociate

для отключения от точки доступа используйте команду:

disconnect

ifname – покажет текущий интерфейс

interface <name> - выберет текущий интерфейс

Для выполнения сканирования выполните команду «scan». По завершении запустите «scan_results», чтобы просмотреть список.

Когда станция подключается, ESP32 будет поднимать событие SYSTEM_EVENT_AP_STACONNECTED. Когда станция отключается, мы увидим событие SYSTEM_EVENT_AP_DISCONNECTED.

Смотрите также:

• Man (8) - wpa_cl i

Когда удаленная станция подключается к ESP32 в качестве точки доступа, мы увидим отладочное сообщение, написанное в UART1, которое может выглядеть примерно так:

station: f0:25:b7:ff:12:c5 join, AID = 1

Это содержит MAC-адрес нового клиента, соединяющей сеть. Когда клиент отключится, мы увидим соответствующее сообщение журнала отладки, которое может быть:

station: f0:25:b7:ff:12:c5 leave, AID = 1

Из ESP32 мы можем определить, сколько клиентов в настоящий момент к ней подключено вызовом wifi_softap_get_station_num (). Если нужно получить детали этих клиентов, мы можем вызвать wifi_softap_get_station_info (), которая вернет связанный список wifi_sta_list_t. Мы должны явно освободить хранилище, выделенное этим вызовом, выполнив wifi_softap_free_station_info ().

Ниже приведен пример фрагмента кода, в котором перечислены детали подключенных станций:

uint8 stationCount = wifi_softap_get_station_num();
os_printf("stationCount = %d\n", stationCount);
wifi_sta_list_t *stationInfo = wifi_softap_get_station_info();
if (stationInfo != NULL) {
   while (stationInfo != NULL) {
      os_printf("Station IP: %d.%d.%d.%d\n", IP2STR(&(stationInfo->ip)));
      stationInfo = STAILQ_NEXT(stationInfo, next);
   }
   wifi_softap_free_station_info();
}

Когда ESP32 действует как точка доступа, это позволяет другим устройствам подключаться к нему и формировать соединение WiFi. Однако представляется, что два устройства, подключенные к одному ESP32, действующему как точка доступа, не могут напрямую взаимодействовать друг с другом. Например, представьте, что два устройства подключаются к ESP32 в качестве точки доступа. Им могут быть выделены IP-адреса 192.168.4.2 и 192.168.4.3. Мы можем предположить, что 192.168.4.2 может выполнять проверку 192.168.4.3 и наоборот, но это запрещено. Похоже, что разрешено только прямое сетевое подключение между вновь подключенными клиентами и точкой доступа (ESP32).

Это, по-видимому, ограничивает применимость ESP32 в качестве точки доступа. Основная цель ESP32 в качестве точки доступа - разрешить мобильным устройствам (например, вашему телефону) подключаться к ESP32 и вести беседу с приложением, которое работает на нем.

See also:

• esp_wifi_set_config
• esp_wifi_set_mode

Работа с подключенными клиентами

Когда наш ESP32 является точкой доступа, мы говорим, что хотим разрешить клиенту подключаться к нему. Это приводит к необходимости управления этими клиентами. Обычными вещами, которые мы хотели бы сделать, являются:

• Определите, когда подключается новый клиент
• Определите, когда уходит ранее подключенный клиент
• Список подключенных в данный момент клиентов
• Отключите одну или несколько подключенных в настоящее время клиентов

Мы можем зарегистрировать обработчик событий для обнаружения новых соединений клиентов и существующих отключений клиентов. Обработчик события получит SYSTEM_EVENT_AP_STACONNECTED, когда клиент подключится, и SYSTEM_EVENT_AP_STADISCONNECTED, что клиент отключится.

Мы можем получить список подключенных в данный момент клиентов, используя функцию esp_wifi_get_station_list(). Хранилище для этого списка выделено для нас, и мы должны указать, что мы больше не нуждаемся в нем, вызывая esp_wifi_free_station_list() по завершении.

Если по какой-то причине логика в нашей среде хочет принудительно отключить текущую подключенную станцию, мы можем использовать вызов esp_wifi_kick_station().

See also:

• Handling WiFi events
• esp_wifi_free_station_list
• esp_wifi_get_station_list
• esp_wifi_kick_station

WiFi at boot time

ESP32 может хранить информацию о запуске WiFi во флэш-памяти. Это позволяет выполнять свои функции при запуске без необходимости запрашивать у пользователя какую либо информацию. Эта возможность контролируется функциями esp_wifi_set_auto_connect () и esp_wifi_get_auto_connect().

Значениями параметров, используемых для автоматического подключения, являются значения, сохраненные во флэш-памяти при помощи функции esp_wifi_set_config().

See also: • esp_wifi_set_auto_connect • esp_wifi_get_auto_connect • esp_wifi_set_storage

DHCP клиент

Когда ESP32 подключается к точке доступа в качестве станции, он также запускает DHCP-клиент для подключения к серверу DHCP, который он предполагает, также доступен в точке доступа. Оттуда станция получает свой IP-адрес, адрес шлюза и сетевую маску. Однако есть моменты, когда мы хотим предоставить наши собственные значения для этих данных. Мы можем сделать это, вызвав tcpip_adapter_set_ip_info () во время установки. Это выглядит следующим образом:

tcpip_adapter_init();
tcpip_adapter_dhcpc_stop();
tcpip_adapter_set_ip_info();
esp_wifi_init();
esp_wifi_set_mode();
esp_wifi_set_config();
esp_wifi_start();
esp_wifi_config();

(Note that the parameters are omitted in the above).

Настройка для вызова tcpip_adapter_set_ip_info () может быть следующей:

tcpip_adapter_ip_info_t ipInfo;
IP4_ADDR(&ipInfo.ip, 192,168,1,99);
IP4_ADDR(&ipInfo.gw, 192,168,1,1);
IP4_ADDR(&ipInfo.netmask, 255,255,255,0);
tcpip_adapter_set_ip_info(TCPIP_ADAPTER_IF_STA, &ipInfo);

Альтернатива, используя строки, мы имеем:

tcpip_adapter_ip_info_t ipInfo;
inet_pton(AF_INET, "192.168.1.99", &ipInfo.ip);
inet_pton(AF_INET, "192.168.1.1", &ipInfo.gw);
inet_pton(AF_INET, "255.255.255.0", &ipInfo.netmask);
tcpip_adapter_set_ip_info(TCPIP_ADAPTER_IF_STA, &ipInfo);

See also:

• tcpip_adapter_set_ip_info
• tcpip_adapter_dhcpc_start
• tcpip_adapter_dhcpc_stop
• tcpip_adapter_dhcpc_get_status
• tcpip_adapter_dhcpc_option
• inet_pton

DHCP сервер

Когда ESP32 выполняет роль точки доступа, вполне вероятно, что вы захотите, чтобы он также вел себя как DHCP-сервер, чтобы подключенным клиентам мог быть автоматически назначен IP-адрес и переданы их маски подсети и шлюзы.

DHCP-сервер можно запустить и остановить в устройстве с помощью API, называемых wifi_softap_dhcps_start () и wifi_softap_dhcps_stop (). Текущее состояние (запущен или остановлено) DHCP-сервера можно найти с помощью вызова wifi_softap_dhcps_status().

Диапазон IP-адресов по умолчанию, предлагаемый сервером DHCP, составляет 192.168.4.1 вверх.

Первый адрес присваивается самому ESP32. Важно понимать, что этот диапазон адресов не является тем же самым диапазоном адресов, что и ваша ЛВС, где вы можете быть за работой. ESP32 сформировал собственное сетевое адресное пространство, и хотя они могут отображаться с одинаковыми номерами (192.168.x.x), они являются изолированными и независимыми сетями. Если вы запустите точку доступа на ESP32 и подключитесь к ней со своего телефона, не удивляйтесь, когда вы пытаетесь выполнить ping с вашего компьютера, подключенного к Интернету, и не получите ответа.

See also:

• Error: Reference source not found

Текущий IP адрес, маска и шлюз

Если нам это нужно, мы можем запросить среду для текущего IP-адреса, сетевой маски и шлюза. Значения этих параметров обычно устанавливаются для нас сервером DHCP, когда мы подключитесь к точке доступа. Функция tcpip_adapter_get_ip_info () возвращает наше текущее значение. Поскольку ESP32 может иметь два IP-интерфейса (один для точки доступа и один для станции), мы предоставляем интерфейс, который мы хотим получить.

Когда мы подключаемся к точке доступа и выбираем использовать DHCP, когда нам присваивается IP-адрес, генерируется событие, которое может использоваться как указание на то, что у нас теперь есть действительный IP-адрес.

See also:

• Handling WiFi events
• Error: Reference source not found
• tcpip_adapter_get_ip_info

WiFi Protected Setup – WPS

ESP32 поддерживает функцию WiFi Protected Setup в режиме станции. Это означает, что если точка доступа поддерживает его, ESP32 может подключиться к точке доступа без представления пароля. В настоящее время реализуется только «кнопочный режим» соединения. Используя этот механизм, физическая кнопка нажата на точку доступа, и в течение двух минут любая станция в диапазоне может присоединиться к сети с использованием протоколов WPS. Примером использования может быть нажата кнопка WPS точки доступа, а затем устройство ESP32, вызывающее wifi_wps_enable (), а затем wifi_wps_start (). Затем ESP32 подключился к сети.

See also:

• wifi_wps_enable
• wifi_wps_start
• wifi_set_wps_cb
• Simple Questions: What is WPS (WiFi Protected Setup)
• Wikipedia: WiFi Protected Setup

Алгоритм инициализации WiFi

Представьте, что мы создали проект с использованием ESP32, который хочет подключиться к сети. Чтобы это произошло, мы хотим, чтобы ESP32 подключался к существующей точке доступа. Это работает, потому что ESP32 может быть Wi-Fi-клиентом. Для того, чтобы ESP32 соединился с точкой доступа, он должен знать два важных элемента. Он должен знать, к какой сети присоединиться (SSID), и ему нужно будет знать пароль для подключения к этой сети, поскольку большинство сетей требуют аутентификации. И есть головоломка. Если ESP32 перенесен в физически новую среду, как он «узнает», к какой сети подключиться и какой пароль использовать? Мы должны предположить, что ESP32 не имеет прикрепленного к нему экрана. Если бы это было так, мы могли бы запросить у пользователя информацию. Одним из решений является то, что ESP32 первоначально «будет» точкой доступа. Если бы это была точка доступа, мы могли бы использовать наш телефон для связи с ним, спросить, какие WiFi-сети он видит, предоставить пароль для сети и разрешить ему подключаться.

Пока (не сделано) {
   если (мы знаем наш ssid и пароль) {
      попытаемся подключиться к точке доступа; 
      Если (нам удалось установить связь) {
         return; 
      }
   }
   Сами становятся точкой доступа; 
   Слушать входящие запросы браузера; 
   Дождаться ввода пары SSID / password; 
}

Нам также необходимо обработать случай, когда мы считаем, что у нас есть SSID и пароль, используемые для подключения к точке доступа, но либо те, которые были изменены, либо мы находимся в другом месте. В этом случае мы также должны вернуться к точке доступа и ждать новых инструкций. Мы можем использовать энергонезависимое хранилище для сохранения нашего SSID и пароля. Возможно, мы захотим сохранить не одну пару SSID / пароль, а, возможно, сохранить упорядоченный список. Таким образом, когда мы учим наше устройство, как подключиться к точке доступа, а затем научим его подключаться к другому, мы можем вернуться к первому. Например, представьте, что вы используете ESP32 дома с одной сетью и тем же ESP32 при работе с другой сетью. Мы также можем сохранить информацию о статическом интерфейсе, если у нас либо нет, либо нет необходимости использовать службы DHCP-сервера при запуске в качестве станции.

См. Также: • Нелетучее хранение