让 ESP32 连接到你的 WiFi 热点

本工程已托管到 GitHub，具体路径是 https://github.com/tidyjiang8/esp32-projects/tree/master/sta

功能说明：将 ESP32 当做一个 STA，连接到一个 WiFi 热点。

关于 ESP32 更多好玩、有趣、实用的项目，请查看 【ESP32 系列博客 - 目录】

【快速开始】

【假设】

• 你已经安装好 ESP-IDF 和工具链。
• 你已经有一个 WiFi 热点。

【步骤】

• 使用数据线将开发板连接到你的系统中，让系统能够识别到你的板子（Windows 是COM\*, Linux 是/dev/ttyUSB\*）。
• 进入sta所在目录。
• 执行命名make menuconfig进行配置。
  
  • 对热点的 SSID 和密码进行配置。依次进入配置选项Demo Configuration --->，然后在WiFi SSID和WiFi Password中填写你的 SSID 和密码。然后退出配置菜单，保存配置。
  • 对串口进行配置。
• 执行命令make进行编译
• 执行命令make flash monitor将编译生成的镜像烧写到 ESP32 开发板上面，并查看串口输出。

【现象】

串口输出如下图所示，从图中框出的部分可以看出，我们的 ESP32 已经成功连接到热点，并获取到 IP 地址了。

图 - 串口输出

【源码分析】

整个源码非常简单，一共就几十行代码，几乎都是在调用 ESP-IDF 给我们提供的接口，整个过程的流程如下:

上面这个流程中，我们需要强调的有三处：

• 初始化事件处理模块 esp_event_loop_init()
• 设置 wifi 模式 esp_wifi_set_mode()
• 配置接口的参数 esp_wifi_set_config()

【初始化事件调度器】

在 ESP-IDF 中，整个 wifi 协议栈是一个状态机，它在各个时刻都有一个状态。用户可以根据自己的需要，让协议栈在某个状态时自动处理某些工作。在调用 esp_event_loop_init()函数时 ，我们传入了一个参数 event_handler，它是一个函数指针，当wifi状态机的状态变化时，会调用函数 event_handler()，并给它传递适当的参数。这一部分内容我们将在下一篇博客中详细介绍，所以这里就不再说明，请参考深入分析 ESP32 的 WiFi 状态机

【设置 wifi 模式】

ESP32 支持三种 wifi 模式，它们被定义为三个枚举值：

typedef enum {
    WIFI_MODE_NULL = 0,  /**< null mode */
    WIFI_MODE_STA,       /**< WiFi station mode */
    WIFI_MODE_AP,        /**< WiFi soft-AP mode */
    WIFI_MODE_APSTA,     /**< WiFi station + soft-AP mode */
    WIFI_MODE_MAX
} wifi_mode_t;

第一个枚举值WIFI_MODE_NULL和最后一个枚举值WIFI_MODE_MAX只是一个标记，不是真正支持的模式，因此支持的模式包括：

• station 模式
• soft-AP 模式
• station + soft-AP 模式

设置模式的接口为 esp_err_t esp_wifi_set_mode(wifi_mode_t mode);，它需要的参数就是我们上面所看到的三种模式中的其中一个。

另外还有一个问题，WIFI_MODE_NULL 和 WIFI_MODE_MAX 有啥作用？在函数 esp_wifi_set_mode 内部，可以通过这两个值来进行入参检测，判断传入的参数是否有效。

【配置接口的参数】

在上面设置 wifi 模式时，wifi 库会根据我们传入的参数来分配接口。如果我们传入的参数是 WIFI_MODE_STA，则 wifi 库会创建一个 sta 接口；如果我们传入的参数是 WIFI_MODE_AP，则 wifi 库会创建一个 ap 接口；如果我们传入的参数是 WIFI_MODE_APSTA，则 wif 库会同时创建一个 sta 接口和一个 ap 接口。wifi 库在运行时需要知道这些接口的参数，所以我们需要在启动 wifi 前设置接口的参数。

设置 wifi 接口参数的 API 原型是 esp_err_t esp_wifi_set_config(wifi_interface_t ifx, wifi_config_t *conf);，包含两个参数：

• wifi_interface_t ifx，即需要配置的接口
• wifi_config_t *conf，即传递给该接口的参数

sta 接口和 ap 接口需要的参数是不同的，这里一定要注意，它们通过一个 联合体 来定义的：

typedef union {
    wifi_ap_config_t  ap;  /**< AP 的配置 */
    wifi_sta_config_t sta; /**< STA 的配置 */
} wifi_config_t;

对于 sta 接口，需要配置的参数一般包括 ssid 和 password。注意，这里的ssid和password的长度是由限制的，具体请看结构体：

typedef struct {
    uint8_t ssid[32];      /**< SSID of target AP*/
    uint8_t password[64];  /**< password of target AP*/
    bool bssid_set;        /**< whether set MAC address of target AP or not. Generally, station_config.bssid_set needs to be 0; and it needs to be 1 only when users need to check the MAC address of the AP.*/
    uint8_t bssid[6];     /**< MAC address of target AP*/
    uint8_t channel;       /**< channel of target AP. Set to 1~13 to scan starting from the specified channel before connecting to AP. If the channel of AP is unknown, set it to 0.*/
} wifi_sta_config_t;

对于 ap 接口，第一个需要确定的参数是 authmode，即客户端连接到这个 AP 时的授权模式。如果配置的授权模式是 WIFI_AUTH_OPEN，则不再需要配置其它参数。否则，则需要根据授权模式来判断还需要其它啥参数，不过一般都至少还需要 ssid 和 password 两个参数，其它参数的作用请自行研究。ap 接口的配置结构体如下：

typedef struct {
    uint8_t ssid[32];           /**< SSID of ESP32 soft-AP */
    uint8_t password[64];       /**< Password of ESP32 soft-AP */
    uint8_t ssid_len;           /**< Length of SSID. If softap_config.ssid_len==0, check the SSID until there is a termination character; otherwise, set the SSID length according to softap_config.ssid_len. */
    uint8_t channel;            /**< Channel of ESP32 soft-AP */
    wifi_auth_mode_t authmode;  /**< Auth mode of ESP32 soft-AP. Do not support AUTH_WEP in soft-AP mode */
    uint8_t ssid_hidden;        /**< Broadcast SSID or not, default 0, broadcast the SSID */
    uint8_t max_connection;     /**< Max number of stations allowed to connect in, default 4, max 4 */
    uint16_t beacon_interval;   /**< Beacon interval, 100 ~ 60000 ms, default 100 ms */
} wifi_ap_config_t;

【总结】

虽然只有短短的几十行代码，但是如果我们仔细追踪源码的话，里面其实藏着很多干货的！

我们这里也只是简单分析了下源码，没有太深入，比如，tcp/ip 适配层初始化时都干了啥？事件调度器是干嘛的/wifi 状态机是如何运行是？对于后者，理解清楚了有利于我们编写出更好的应用程序，我们将在下一篇博客中介绍，请参考 分析 ESP32 的 WiFi 状态机；对于前者，如果有兴趣，请自行追踪源码，这部分内容也是开源的。