LiteOS学习笔记-5通信模组之LiteOS的SAL及socket编程

一、SAL套接字抽象层
二、Socket套接字简介
- Socket概述
- Socket结构体
- 字节序转换函数
- - ip地址的转换
  - 字节序的转换
三、编程配置
四、编程实例
- SAL提供的Socket客户端编程API
- - 建立socket
  - 连接服务器
  - 发送数据
  - 接收数据
  - 关闭socket
- 基于SAL的TCP客户端编程
- 基于SAL的UDP客户端编程
- 总结

一、SAL套接字抽象层

SAL全称Socket Abstract Layer，即套接字抽象层，主要作用是对上层应用提供一层统一的 socket 编程接口，屏蔽底层网络硬件的差异。无论底层使用以太网+LwIP协议栈组合，还是使用ESP8266/M26+AT框架组合，经过SAL套接字抽象层之后，对用户提供的接口都是统一的，极大的提高了程序的可移植性。
LiteOS的SAL架构如下：

SAL框架的源码及其实现在SDK中的IoT_LINK\iot_link\network\tcpip目录：

除了sal文件夹之外，其余的文件夹分别对应着不同的sal实现，比如esp8266_socket对应的是基于AT框架和ESP8266的SAL实现。
SAL相关的头文件存放在IoT_LINK\iot_link\inc文件夹中。

sal.h：SAL头文件，使用时需包含
sal_imp.h：抽象接口定义头文件
sal_types.h：socket编程中涉及到的类型定义
sal_define.h：socket编程中涉及到的宏定义
link_endian.h：socket编程中的大小端字节序转换函数定义

二、Socket套接字简介

Socket概述

Socket称为套接字，本质上是一种文件描述符，所以socket通信的过程和操作文件的方法基本类似。
TCP/IP协议族的传输层中，分为有连接的，可靠的TCP传输方式，和无连接的，不可靠的UDP传输方式，所以Socket分为两种：

流式Socket（SOCK_STREAM）：提供可靠的、面向连接的通信流，使用TCP协议
数据报Socket（SOCK_DGRAM）：提供一种无连接的服务，使用UDP协议

Socket结构体

一个标准的Socket应该包括以下五部分：

协议类型
目的IP
目的端口
源ip
源端口
SAL提供了两种socket的结构体用于存放数据，sockaddr结构体和sockaddr_in结构体，定义均在sal_types.h文件中。
sockaddr结构体：

struct sockaddr
{sa_family_t     sa_family;      /* address family, AF_xxx   */char            sa_data[14];    /* 14 bytes of protocol address */
};

sa_family：地址族，一般为AF_INET，表示IPv4协议；
sa_data：包含了源ip、源端口、目的ip、目的端口；
sockaddr_in结构体

struct sockaddr_in
{sa_family_t sin_family;             /* AF_INET */in_port_t sin_port;                 /* Port number.  */struct in_addr sin_addr;            /* Internet address.  */unsigned char sin_zero[8];          /* Pad to size of `struct sockaddr'.  */
};

sockaddr结构体将所有的ip和端口信息都放在了sa_data中，不利用编程，而sockaddr_in结构体本质上和sockaddr结构体一样，但是将目的ip和目的端口分离出来，容易编程,所以一般在使用的时候有如下技巧：
使用sockaddr_in结构体赋值，作为参数传递时强制转换为sockaddr类型传递。

字节序转换函数

ip地址的转换

ip地址通常是一个字符串，比如"192.168.1.100"，但是此处需要转换为一个uint32_t类型的数据，SAL提供了一个转换函数，在之前提到的link_endian.h文件中，函数如下：

//define the normal addres function
#define swaps(value) ((((value)&((uint16_t)0xff00))>>8)|(((value)&((uint16_t)0x00ff))<<8))#define swapl(value)  ((((value)&((uint32_t)0xff000000))>>24)|(((value)&((uint32_t)0xff0000))>>8)|\(((value)&((uint32_t)0xff00))<<8)|(((value)&((uint32_t)0xff))<<24))

字节序的转换

字节序分为大端存储和小端存储，为了保证统一性，屏蔽硬件差异，需要将ip地址和端口的值转换为网络字节序，SAL提供了本地字节序和网络字节序的互相转换函数，在link_endian.h文件中，其中h表示host主机，n表示network网络字节序：

#ifndef htons
#define htons      htobes      //translate the host endian to network endian (2 Bytes)
#endif#ifndef htonl
#define htonl      htobel      //translate the host endian to network endian (4 Bytes)
#endif#ifndef ntohs
#define ntohs      htobes      //translate the network endian to host endian (2 Bytes)
#endif#ifndef ntohl
#define ntohl      htobel      //translate the network endian to host endian (4 Bytes)
#endif

三、编程配置

使用ESP8266通信模组，需要开启使能AT框架和SAL。
在工程目录下的.config中手动配置开启驱动框架（串口使用）和AT框架，SAL框架，使能ESP8266，并配置ESP8266参数：

CONFIG_UARTAT_RCVMAX=2048
CONFIG_UARTAT_BAUDRATE=115200
CONFIG_UARTAT_DEVNAME="atdev"CONFIG_AT_ENABLE=y
CONFIG_AT_DEVNAME="atdev"
CONFIG_AT_OOBTABLEN=6
CONFIG_AT_RECVMAXLEN=1024
CONFIG_AT_TASKPRIOR=10CONFIG_DRIVER_ENABLE=y
CONFIG_TCPIP_AL_ENABLE=y
CONFIG_ESP8266_ENABLE=y
CONFIG_ESP8266_SSID="qiushi-dong"
CONFIG_ESP8266_PWD="67996909"
CONFIG_ESP8266_RCVCACHE=1024
CONFIG_ESP8266_CMDTIMEOUT=2000

如下两个宏须同时使能，否则会造成SAL无实现或ESP8266无接口。

CONFIG_TCPIP_AL_ENABLE=y
CONFIG_ESP8266_ENABLE=y

四、编程实例

SAL提供的Socket客户端编程API

建立socket

int sal_socket(int domain, int type, int protocol)

参数	说明	常用值
domain	协议或地址族	AF_INET，表示IPv4
type socket	类型	SOCK_STREAM，表示TCP
		SOCK_DGRAM，表示UDP
protocol	使用的协议号	0，表示使用默认协议号
返回值	socket描述符	int类型值，-1则表示失败

连接服务器

int sal_connect(int sockfd, const struct sockaddr *addr,socklen_t addrlen)

参数	说明
sockfd	创建成功的sockfd描述符
addr	sockaddr结构体指针
addrlen	sockaddr结构体长度

发送数据

int sal_send(int sockfd,const void *buf,size_t len,int flags)

参数	说明
sockfd	创建成功的sockfd描述符
buf	发送数据
len	发送数据长度
flags	发送或接收标记，一般都设为0
返回值	成功发送数据长度

UDP使用

int sal_sendto(int sockfd, const void *dataptr, size_t size, int flags,const struct sockaddr *to, socklen_t tolen)

参数	说明
sockfd	创建成功的sockfd描述符
dataptr	待发送的数据指针
size	发送包数据大小
flags	发送或接收标记，一般都设为0
to	目标sockaddr结构体指针
tolen	目标sockaddr结构体长度

接收数据

非堵塞

int sal_recv(int sockfd,void *buf,size_t len,int flags)

参数	说明
sockfd	创建成功的sockfd描述符
buf	接收数据缓冲区
len	接收数据缓冲区长度
flags	发送或接收标记，一般都设为0

int sal_recvfrom(int sockfd, void *mem, size_t len, int flags,struct sockaddr *from, socklen_t *fromlen)

参数	说明
sockfd	创建成功的sockfd描述符
mem	接收缓冲区数据指针
size	接收数据大小
flags	发送或接收标记，一般都设为0
from	源sockaddr结构体指针
fromlen	源sockaddr结构体长度

关闭socket

int sal_closesocket(int sockfd)

基于SAL的TCP客户端编程

实现函数：

#include <osal.h>
#include <sal.h>#define server_port 8000
#define server_ip   "192.168.0.101"static int sal_tcp_demo_entry(){int sockfd;/* 创建TCP socket */sockfd = sal_socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);if(sockfd < 0){printf("TCP Socket create fail.\r\n");return -1;}else{printf("TCP Socket create ok.\r\n");}/* 连接服务器 */struct sockaddr_in server_addr;server_addr.sin_family = AF_INET;server_addr.sin_port = htons(server_port);server_addr.sin_addr.s_addr = inet_addr(server_ip);while(-1 == sal_connect(sockfd, (struct sockaddr*)&server_addr, sizeof(struct sockaddr))){//连接失败，则1s后自动重连printf("connect server fail, repeat...\r\n");osal_task_sleep(1000);}printf("connect server ok.\r\n");int nbytes;char buf[] = "hello server!";//发送数据到服务器nbytes = sal_send(sockfd, buf, sizeof(buf), 0);if(nbytes < 0){printf("send dat %s fail.\r\n", buf);return -1;}else{printf("send [%d] bytes: %s.\r\n", nbytes , buf);}//等待接收服务器数据char recv_buf[50]={0};while( -1 == (nbytes = sal_recv(sockfd, recv_buf, 50, 0)));printf("recv [%d] bytes: %s.\r\n", nbytes, recv_buf);//关闭socketsal_closesocket(sockfd);printf("TCP socket closed.\r\n");return 0;
}

基于SAL的UDP客户端编程

实现函数：

#include <osal.h>
#include <sal.h>#define server_port 8000
#define server_ip   "192.168.0.101"static int sal_udp_demo_entry(){int sockfd;/* 创建udp socket */sockfd = sal_socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);if(sockfd < 0){printf("udp Socket create fail.\r\n");return -1;}else{printf("udp Socket create ok.\r\n");}/* 服务端信息 */struct sockaddr_in server_addr;server_addr.sin_family = AF_INET;server_addr.sin_port = htons(server_port);server_addr.sin_addr.s_addr = inet_addr(server_ip);/* 发送数据到服务器 */int nbytes;char buf[] = "hello server!";nbytes = sal_sendto(sockfd, buf, sizeof(buf), 0, (struct sockaddr*)&server_addr, sizeof(struct sockaddr));if(nbytes < 0){printf("send dat %s fail.\r\n", buf);return -1;}else{printf("send [%d] bytes: %s.\r\n", nbytes , buf);}/* 等待接收服务器数据 */char recv_buf[50]={0};while( -1 == (nbytes = sal_recvfrom(sockfd, recv_buf, 50, 0,  (struct sockaddr*)&server_addr, sizeof(struct sockaddr))));printf("recv [%d] bytes: %s.\r\n", nbytes, recv_buf);/* 关闭socket */sal_closesocket(sockfd);printf("udp socket closed.\r\n");return 0;
}

总结

对比两个客户端实现可知，TCP是可靠的有连接的通信，需要建联后通信，所以创建socket后，需要先connect再进行数据收发；UDP是无连接的，创建socket之后，向指定地址进行收发操作即可。
至此，LiteOS的通信学习完成了，基本流程为通过串口驱动向模组发送AT指令进行操作，将此操作抽象为AT框架，这样，针对不同的指令解析，可以使用统一接口来操作。
针对不同模组进行网络通信时，需要使用套接字编程，liteOS同样提供了SAL抽象了统一接口，不同模组有不同的实现。基于此可以实现运输层的TCP或UDP编程。

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字节序转换函数

ip地址的转换

字节序的转换

三、编程配置

四、编程实例

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建立socket

连接服务器

发送数据

接收数据

关闭socket

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基于SAL的UDP客户端编程

总结

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