警告

This document is not updated for ESP32C61 yet, so some of the content may not be correct.

This warning was automatically inserted due to the source file being in the add_warnings_pages list.

# ESP-NETIF

[English]

ESP-NETIF 库的作用主要体现在以下两方面：

- 在 TCP/IP 协议栈之上为应用程序提供抽象层，允许应用程序在 IP 栈间选择。

- 在底层 TCP/IP 协议栈 API 非线程安全的情况下，也能提供线程安全的 API。

ESP-IDF 目前只为 lwIP TCP/IP 协议栈实现了 ESP-NETIF。然而，该适配器本身不依赖于特定的 TCP/IP 实现，因而支持不同实现方式。

一些 ESP-NETIF API 函数是为应用程序代码调用而设计的，例如获取或设置接口 IP 地址和配置 DHCP，其他函数则由网络驱动层的内部 ESP-IDF 使用。大多数情况下，应用程序不需要直接调用 ESP-NETIF API，因为这些 API 由默认的网络事件处理程序调用。

如果你只对默认配置下的常见网络接口感兴趣，请参考 ESP-NETIF 用户指南，查看如何初始化默认接口并注册事件处理程序。

如果想了解更多关于 ESP-NETIF 库与其他组件交互的信息，请参考 ESP-NETIF 架构。

如果想自定义应用程序的网络接口，例如设置静态 IP 地址或在运行时更新配置，请参考 ESP-NETIF 编程指南。

如果想开发自己的网络驱动程序，实现对新 TCP/IP 协议栈的支持或以其他方式自定义 ESP-NETIF，请参考 ESP-NETIF 开发者指南。

## ESP-NETIF 用户指南

通常只需要在启动后创建一个默认的网络接口，并在关闭时销毁它即可（请参阅 初始化）。在分配新 IP 地址或失去 IP 地址时接收通知也是非常有用的（请参阅 IP 事件）。

### 初始化

ESP-NETIF 组件使用了系统事件，典型的网络启动代码如下所示（为了清晰起见，省略了错误处理部分，完整版启动代码请参阅 ethernet/basic/main/ethernet_example_main.c）：

    // 1) 初始化 TCP/IP 协议栈和事件循环
    esp_netif_init();
    esp_event_loop_create_default();

    // 2) 创建网络接口句柄
    esp_netif = esp_netif_new(&config);

    // 3) 创建网络接口驱动程序（如以太网）及其网络层连接
    // 并注册 ESP-NETIF 事件（如，在发生连接事件时将启用接口）
    esp_netif_glue_t glue = driver_glue(driver);

    // 4) 将驱动程序的胶水层附加到网络接口句柄上
    esp_netif_attach(esp_netif, glue);

    // 5) 注册用户端的事件处理程序
    esp_event_handler_register(DRIVER_EVENT, ...);  // 观察驱动状态，例如链路连接
    esp_event_handler_register(IP_EVENT, ...);      // 观察 ESP-NETIF 状态，例如获取 IP

备注

以上步骤需严格按照顺序执行，因为网络接口驱动程序注册系统事件时会使用默认的事件循环。

> - 默认的事件循环应在初始化接口驱动程序 之前 创建，因为驱动程度通常需要注册系统事件处理程序。

> - 注册应用程序事件处理程序应在调用 `esp_netif_attach()` 之后 进行，因为事件处理程序按其注册顺序被调用。为了确保系统处理程序先被调用，应该在其后注册应用处理程序。

步骤 `2)`、`3)`、`4)` 对于大多数常见用例来说相当复杂，因此 ESP-NETIF 提供了一些预配置的接口和便利函数，从而使用最常见的配置创建最常见的网络接口。

备注

每个网络接口都需要单独初始化，因此如果要使用多个接口，必须为每个接口运行步骤 `2)` 到步骤 `5)`，而步骤 `1)` 仅需执行一次。

有关如何创建和配置接口并将网络接口驱动程序附加到接口（步骤 `2)`、`3)`、`4)`），请参阅 常见的网络接口。

有关如何使用 ESP-NETIF 事件处理程序（步骤 `5)`），请参阅 IP 事件。

#### 常见的网络接口

初始化网络接口可能有些复杂，ESP-NETIF 提供了一些创建常见接口（例如 Wi-Fi 和以太网）的快捷方式。

请参考以下示例来了解如何初始化默认接口：

- wifi/getting_started/station 演示了如何使用 station 功能将 ESP32-C61 连接到 AP。

- wifi/getting_started/softAP 演示了如何使用 SoftAP 功能将 ESP32-C61 配置为 AP。

- ethernet/basic 演示了如何使用以太网驱动程序，将其添加到 esp_netif，并获取一个可 ping 的 IP 地址。

- protocols/l2tap 演示了如何使用 ESP-NETIF L2 TAP 接口访问数据链路层，以接收和传输帧，实现非 IP 协议，并使用特定的 EthTypes 回显以太网帧。

- protocols/static_ip 演示了如何将 Wi-Fi 配置为 station，包括设置静态 IP、子网掩码、网关和 DNS 服务器。

#### Wi-Fi 默认初始化

初始化代码以及注册默认接口（例如 softAP 和基站）的事件处理程序都在单独的 API 中提供，从而简化应用程序的启动代码：

- `esp_netif_create_default_wifi_sta()`

- `esp_netif_create_default_wifi_ap()`

请注意，这些函数会返回 `esp_netif` 句柄，即分配并配置了默认设置的网络接口对象的指针，这意味着：

- 如果应用程序使用 `esp_netif_destroy_default_wifi()` 提供网络去初始化，则创建的对象必须被销毁。

- 这些 默认 接口不能被多次创建，除非使用 `esp_netif_destroy_default_wifi()` 删除已创建的句柄。

- 在 `AP+STA` 模式下使用 Wi-Fi 时，须创建以上全部接口。请参考示例 wifi/softap_sta/main/softap_sta.c。

### IP 事件

初始化 代码的最后一部分（步骤 `5)`）注册了两组事件处理程序：

- 网络接口驱动事件：用于通知驱动的生命周期状态，例如 Wi-Fi 站点加入 AP 或断开连接。处理这些事件不在 ESP-NETIF 组件的范围内。值得一提的是，ESP-NETIF 也使用相同的事件将网络接口设置为所需状态。因此，如果应用程序使用驱动事件来确定网络接口的特定状态，则应在注册系统处理程序 之后 再注册事件处理程序（通常在将驱动程序附加到接口时进行注册）。这就是为什么事件处理程序的注册是在 初始化 代码的最后一步进行。

- IP 事件：用于通知 IP 地址的变化，例如分配新地址或失去有效地址。这些事件的特定类型可参见 `ip_event_t`。每个常见的接口都有相应的 `GOT_IP` 和 `LOST_IP` 事件。

由于网络的异步特性，注册事件处理程序非常关键，因为网络状态的变化可能是不可预测的。通过注册事件处理程序，应用程序可以及时响应这些变化，确保在网络事件发生时采取适当的措施。

备注

丢失 IP 事件由一个可配置的定时器触发，配置项为 CONFIG_ESP_NETIF_IP_LOST_TIMER_INTERVAL。当 IP 地址丢失时定时器启动，事件将在配置的时间间隔后触发，默认值为 120 秒。将时间间隔设置为 0 时可禁用该事件。

### ESP-NETIF 架构

                           |            (A) 用户代码                 |
                           |                应用程序                 |
          .................| 初始化            设置             事件  |
          .                +----------------------------------------+
          .                   .                |           *
          .                   .                |           *
      --------+            +===========================+   *     +-----------------------+
              |            | 新建/配置   获取/设置/应用程序|   *     | 初始化                 |
              |            |                           |...*.....| 应用程序 (DHCP, SNTP)  |
              |            |---------------------------|   *     |                       |
        初始化 |            |                           |****     |                       |
        启动   |************|  事件处理程序               |*********|  DHCP                 |
        停止   |            |                           |         |                       |
              |            |---------------------------|         |                       |
              |            |                           |         |    NETIF              |
        +-----|            |                           |         +-----------------+     |
        |胶水层|---<----|---|  esp_netif_transmit       |--<------| netif_output    |     |
        |     |        |   |                           |         |                 |     |
        |     |--->----|---|  esp_netif_receive        |-->------| netif_input     |     |
        |     |        |   |                           |         + ----------------+     |
        |     |...<....|...|  esp_netif_free_rx_buffer |...<.....| 数据包 buffer          |
        +-----|     |  |   |                           |         |                       |
              |     |  |   |                           |         |         (D)           |
        (B)   |     |  |   |          (C)              |         +-----------------------+
      --------+     |  |   +===========================+                 网络堆栈
    网络             |  |           ESP-NETIF
    接口             |  |
    驱动             |  |   +--------------------------------+         +------------------+
                    |  |   |                                |.........| 开启/关闭          |
                    |  |   |                                |         |                  |
                    |  -<--|  l2tap_write                   |-----<---|  写入             |
                    |      |                                |         |                  |
                    ---->--| esp_vfs_l2tap_eth_filter_frame |----->---|  读取             |
                           |                                |         |        (A)       |
                           |            (E)                 |         +------------------+
                           +--------------------------------+                用户代码
                                 ESP-NETIF L2 TAP

#### 图中不同线段对应的数据流和事件流

- `........` 从用户代码到 ESP-NETIF 和网络接口驱动的初始化线

- `--<--->--` 数据包在通信媒介与 TCP/IP 协议栈之间往返

- `********` 聚集在 ESP-NETIF 中的事件传递到驱动程序、用户代码和网络堆栈中

- `|` 用户设置及运行时间配置

#### ESP-NETIF 交互

##### A) 用户代码样板

通过使用 ESP-NETIF API 抽象，应用程序与用于通信介质（网络接口驱动）的特定 IO 驱动程序以及配置的 TCP/IP 网络栈之间的交互可以概括如下：

1. 初始化代码

   > 1. 初始化 IO 驱动

   > 2. 创建新的 ESP-NETIF 实例，并完成以下配置：

   >    > - ESP-NETIF 的特定选项（标志、行为、名称）

   >    > - 网络栈堆选项（netif 初始化和输入函数，非公开信息）

   >    > - IO 驱动的特定选项（发送、释放 rx buffer 函数、IO 驱动句柄）

   > 3. 将 IO 驱动句柄附加到上述步骤所创建的 ESP-NETIF 实例

   > 4. 配置事件处理程序

   >    > - 对 IO 驱动定义的公共接口使用默认处理程序；或为定制的行为或新接口定义特定的处理程序

   >    > - 为应用程序相关事件（如 IP 丢失或获取）注册处理程序

2. 通过 ESP-NETIF API 与网络接口交互

   > 1. 获取、设置 TCP/IP 相关参数（如 DHCP、IP 等）

   > 2. 接收 IP 事件（连接或断连）

   > 3. 控制应用程序生命周期（启用或禁用接口）

##### B) 网络接口驱动

对于 ESP-NETIF，网络接口驱动（也被称为 I/O 驱动或媒体驱动）具有以下两大作用：

1. 事件驱动程序：定义与 ESP-NETIF 交互的行为模式（如：连接以太网 -> 开启 netif）

2. 胶合 IO 层：调整输入或输出函数以使用 ESP-NETIF 的传输、接收，并清空接收 buffer

   > - 给适当的 ESP-NETIF 对象安装 driver_transmit，以便将网络堆栈中传出的数据包传输给 IO 驱动

   > - 调用函数 `esp_netif_receive()` 以便将传入的数据传输给网络堆栈

##### C) ESP-NETIF

ESP-NETIF 是 IO 驱动和网络堆栈间的媒介，用于连通两者之间的数据包传输路径。它提供了一组接口，用于在运行时将驱动程序附加到 ESP-NETIF 对象并在编译期间配置网络堆栈。此外，ESP-NETIF 还提供了一组 API，用于控制网络接口的生命周期及其 TCP/IP 属性。ESP-NETIF 的公共接口大体上可以分为以下六组：

1. 初始化 API（用于创建并配置 ESP-NETIF 实例）

2. 输入或输出 API（用于在 IO 驱动和网络堆栈间传输数据）

3. 事件或行为 API

   > - 管理网络接口生命周期

   > - ESP-NETIF 为设计事件句柄提供了构建模块

4. 基本网络接口属性设置器和获取器 API

5. 网络堆栈抽象 API：实现用户与 TCP/IP 堆栈交互

   > - 启用或禁用接口

   > - DHCP 服务器和客户端 API

   > - DNS API

   > - SNTP Service

6. 驱动转换工具 API

##### D) 网络堆栈

网络堆栈与应用程序代码在公共接口方面无公开交互，需通过 ESP-NETIF API 实现完全抽象。

##### E) ESP-NETIF L2 TAP 接口

ESP-NETIF L2 TAP 接口是 ESP-IDF 中的一种机制，用于让用户应用程序访问数据链路层（OSI/ISO 中的 L2），以便接收和传输帧。在嵌入式开发中，它通常用于实现与 IP 无关的协议，例如 如 PTP 和 Wake on LAN 等。请注意，目前仅支持以太网 (IEEE 802.3)。更多关于 L2 TAP 的信息，请参阅 L2 TAP Interface Usage。

## ESP-NETIF 编程指南

在某些情况下，仅初始化一个默认的网络接口、使用该接口并连接到本地网络是不够的。此时请参考编程指南：ESP-NETIF Programmers Manual。

通常需要在以下用例中使用特定的 ESP-NETIF API 集：

- Configure IP, Gateway, and DNS

- Configure DHCP options

- SNTP Service

- L2 TAP Interface Usage

- IP Event: Transmit/Receive Packet

- API Reference

## ESP-NETIF 开发者指南

在某些情况下，用户应用程序可能需要自定义 ESP-NETIF、注册自定义驱动程序、甚至使用自定义的 TCP/IP 协议栈。此时请参考 ESP-NETIF 开发者指南。

此文档对您有帮助吗？

- 反馈已收到，谢谢！
- 如果您有其他意见，欢迎填写乐鑫文档反馈表。

- 我们重视您的反馈。
- 您可以填写乐鑫文档反馈表告诉我们如何改进该文档。