# Wi-Fi 驱动程序

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## ESP32-S3 Wi-Fi 功能列表

ESP32-S3 支持以下 Wi-Fi 功能：

- 支持 4 个虚拟接口，即 STA、AP、Sniffer 和 reserved。

- 支持仅 station 模式、仅 AP 模式、station/AP 共存模式

- 支持使用 IEEE 802.11b、IEEE 802.11g、IEEE 802.11n 和 API 配置协议模式

- 支持 WPA/WPA2/WPA3/WPA2-企业版/WPA3-企业版/WAPI/WPS 和 DPP

- 支持 AMSDU、AMPDU、HT40、QoS 以及其它主要功能

- 支持 Modem-sleep

- 支持乐鑫专属协议，可实现 1 km 数据通信量

- 空中数据传输最高可达 20 MBit/s TCP 吞吐量和 30 MBit/s UDP 吞吐量

- 支持 Sniffer

- 支持快速扫描和全信道扫描

- 支持多个天线

- 支持获取信道状态信息

## 如何编写 Wi-Fi 应用程序

### 准备工作

一般来说，要编写自己的 Wi-Fi 应用程序，最高效的方式是先选择一个相似的应用程序示例，然后将其中可用的部分移植到自己的项目中。如果你希望编写一个强健的 Wi-Fi 应用程序，强烈建议在开始之前先阅读本文。非强制要求，请依个人情况而定。

本文将补充说明 Wi-Fi API 和 Wi-Fi 示例的相关信息，重点描述使用 Wi-Fi API 的原则、当前 Wi-Fi API 实现的限制以及使用 Wi-Fi 时的常见错误。同时，本文还介绍了 Wi-Fi 驱动程序的一些设计细节。建议选择一个示例 example 进行参考。

- wifi/getting_started/station 演示如何使用 station 功能连接到 AP。

- wifi/getting_started/softAP 演示如何使用 SoftAP 功能将 ESP32-S3 配置为 AP。

- wifi/scan 演示如何扫描可用的 AP，配置扫描设置，并显示扫描结果。

- wifi/fast_scan 演示如何执行快速和全信道扫描，查找附近的 AP，设置信号强度的阈值和认证模式，并根据信号强度和认证模式连接到最合适的 AP。

- wifi/wps 演示如何使用 WPS 入网功能，简化连接 Wi-Fi 路由器的过程，支持 PIN 或 PBC 模式。

- wifi/wps_softap_registrar 演示如何在 SoftAP 模式下使用 WPS 注册器功能，从而简化从 station 连接到 Wi-Fi SoftAP 的过程。

- wifi/smart_config 演示如何使用 smartconfig 功能通过 ESPTOUCH 应用连接到目标 AP。

- wifi/power_save 演示如何使用 station 模式的省电模式。

- wifi/softap_sta 演示如何配置 ESP32-S3 同时用作 AP 和 station，从而可将其用作 Wi-Fi NAT 路由器。

- wifi/iperf 演示如何实现 iPerf 性能测量工具所使用的协议，允许在两个芯片之间或在单个芯片和运行 iPerf 工具的计算机之间进行性能测量，并提供测试 station/SoftAP TCP/UDP RX/TX 吞吐量的具体说明。

- wifi/roaming/roaming_app 演示如何使用 Wi-Fi Roaming App 功能，在兼容的 AP 之间高效漫游。

- wifi/roaming/roaming_11kvr 演示如何使用 11k 和 11v API 实现漫游功能。

### 设置 Wi-Fi 编译时选项

请参阅 Wi-Fi menuconfig。

### Wi-Fi 初始化

请参阅 ESP32-S3 Wi-Fi station 一般情况、ESP32-S3 Wi-Fi AP 一般情况。

### 启动/连接 Wi-Fi

请参阅 ESP32-S3 Wi-Fi station 一般情况、ESP32-S3 Wi-Fi AP 一般情况。

### 事件处理

通常，在理想环境下编写代码难度并不大，如 WIFI_EVENT_STA_START、WIFI_EVENT_STA_CONNECTED 中所述。难度在于如何在现实的困难环境下编写代码，如 WIFI_EVENT_STA_DISCONNECTED 中所述。能否在后者情况下完美地解决各类事件冲突，是编写一个强健的 Wi-Fi 应用程序的根本。请参阅 ESP32-S3 Wi-Fi 事件描述, ESP32-S3 Wi-Fi station 一般情况, ESP32-S3 Wi-Fi AP 一般情况。另可参阅 ESP-IDF 中的 事件处理概述。

### 编写错误恢复程序

除了能在比较差的环境下工作，错误恢复能力也对一个强健的 Wi-Fi 应用程序至关重要。请参阅 ESP32-S3 Wi-Fi API 错误代码。

## ESP32-S3 Wi-Fi API 错误代码

所有 ESP32-S3 Wi-Fi API 都有定义好的返回值，即错误代码。这些错误代码可分类为：

> - 无错误，例如：返回值 `ESP_OK` 代表 API 成功返回

> - 可恢复错误，例如：`ESP_ERR_NO_MEM`

> - 不可恢复的非关键性错误

> - 不可恢复的关键性错误

一个错误是否为关键性取决于其 API 和应用场景，并且由 API 用户定义。

要使用 Wi-Fi API 编写一个强健的应用程序，根本原则便是要时刻检查错误代码并编写相应的错误处理代码。 一般来说，错误处理代码可用于解决：

> - 可恢复错误，你可以编写一个可恢复错误处理代码解决该类错误。例如，当 `esp_wifi_start()` 返回 `ESP_ERR_NO_MEM` 时，调用可恢复错误处理代码 vTaskDelay 可以获取几微秒的重试时间。

> - 不可恢复非关键性错误，打印错误代码可以帮助你更好地处理该类错误。

> - 不可恢复关键性错误，可使用 "assert" 语句处理该类错误。例如，如果 `esp_wifi_set_mode()` 返回 `ESP_ERR_WIFI_NOT_INIT` `esp_wifi_init()` 未成功初始化 Wi-Fi 驱动程序。你可以在应用程序开发阶段非常快速地检测到此类错误。

在 esp_common/include/esp_err.h 中， `ESP_ERROR_CHECK` 负责检查返回值。这是一个较为常见的错误处理代码，可在应用程序开发阶段作为默认的错误处理代码。但是，我们强烈建议 API 的使用者编写自己的错误处理代码。

## 初始化 ESP32-S3 Wi-Fi API 参数

初始化 API 的结构参数时，应遵循以下两种方式之一：

- 设置该参数的所有字段

- 先使用 get API 获取当前配置，然后只设置特定于应用程序的字段

初始化或获取整个结构这一步至关重要，因为大多数情况下，返回值 0 意味着程序使用了默认值。未来，我们将会在该结构中加入更多字段，并将这些字段初始化为 0，确保即使 ESP-IDF 版本升级后，你的应用程序依然能够正常运行。

## ESP32-S3 Wi-Fi 编程模型

ESP32-S3 Wi-Fi 编程模型如下图所示：

Wi-Fi 编程模型

Wi-Fi 驱动程序可以看作是一个无法感知上层代码（如 TCP/IP 堆栈、应用程序任务、事件任务等）的黑匣子。通常，应用程序任务（代码）负责调用 Wi-Fi 驱动程序 APIs 来初始化 Wi-Fi，并在必要时处理 Wi-Fi 事件。然后，Wi-Fi 驱动程序接收并处理 API 数据，并在应用程序中插入事件。

Wi-Fi 事件处理是在 esp_event 库 的基础上进行的。Wi-Fi 驱动程序将事件发送至 默认事件循环，应用程序便可以使用 `esp_event_handler_register()` 中的回调函数处理这些事件。除此之外，esp_netif 组件 也负责处理 Wi-Fi 事件，并产生一系列默认行为。例如，当 Wi-Fi station 连接至一个 AP 时，esp_netif 将自动开启 DHCP 客户端服务（系统默认）。

## ESP32-S3 Wi-Fi 事件描述

### WIFI_EVENT_WIFI_READY

Wi-Fi 驱动程序永远不会生成此事件，因此，应用程序的事件回调函数可忽略此事件。在未来的版本中，此事件可能会被移除。

### WIFI_EVENT_SCAN_DONE

扫描完成事件，由 `esp_wifi_scan_start()` 函数触发，将在以下情况下产生：

> - 扫描已完成，例如：Wi-Fi 已成功找到目标 AP 或已扫描所有信道。

> - 当前扫描因函数 `esp_wifi_scan_stop()` 而终止。

> - 在当前扫描完成之前调用了函数 `esp_wifi_scan_start()`。此时，新的扫描将覆盖当前扫描过程，并生成一个扫描完成事件。

以下情况下将不会产生扫描完成事件：

> - 当前扫描被阻止。

> - 当前扫描是由函数 `esp_wifi_connect()` 触发的。

接收到此事件后，事件任务暂不做任何响应。首先，应用程序的事件回调函数需调用 `esp_wifi_scan_get_ap_num()` 和 `esp_wifi_scan_get_ap_records()` 获取已扫描的 AP 列表，然后触发 Wi-Fi 驱动程序释放在扫描过程中占用的内存空间（切记该步骤）。 更多详细信息，请参阅 ESP32-S3 Wi-Fi 扫描。

### WIFI_EVENT_STA_START

如果调用函数 `esp_wifi_start()` 后接收到返回值 `ESP_OK`，且当前 Wi-Fi 处于 station 或 station/AP 共存模式，则将产生此事件。接收到此事件后，事件任务将初始化 LwIP 网络接口 (netif)。通常，应用程序的事件回调函数需调用 `esp_wifi_connect()` 来连接已配置的 AP。

### WIFI_EVENT_STA_STOP

如果调用函数 `esp_wifi_stop()` 后接收到返回值 `ESP_OK`，且当前 Wi-Fi 处于 station 或 station/AP 共存模式，则将产生此事件。接收到此事件后，事件任务将进行释放 station IP 地址、终止 DHCP 客户端服务、移除 TCP/UDP 相关连接并清除 LwIP station netif 等动作。此时，应用程序的事件回调函数通常不需做任何响应。

### WIFI_EVENT_STA_CONNECTED

如果调用函数 `esp_wifi_connect()` 后接收到返回值 `ESP_OK`，且 station 已成功连接目标 AP，则将产生此连接事件。接收到此事件后，事件任务将启动 DHCP 客户端服务并开始获取 IP 地址。此时，Wi-Fi 驱动程序已准备就绪，可发送和接收数据。如果你的应用程序不依赖于 LwIP（即 IP 地址），则此刻便可以开始应用程序开发工作。但是，如果你的应用程序需基于 LwIP 进行，则还需等待 got ip 事件发生后才可开始。

### WIFI_EVENT_STA_DISCONNECTED

此事件将在以下情况下产生：

> - 调用了函数 `esp_wifi_disconnect()` 或 `esp_wifi_stop()`，且 Wi-Fi station 已成功连接至 AP。

> - 调用了函数 `esp_wifi_connect()`，但 Wi-Fi 驱动程序因为某些原因未能成功连接至 AP，例如：未扫描到目标 AP、验证超时等。或存在多个 SSID 相同的 AP，station 无法连接所有已找到的 AP，也将产生该事件。

> - Wi-Fi 连接因为某些原因而中断，例如：station 连续多次丢失 N beacon、AP 踢掉 station、AP 认证模式改变等。

接收到此事件后，事件任务的默认动作为：

> - 关闭 station 的 LwIP netif。

> - 通知 LwIP 任务清除导致所有套接字状态错误的 UDP/TCP 连接。针对基于套接字编写的应用程序，其回调函数可以在接收到此事件时（如有必要）关闭并重新创建所有套接字。

应用程序处理此事件最常用的方法为：调用函数 `esp_wifi_connect()` 重新连接 Wi-Fi。但是，如果此事件是由函数 `esp_wifi_disconnect()` 引发的，则应用程序不应调用 `esp_wifi_connect()` 来重新连接。应用程序须明确区分此事件的引发原因，因为某些情况下应使用其它更好的方式进行重新连接。请参阅 Wi-Fi 重新连接 和 连接 Wi-Fi 时扫描。

需要注意的另一点是：接收到此事件后，LwIP 的默认动作是终止所有 TCP 套接字连接。大多数情况下，该动作不会造成影响。但对某些特殊应用程序可能除外。例如：

- 应用程序创建一个了 TCP 连接，以维护每 60 秒发送一次的应用程序级、保持活动状态的数据。

- 由于某些原因，Wi-Fi 连接被切断并引发了 WIFI_EVENT_STA_DISCONNECTED 事件。根据当前实现，此时所有 TCP 连接都将被移除，且保持活动的套接字将处于错误的状态中。但是，由于应用程序设计者认为网络层 不应 考虑这个 Wi-Fi 层的错误，因此应用程序不会关闭套接字。

- 5 秒后，因为在应用程序的事件回调函数中调用了 `esp_wifi_connect()`，Wi-Fi 连接恢复。同时，station 连接至同一个 AP 并获得与之前相同的 IPV4 地址。

- 60 秒后，当应用程序发送具有保持活动状态的套接字的数据时，套接字将返回错误，应用程序将关闭套接字并在必要时重新创建。

在上述场景中，理想状态下应用程序套接字和网络层将不会受到影响，因为在此过程中 Wi-Fi 连接只是短暂地断开然后快速恢复。

### IP_EVENT_STA_GOT_IP

当 DHCP 客户端成功从 DHCP 服务器获取 IPV4 地址或 IPV4 地址发生改变时，将引发此事件。此事件意味着应用程序一切就绪，可以开始任务（如：创建套接字）。

IPV4 地址可能由于以下原因而发生改变：

> - DHCP 客户端无法重新获取/绑定 IPV4 地址，且 station 的 IPV4 重置为 0。

> - DHCP 客户端重新绑定了其它地址。

> - 静态配置的 IPV4 地址已发生改变。

函数 `ip_event_got_ip_t` 中的字段 `ip_change` 说明了 IPV4 地址是否发生改变。

套接字的状态是基于 IPV4 地址的，这意味着，如果 IPV4 地址发生改变，则所有与此 IPV4 相关的套接字都将变为异常。接收到此事件后，应用程序需关闭所有套接字，并在 IPV4 变为有效地址时重新创建应用程序。

### IP_EVENT_GOT_IP6

当 IPV6 SLAAC 支持自动为 ESP32-S3 配置一个地址，或 ESP32-S3 地址发生改变时，将引发此事件。此事件意味着应用程序一切就绪，可以开始任务（如：创建套接字）。

### IP_EVENT_STA_LOST_IP

当 IPV4 地址失效时，将引发此事件。

此事件不会在 Wi-Fi 断连后立刻出现。Wi-Fi 连接断开后，首先将启动一个 IPV4 地址丢失计时器，如果 station 在该计时器超时之前成功获取了 IPV4 地址，则不会发生此事件。否则，此事件将在计时器超时时发生。

一般来说，应用程序可忽略此事件。这只是一个调试事件，主要使应用程序获知 IPV4 地址已丢失。

### WIFI_EVENT_AP_START

与 WIFI_EVENT_STA_START 事件相似。

### WIFI_EVENT_AP_STOP

与 WIFI_EVENT_STA_STOP 事件相似。

### WIFI_EVENT_AP_STACONNECTED

每当有一个 station 成功连接 ESP32-S3 AP 时，将引发此事件。接收到此事件后，事件任务将不做任何响应，应用程序的回调函数也可忽略这一事件。但是，你可以在此时进行一些操作，例如：获取已连接 station 的信息等。

### WIFI_EVENT_AP_STADISCONNECTED

此事件将在以下情况下发生：

> - 应用程序通过调用函数 `esp_wifi_disconnect()` 或 `esp_wifi_deauth_sta()` 手动断开 station 连接。

> - Wi-Fi 驱动程序出于某些原因断开 station 连接，例如：AP 在过去 5 分钟（可通过函数 `esp_wifi_set_inactive_time()` 修改该时间）内未接收到任何数据包等。

> - station 断开与 AP 之间的连接。

发生此事件时，事件任务将不做任何响应，但应用程序的事件回调函数需执行一些操作，例如：关闭与此 station 相关的套接字等。

### WIFI_EVENT_AP_PROBEREQRECVED

默认情况下，此事件处于禁用状态，应用程序可以通过调用 API `esp_wifi_set_event_mask()` 启用。 启用后，每当 AP 接收到 probe request 时都将引发此事件。

### WIFI_EVENT_STA_BEACON_TIMEOUT

如果 station 在 inactive 时间内未收到所连接 AP 的 beacon，将发生 beacon 超时，将引发此事件。inactive 时间通过调用函数 `esp_wifi_set_inactive_time()` 设置。

### WIFI_EVENT_CONNECTIONLESS_MODULE_WAKE_INTERVAL_START

非连接模块在 Interval 开始时触发此事件。 请参考 非连接模块功耗管理 。

## ESP32-S3 Wi-Fi station 一般情况

下图为 station 模式下的宏观场景，其中包含不同阶段的具体描述：

station 模式下 Wi-Fi 事件场景示例

### 1. Wi-Fi/LwIP 初始化阶段

> - s1.1：主任务通过调用函数 `esp_netif_init()` 创建一个 LwIP 核心任务，并初始化 LwIP 相关工作。

> - s1.2：主任务通过调用函数 `esp_event_loop_create()` 创建一个系统事件任务，并初始化应用程序事件的回调函数。在此情况下，该回调函数唯一的动作就是将事件中继到应用程序任务中。

> - s1.3：主任务通过调用函数 `esp_netif_create_default_wifi_ap()` 或 `esp_netif_create_default_wifi_sta()` 创建有 TCP/IP 堆栈的默认网络接口实例绑定 station 或 AP。

> - s1.4：主任务通过调用函数 `esp_wifi_init()` 创建 Wi-Fi 驱动程序任务，并初始化 Wi-Fi 驱动程序。

> - s1.5：主任务通过调用 OS API 创建应用程序任务。

推荐按照 s1.1 ~ s1.5 的步骤顺序针对基于 Wi-Fi/LwIP 的应用程序进行初始化。但这一顺序 并非 强制，你可以在第 s1.1 步创建应用程序任务，然后在该应用程序任务中进行所有其它初始化操作。不过，如果你的应用程序任务依赖套接字，那么在初始化阶段创建应用程序任务可能并不适用。此时，你可以在接收到 IP 后再进行任务创建。

### 2. Wi-Fi 配置阶段

Wi-Fi 驱动程序初始化成功后，可以进入到配置阶段。该场景下，Wi-Fi 驱动程序处于 station 模式。因此，首先你需调用函数 `esp_wifi_set_mode()` (WIFI_MODE_STA) 将 Wi-Fi 模式配置为 station 模式。可通过调用其它 esp_wifi_set_xxx API 进行更多设置，例如：协议模式、国家代码、带宽等。请参阅 ESP32-S3 Wi-Fi 配置。

一般情况下，我们会在建立 Wi-Fi 连接之前配置 Wi-Fi 驱动程序，但这 并非 强制要求。也就是说，只要 Wi-Fi 驱动程序已成功初始化，你可以在任意阶段进行配置。但是，如果你的 Wi-Fi 在建立连接后不需要更改配置，则应先在此阶段完成配置。因为调用配置 API（例如 `esp_wifi_set_protocol()`）将会导致 Wi-Fi 连接断开，为操作带来不便。

如果 menuconfig 已使能 Wi-Fi NVS flash，则不论当前阶段还是后续的 Wi-Fi 配置信息都将被存储至该 flash 中。那么，当主板上电/重新启动时，就不需从头开始配置 Wi-Fi 驱动程序，只需调用函数 esp_wifi_get_xxx API 获取之前存储的配置信息。当然，如果不想使用之前的配置，你也可以重新配置 Wi-Fi 驱动程序。

### 3. Wi-Fi 启动阶段

> - s3.1：调用函数 `esp_wifi_start()` 启动 Wi-Fi 驱动程序。

> - s3.2：Wi-Fi 驱动程序将事件 WIFI_EVENT_STA_START 发布到事件任务中，然后，事件任务将执行一些正常操作并调用应用程序的事件回调函数。

> - s3.3：应用程序的事件回调函数将事件 WIFI_EVENT_STA_START 中继到应用程序任务中。此时，推荐调用函数 `esp_wifi_connect()` 进行 Wi-Fi 连接。当然，你也可以等待在 WIFI_EVENT_STA_START 事件发生后的其它阶段再调用此函数。

### 4. Wi-Fi 连接阶段

> - s4.1：调用函数 `esp_wifi_connect()` 后，Wi-Fi 驱动程序将启动内部扫描/连接过程。

> - s4.2：如果内部扫描/连接过程成功，将产生 WIFI_EVENT_STA_CONNECTED 事件。然后，事件任务将启动 DHCP 客户端服务，最终触发 DHCP 程序。

> - s4.3：在此情况下，应用程序的事件回调函数会将 WIFI_EVENT_STA_CONNECTED 事件中继到应用程序任务中。通常，应用程序不需进行操作，而你可以执行任何动作，例如：打印日志等。

步骤 s4.2 中 Wi-Fi 连接可能会由于某些原因而失败，例如：密码错误、未找到 AP 等。这种情况下，将引发 WIFI_EVENT_STA_DISCONNECTED 事件并提示连接错误原因。有关如何处理中断 Wi-Fi 连接的事件，请参阅下文阶段 6 的描述。

### 5. Wi-Fi 获取 IP 阶段

> - s5.1：一旦步骤 4.2 中的 DHCP 客户端初始化完成，Wi-Fi 驱动程序将进入 获取 IP 阶段。

> - s5.2：如果 Wi-Fi 成功从 DHCP 服务器接收到 IP 地址，则将引发 IP_EVENT_STA_GOT_IP 事件，事件任务将执行正常处理。

> - s5.3：应用程序的事件回调函数将事件 IP_EVENT_STA_GOT_IP 中继到应用程序任务中。对于那些基于 LwIP 构建的应用程序，此事件较为特殊，因为它意味着应用程序已准备就绪，可以开始任务，例如：创建 TCP/UDP 套接字等。此时较为容易犯的一个错误就是在接收到 IP_EVENT_STA_GOT_IP 事件之前就初始化套接字。切忌在接收到 IP 之前启动任何套接字相关操作。

### 6. Wi-Fi 断开阶段

> - s6.1：当 Wi-Fi 因为某些原因（例如：AP 掉电、RSSI 较弱等）连接中断时，将产生 WIFI_EVENT_STA_DISCONNECTED 事件。此事件也可能在上文阶段 3 中发生。在这里，事件任务将通知 LwIP 任务清除/移除所有 UDP/TCP 连接。然后，所有应用程序套接字都将处于错误状态。也就是说，WIFI_EVENT_STA_DISCONNECTED 事件发生时，任何套接字都无法正常工作。

> - s6.2：上述情况下，应用程序的事件回调函数会将 WIFI_EVENT_STA_DISCONNECTED 事件中继到应用程序任务中。推荐调用函数 `esp_wifi_connect()` 重新连接 Wi-Fi，关闭所有套接字，并在必要时重新创建套接字。请参阅 WIFI_EVENT_STA_DISCONNECTED。

### 7. Wi-Fi IP 更改阶段

> - s7.1：如果 IP 地址发生更改，将引发 IP_EVENT_STA_GOT_IP 事件，其中 "ip_change" 被置为 "true"。

> - s7.2：此事件对应用程序至关重要。这一事件发生时，适合关闭所有已创建的套接字并进行重新创建。

### 8. Wi-Fi 清理阶段

> - s8.1：调用函数 `esp_wifi_disconnect()` 断开 Wi-Fi 连接。

> - s8.2：调用函数 `esp_wifi_stop()` 终止 Wi-Fi 驱动程序。

> - s8.3：调用函数 `esp_wifi_deinit()` 清理 Wi-Fi 驱动程序。

## ESP32-S3 Wi-Fi AP 一般情况

下图为 AP 模式下的宏观场景，其中包含不同阶段的具体描述：

> AP 模式下 Wi-Fi 事件场景示例

## ESP32-S3 Wi-Fi 扫描

目前，仅 station 或 station/AP 共存模式支持 `esp_wifi_scan_start()` API。

### 扫描类型

模式 | 描述
--- | ---
主动扫描 | 通过发送 probe request 进行扫描。该模式为默认的扫描模式。
被动扫描 | 不发送 probe request。跳至某一特定信道并等待 beacon。应用程序可通过 `wifi_scan_config_t` 中的 scan_type 字段使能被动扫描。
前端扫描 | 在 station 模式下 Wi-Fi 未连接时，可进行前端扫描。Wi-Fi 驱动程序决定进行前端扫描还是后端扫描，应用程序无法配置这两种模式。
后端扫描 | 在 station 模式或 station/AP 共存模式下 Wi-Fi 已连接时，可进行后端扫描。Wi-Fi 驱动程序决定进行前端扫描还是后端扫描，应用程序无法配置这两种模式。
全信道扫描 | 扫描所有信道。`wifi_scan_config_t` 中的 channel 字段为 0 时，当前模式为全信道扫描。
特定信道扫描 | 仅扫描特定的信道。`wifi_scan_config_t` 中的 channel 字段为 1-14 时，当前模式为特定信道扫描。

上表中的扫描模式可以任意组合，因此共有 8 种不同扫描方式：

> - 全信道后端主动扫描

> - 全信道后端被动扫描

> - 全信道前端主动扫描

> - 全信道前端被动扫描

> - 特定信道后端主动扫描

> - 特定信道后端被动扫描

> - 特定信道前端主动扫描

> - 特定信道前端被动扫描

### 扫描配置

扫描类型与其他扫描属性通过函数 `esp_wifi_scan_start()` 进行配置。下表详细描述了函数 `wifi_scan_config_t` 各字段信息。

字段 | 描述
--- | ---
ssid | 如果该字段的值不为 NULL，则仅可扫描到具有相同 SSID 值的 AP。
bssid | 如果该字段的值不为 NULL，则仅可扫描到具有相同 BSSID 值的 AP。
channel | 如果该字段值为 0，将进行全信道扫描；反之，将针对特定信道进行扫描。
show_hidden | 如果该字段值为 0，本次扫描将忽略具有隐藏 SSID 的 AP；反之，这些 AP 也会在扫描时被视为正常 AP。
scan_type | 如果该字段值为为 WIFI_SCAN_TYPE_ACTIVE，则本次扫描为主动扫描；反之，将被视为被动扫描。
scan_time | 该字段用于控制每个信道的扫描时间。 被动扫描时，scan_time.passive 字段负责为每个信道指定扫描时间。 主动扫描时，每个信道的扫描时间如下列表所示。其中，min 代表 scan_time_active_min，max 代表 scan_time_active_max。 min=0, max=0：每个信道的扫描时间为 120 ms。 min>0, max=0：每个信道的扫描时间为 120 ms。 min=0, max>0：每个信道的扫描时间为 `max` ms。 min>0, max>0：每个信道扫描的最短时间为 `min` ms。 如果在这段时间内未找到 AP，将跳转至下一个信道。如这段时间内找到 AP，则该信道的扫描时间为 `max` ms。 如希望提升 Wi-Fi 扫描性能，则可修改上述两个参数。

调用 API `esp_wifi_set_config()` 可全局配置一些扫描属性，请参阅 station 基本配置。

### 在所有信道中扫描全部 AP（前端）

场景：

所有 Wi-Fi 信道的前端扫描

上述场景中描述了全信道前端扫描过程。仅 station 模式支持前端扫描，该模式下 station 未连接任何 AP。前端扫描还是后端扫描完全由 Wi-Fi 驱动程序决定，应用程序无法配置这一模式。

详细描述：

#### 扫描配置阶段

> - s1.1：如果默认的国家信息有误，调用函数 `esp_wifi_set_country()` 进行配置。请参阅 Wi-Fi 国家/地区代码。

> - s1.2：调用函数 `esp_wifi_scan_start()` 配置扫描信息，可参阅 扫描配置。该场景为全信道扫描，将 SSID/BSSID/channel 设置为 0 即可。

#### Wi-Fi 驱动程序内部扫描阶段

> - s2.1：Wi-Fi 驱动程序切换至信道 1，此时的扫描类型为 WIFI_SCAN_TYPE_ACTIVE，同时发送一个 probe request。反之，Wi-Fi 将等待接收 AP beacon。Wi-Fi 驱动程序将在信道 1 停留一段时间。min/max 扫描时间中定义了 Wi-Fi 在信道 1 中停留的时间长短，默认为 120 ms。

> - s2.2：Wi-Fi 驱动程序跳转至信道 2，并重复进行 s2.1 中的步骤。

> - s2.3：Wi-Fi 驱动程序扫描最后的信道 N，N 的具体数值由步骤 s1.1 中配置的国家代码决定。

#### 扫描完成后事件处理阶段

> - s3.1：当所有信道扫描全部完成后，将产生 WIFI_EVENT_SCAN_DONE 事件。

> - s3.2：应用程序的事件回调函数告知应用程序任务已接收到 WIFI_EVENT_SCAN_DONE 事件。调用函数 `esp_wifi_scan_get_ap_num()` 获取在本次扫描中找到的 AP 数量。然后，分配出足够的事物槽，并调用函数 `esp_wifi_scan_get_ap_records()` 获取 AP 记录。请注意，一旦调用 `esp_wifi_scan_get_ap_records()`，Wi-Fi 驱动程序中的 AP 记录将被释放。但是，请不要在单个扫描完成事件中重复调用两次 `esp_wifi_scan_get_ap_records()`。反之，如果扫描完成事件发生后未调用 `esp_wifi_scan_get_ap_records()`，则 Wi-Fi 驱动程序中的 AP 记录不会被释放。因此，请务必确保调用函数 `esp_wifi_scan_get_ap_records()`，且仅调用一次。

### 在所有信道上扫描全部 AP（后端）

场景：

所有 Wi-Fi 信道的后端扫描

上述场景为一次全信道后端扫描。与 在所有信道中扫描全部 AP（前端） 相比，全信道后端扫描的不同之处在于：在跳至下一个信道之前，Wi-Fi 驱动程序会先返回主信道停留 30 ms，以便 Wi-Fi 连接有一定的时间发送/接收数据。

### 在所有信道中扫描特定 AP

场景：

扫描特定的 Wi-Fi 信道

该扫描过程与 在所有信道中扫描全部 AP（前端） 相似。区别在于：

> - s1.1：在步骤 1.2 中，目标 AP 将配置为 SSID/BSSID。

> - s2.1 ~ s2.N：每当 Wi-Fi 驱动程序扫描某个 AP 时，它将检查该 AP 是否为目标 AP。如果本次扫描类型为 `WIFI_FAST_SCAN`，且确认已找到目标 AP，则将产生扫描完成事件，同时结束本次扫描；反之，扫描将继续。请注意，第一个扫描的信道可能不是信道 1，因为 Wi-Fi 驱动程序会优化扫描顺序。

如果有多个匹配目标 AP 信息的 AP，例如：碰巧扫描到两个 SSID 为 "ap" 的 AP。如果本次扫描类型为 `WIFI_FAST_SCAN`，则仅可找到第一个扫描到的 "ap"；如果本次扫描类型为 `WIFI_ALL_CHANNEL_SCAN`，则两个 "ap“ 都将被找到，且 station 将根据配置规则连接至其需要连接的 "ap"，请参阅 station 基本配置。

你可以在任意信道中扫描某个特定的 AP，或扫描该信道中的所有 AP。这两种扫描过程也较为相似。

### 在 Wi-Fi 连接模式下扫描

调用函数 `esp_wifi_connect()` 后，Wi-Fi 驱动程序将首先尝试扫描已配置的 AP。Wi-Fi 连接模式下的扫描过程与 在所有信道中扫描特定 AP 过程相同，但连接模式下扫描结束后将不会产生扫描完成事件。如果已找到目标 AP，则 Wi-Fi 驱动程序将开始 Wi-Fi 连接；反之，将产生 WIFI_EVENT_STA_DISCONNECTED 事件。请参阅 在所有信道中扫描特定 AP。

### 在禁用模式下扫描

如果函数 `esp_wifi_scan_start()` 中的禁用参数为 "true"，则本次扫描为禁用模式下的扫描。在该次扫描完成之前，应用程序任务都将被禁用。禁用模式下的扫描和正常扫描相似，不同之处在于，禁用模式下扫描完成之后将不会出现扫描完成事件。

### 并行扫描

有时，可能会有两个应用程序任务同时调用函数 `esp_wifi_scan_start()`，或者某个应用程序任务在获取扫描完成事件之前再次调用了函数 `esp_wifi_scan_start()`。这两种情况都有可能会发生。但是，Wi-Fi 驱动程序并不足以支持多个并行的扫描。因此，应避免上述并行扫描。随着 ESP32-S3 的 Wi-Fi 功能不断提升，未来的版本中可能会增加并行扫描支持。

### 连接 Wi-Fi 时扫描

如果 Wi-Fi 正在连接，则调用函数 `esp_wifi_scan_start()` 后扫描将立即失败，因为 Wi-Fi 连接优先级高于扫描。如果扫描是因为 Wi-Fi 连接而失败的，此时推荐采取的策略为：等待一段时间后重试。因为一旦 Wi-Fi 连接完成后，扫描将立即成功。

但是，延时重试策略并非万无一失。试想以下场景：

- 如果 station 正在连接一个不存在的 AP，或正在使用错误的密码连接一个 AP，此时将产生事件 WIFI_EVENT_STA_DISCONNECTED。

- 接收到断开连接事件后，应用程序调用函数 `esp_wifi_connect()` 进行重新连接。

- 而另一个应用程序任务（如，控制任务）调用了函数 `esp_wifi_scan_start()` 进行扫描。这种情况下，每一次扫描都会立即失败，因为 station 一直处于正在连接状态。

- 扫描失败后，应用程序将等待一段时间后进行重新扫描。

上述场景中的扫描永远不会成功，因为 Wi-Fi 一直处于正在连接过程中。因此，如果你的应用程序也可能发生相似的场景，那么就需要为其配置一个更佳的重新连接策略。例如：

- 应用程序可以定义一个连续重新连接次数的最大值，当重新连接的次数达到这个最大值时，立刻停止重新连接。

- 应用程序可以在首轮连续重新连接 N 次后立即进行重新连接，然后延时一段时间后再进行下一次重新连接。

可以给应用程序定义其特殊的重新连接策略，以防止扫描无法成功。请参阅 Wi-Fi 重新连接。

## ESP32-S3 Wi-Fi station 连接场景

该场景仅针对在扫描阶段只找到一个目标 AP 的情况，对于多个相同 SSID AP 的情况，请参阅 找到多个 AP 时的 ESP32-S3 Wi-Fi station 连接。

通常，应用程序无需关心这一连接过程。如感兴趣，可参看下述简介。

场景：

Wi-Fi station 连接过程

### 扫描阶段

> - s1.1：Wi-Fi 驱动程序开始在“Wi-Fi 连接”模式下扫描。详细信息请参阅 在 Wi-Fi 连接模式下扫描。

> - s1.2：如果未找到目标 AP，将产生 WIFI_EVENT_STA_DISCONNECTED 事件，且原因代码为 `WIFI_REASON_NO_AP_FOUND`。请参阅 Wi-Fi 原因代码。

### 认证阶段

> - s2.1：发送认证请求数据包并使能认证计时器。

> - s1.2：如果在认证计时器超时之前未接收到认证响应数据包，将产生 WIFI_EVENT_STA_DISCONNECTED 事件，且原因代码为 `WIFI_REASON_AUTH_EXPIRE`。请参阅 Wi-Fi 原因代码。

> - s2.3：接收到认证响应数据包，且认证计时器终止。

> - s2.4：AP 在响应中拒绝认证且产生 WIFI_EVENT_STA_DISCONNECTED 事件，原因代码为 `WIFI_REASON_AUTH_FAIL` 或为 AP 指定的其它原因。请参阅 Wi-Fi 原因代码。

### 关联阶段

> - s3.1：发送关联请求并使能关联计时器。

> - s3.2：如果在关联计时器超时之前未接收到关联响应，将产生 WIFI_EVENT_STA_DISCONNECTED 事件，且原因代码为 `WIFI_REASON_DISASSOC_DUE_TO_INACTIVITY`。请参阅 Wi-Fi 原因代码。

> - s3.3：接收到关联响应，且关联计时器终止。

> - s3.4：AP 在响应中拒绝关联且产生 WIFI_EVENT_STA_DISCONNECTED 事件，原因代码将在关联响应中指定。请参阅 Wi-Fi 原因代码。

### 四次握手阶段

> - s4.1：使能握手定时器，定时器终止之前未接收到 1/4 EAPOL，此时将产生 WIFI_EVENT_STA_DISCONNECTED 事件，且原因代码为 `WIFI_REASON_HANDSHAKE_TIMEOUT`。请参阅 Wi-Fi 原因代码。

> - s4.2：接收到 1/4 EAPOL。

> - s4.3：station 回复 2/4 EAPOL。

> - s4.4：如果在握手定时器终止之前未接收到 3/4 EAPOL，将产生 WIFI_EVENT_STA_DISCONNECTED 事件，且原因代码为 `WIFI_REASON_HANDSHAKE_TIMEOUT`。请参阅 Wi-Fi 原因代码。

> - s4.5：接收到 3/4 EAPOL。

> - s4.6：station 回复 4/4 EAPOL。

> - s4.7：station 产生 WIFI_EVENT_STA_CONNECTED 事件。

### Wi-Fi 原因代码

下表罗列了 ESP32-S3 中定义的原因代码。其中，第一列为 esp_wifi/include/esp_wifi_types.h 中定义的宏名称。名称中省去了前缀 `WIFI_REASON`，也就是说，名称 `UNSPECIFIED` 实际应为 `WIFI_REASON_UNSPECIFIED`，以此类推。第二列为原因代码的相应数值。第三列为该原因映射到 IEEE 802.11-2020 中 9.4.1.7 段的标准值。（更多详细信息，请参阅前文描述。）最后一列为这一原因的描述。

原因代码 | 数值 | 映射值 | 描述
--- | --- | --- | ---
UNSPECIFIED | 1 | 1 | 出现内部错误，例如：内存已满，内部发送失败，或该原因已被远端接收等。
AUTH_EXPIRE | 2 | 2 | 先前的 authentication 已失效。 对于 ESP station，出现以下情况时将报告该代码： authentication 超时； 从 AP 接收到该代码。 对于 ESP AP，出现以下情况时将报告该代码： 在过去五分钟之内，AP 未从 station 接收到任何数据包； 由于调用了函数 `esp_wifi_stop()` 导致 AP 终止； 由于调用了函数 `esp_wifi_deauth_sta()` 导致 station 的 authentication 取消。
AUTH_LEAVE | 3 | 3 | authentication 取消，因为发送 station 正在离开（或已经离开）。 对于 ESP station，出现以下情况时报告该代码： 从 AP 接收到该代码。
DISASSOC_DUE_TO_INACTIVITY | 4 | 4 | 因为 AP 不活跃，association 取消。 对于 ESP station，出现以下情况时报告该代码： 从 AP 接收到该代码。 对于 ESP AP，出现以下情况时将报告该代码： 在过去五分钟之内， AP 未从 station 接收到任何数据包； 由于调用了函数 `esp_wifi_stop()` 导致 AP 终止； 由于调用了函数 `esp_wifi_deauth_sta()` 导致 station 的 authentication 取消。
ASSOC_TOOMANY | 5 | 5 | association 取消，因为 AP 无法同时处理所有当前已关联的 STA。 对于 ESP station，出现以下情况时报告该代码： 从 AP 接收到该代码。 对于 ESP AP，出现以下情况时将报告该代码： 与 AP 相关联的 station 数量已到达 AP 可支持的最大值。
CLASS2_FRAME_FROM_NONAUTH_STA | 6 | 6 | 从一个未认证 station 接收到 class-2 frame。 对于 ESP station，出现以下情况时报告该代码： 从 AP 接收到该代码。 对于 ESP AP，出现以下情况时将报告该代码： AP 从一个未认证 station 接收到数据包。
CLASS3_FRAME_FROM_NONASSOC_STA | 7 | 7 | 从一个未关联 station 接收到的 class-3 frame。 对于 ESP station，出现以下情况时报告该代码： 从 AP 接收到该代码。 对于 ESP AP，出现以下情况时将报告该代码： AP 从未关联 station 接收到数据包。
ASSOC_LEAVE | 8 | 8 | association 取消，因为发送 station 正在离开（或已经离开）BSS。 对于 ESP station，出现以下情况时报告该代码： 从 AP 接收到该代码。 由于调用 `esp_wifi_disconnect()` 和其它 API，station 断开连接。
ASSOC_NOT_AUTHED | 9 | 9 | station 的 re(association) 请求未被响应 station 认证。 对于 ESP station，出现以下情况时报告该代码： 从 AP 接收到该代码。 对于 ESP AP，出现以下情况时将报告该代码： AP 从一个已关联，但未认证的 station 接收到数据包。
DISASSOC_PWRCAP_BAD | 10 | 10 | association 取消，因为无法接收功率能力 (Power Capability) 元素中的信息。 对于 ESP station，出现以下情况时报告该代码： 从 AP 接收到该代码。
DISASSOC_SUPCHAN_BAD | 11 | 11 | association 取消，因为无法接收支持的信道 (Supported Channels) 元素中的信息。 对于 ESP station，出现以下情况时报告该代码： 从 AP 接收到该代码。
IE_INVALID | 13 | 13 | 无效元素，即内容不符合 Wi-Fi 协议中帧格式 (Frame formats) 章节所描述标准的元素。 对于 ESP station，出现以下情况时报告该代码： 从 AP 接收到该代码。 对于 ESP AP，出现以下情况时将报告该代码： AP 解析了一个错误的 WPA 或 RSN IE。
MIC_FAILURE | 14 | 14 | 消息完整性代码 (MIC) 出错。 对于 ESP station，出现以下情况时报告该代码： 从 AP 接收到该代码。
4WAY_HANDSHAKE_TIMEOUT | 15 | 15 | 四次握手超时。由于某些历史原因，在 ESP 中该原因代码实为 `WIFI_REASON_HANDSHAKE_TIMEOUT`。 对于 ESP station，出现以下情况时报告该代码： 握手超时。 从 AP 接收到该代码。
GROUP_KEY_UPDATE_TIMEOUT | 16 | 16 | 组密钥 (Group-Key) 握手超时。 对于 ESP station，出现以下情况时报告该代码： 从 AP 接收到该代码。
IE_IN_4WAY_DIFFERS | 17 | 17 | 四次握手中产生的元素与 (re-)association 后的 request/probe 以及 response/beacon frame 中的信息不同。 对于 ESP station，出现以下情况时报告该代码： 从 AP 接收到该代码。 station 发现四次握手的 IE 与 (re-)association 后的 request/probe 以及 response/beacon frame 中的 IE 不同。
GROUP_CIPHER_INVALID | 18 | 18 | 无效组密文。 对于 ESP station，出现以下情况时报告该代码： 从 AP 接收到该代码。
PAIRWISE_CIPHER_INVALID | 19 | 19 | 无效成对密文。 对于 ESP station，出现以下情况时报告该代码： 从 AP 接收到该代码。
AKMP_INVALID | 20 | 20 | 无效 AKMP。 对于 ESP station，出现以下情况时报告该代码： - 从 AP 接收到该代码。
UNSUPP_RSN_IE_VERSION | 21 | 21 | 不支持的 RSNE 版本。 对于 ESP station，出现以下情况时报告该代码： 从 AP 接收到该代码。
INVALID_RSN_IE_CAP | 22 | 22 | 无效的 RSNE 性能。 对于 ESP station，出现以下情况时报告该代码： 从 AP 接收到该代码。
802_1X_AUTH_FAILED | 23 | 23 | IEEE 802.1X. authentication 失败。 对于 ESP station，出现以下情况时报告该代码： 从 AP 接收到该代码。 对于 ESP AP，出现以下情况时将报告该代码： IEEE 802.1X. authentication 失败。
CIPHER_SUITE_REJECTED | 24 | 24 | 因安全策略，安全密钥算法套件 (cipher suite) 被拒。 对于 ESP station，出现以下情况时报告该代码： 从 AP 接收到该代码。
TDLS_PEER_UNREACHABLE | 25 | 25 | 通过 TDLS 直连无法到达TDLS 对端 STA，导致 TDLS 直连中断。
TDLS_UNSPECIFIED | 26 | 26 | 不明原因的 TDLS 直连中断。
SSP_REQUESTED_DISASSOC | 27 | 27 | association 取消，由于会话被 SSP request 终止。
NO_SSP_ROAMING_AGREEMENT | 28 | 28 | association 取消，由于缺乏 SSP 漫游认证。
BAD_CIPHER_OR_AKM | 29 | 29 | 请求的服务被拒绝，由于 SSP 密码套件或者 AKM 的需求。
NOT_AUTHORIZED_THIS_LO CATION | 30 | 30 | 请求的服务在此位置未得到授权。
SERVICE_CHANGE_PRECLUDES_TS | 31 | 31 | TS 被删除，原因是：BSS 服务特性或者运行模式改变导致 Qos AP 缺少足够的带宽给 Qos STA 使用（例如：一个HT BSS 从 40 MHz 的信道切换到 20 MHz 的信道）。
UNSPECIFIED_QOS | 32 | 32 | association 取消，由于不明确的 QoS 相关原因。
NOT_ENOUGH_BANDWIDTH | 33 | 33 | association 取消，由于QoS AP 缺少足够的带宽给该 QoS STA 使用。
MISSING_ACKS | 34 | 34 | association 取消，原因是：大量的帧需要被确认，但由于 AP 传输或者糟糕的信道条件而没有被确认。
EXCEEDED_TXOP | 35 | 35 | association 取消，由于 STA 的传输超过了 TXOPs 的限制。
STA_LEAVING | 36 | 36 | 请求 STA 离开了 BSS 或者重置了。
END_BA | 37 | 37 | 请求 STA 不再使用该流或者会话。
UNKNOWN_BA | 38 | 38 | 请求 STA 使用一种尚未完成的机制接收帧。
TIMEOUT | 39 | 39 | 对端 STA 的请求超时。
Reserved | 40 ~ 45 | 40 ~ 45 | 保留
PEER_INITIATED | 46 | 46 | 在 Disassociation 帧中：已达到授权访问限制。
AP_INITIATED | 47 | 47 | 在 Disassociation 帧中：外部服务需求。
INVALID_FT_ACTION_FRAME_COUNT | 48 | 48 | 无效的 FT Action 帧计数。
INVALID_PMKID | 49 | 49 | 无效的成对主密钥标识符（PMKID）。
INVALID_MDE | 50 | 50 | 无效的 MDE。
INVALID_FTE | 51 | 51 | 无效的 FTE。
TRANSMISSION_LINK_ESTABLISHMENT_FAILED | 67 | 67 | 在备用信道中建立传输链路失败。
ALTERATIVE_CHANNEL_OCCUPIED | 68 | 68 | 备用信道被占用。
BEACON_TIMEOUT | 200 | 保留 | 乐鑫特有的 Wi-Fi 原因代码： 当 station 连续失去 N 个 beacon，将中断连接并报告该代码。
NO_AP_FOUND | 201 | 保留 | 乐鑫特有的 Wi-Fi 原因代码： 当 station 未扫描到目标 AP 时，将报告该代码。如果是由于安全性不匹配或 station 配置不匹配导致未扫描到目标 AP，则会报告新的原因代码 NO_AP_FOUND_XXX。
AUTH_FAIL | 202 | 保留 | 乐鑫特有的 Wi-Fi 原因代码： authentication 失败，但并非由超时而引发。
ASSOC_FAIL | 203 | 保留 | 乐鑫特有的 Wi-Fi 原因代码： association 失败，但并非由 DISASSOC_DUE_TO_INACTIVITY 或 ASSOC_TOOMANY 引发。
HANDSHAKE_TIMEOUT | 204 | 保留 | 乐鑫特有的 Wi-Fi 原因代码： 握手失败，与 WIFI_REASON_4WAY_HANDSHAKE_TIMEOUT 中失败原因相同。
CONNECTION_FAIL | 205 | 保留 | 乐鑫特有的 Wi-Fi 原因代码： AP 连接失败。

### 与密码错误有关的 Wi-Fi 原因代码

下表罗列了与密码错误相关的 Wi-Fi 原因代码。

原因代码 | 数值 | 描述
--- | --- | ---
4WAY_HANDSHAKE_TIMEOUT | 15 | 四次握手超时。STA 在连接加密的 AP 的时候输入了错误的密码
NO_AP_FOUND | 201 | 密码错误会出现这个原因代码的场景有如下两个： STA 在连接加密的 AP 的时候没有输入密码 STA 在连接非加密的 AP 的时候输入了密码
HANDSHAKE_TIMEOUT | 204 | 握手超时。

### 与低 RSSI 有关的 Wi-Fi 原因代码

下表罗列了与低 RSSI 相关的 Wi-Fi 原因代码。

原因代码 | 数值 | 描述
--- | --- | ---
NO_AP_FOUND | 201 | 低 RSSI 导致 station 无法扫描到目标 AP
HANDSHAKE_TIMEOUT | 204 | 握手超时。

## 找到多个 AP 时的 ESP32-S3 Wi-Fi station 连接

该场景与 ESP32-S3 Wi-Fi station 连接场景 相似，不同之处在于该场景中不会产生 WIFI_EVENT_STA_DISCONNECTED 事件，除非 station 无法连接所有找到的 AP。

## Wi-Fi 重新连接

出于多种原因，station 可能会断开连接，例如：连接的 AP 重新启动等。应用程序应负责重新连接。推荐使用的方法为：在接收到 WIFI_EVENT_STA_DISCONNECTED 事件后调用函数 `esp_wifi_connect()`。

但有时，应用程序需要更复杂的方式进行重新连接：

- 如果断开连接事件是由调用函数 `esp_wifi_disconnect()` 引发的，那么应用程序可能不希望进行重新连接。

- 如果 station 随时可能调用函数 `esp_wifi_scan_start()` 开始扫描，此时就需要一个更佳的重新连接方法，请参阅 连接 Wi-Fi 时扫描。

另一点需要注意的是，如果存在多个具有相同 SSID 的 AP，那么重新连接后可能不会连接到之前的同一个 AP。重新连接时，station 将永远选择最佳的 AP 进行连接。

## Wi-Fi beacon 超时

ESP32-S3 使用 beacon 超时机制检测 AP 是否活跃。如果 station 在 inactive 时间内未收到所连接 AP 的 beacon，将发生 beacon 超时。inactive 时间通过调用函数 `esp_wifi_set_inactive_time()` 设置。

beacon 超时发生后，station 将向 AP 发送 5 个 probe request，如果仍未从 AP 接收到 probe response 或 beacon，station 将与 AP 断开连接并产生 WIFI_EVENT_STA_DISCONNECTED 事件。

需要注意的是，扫描过程中会重置 beacon 超时所使用的定时器，即扫描过程会影响 WIFI_EVENT_STA_BEACON_TIMEOUT 事件的触发。

## ESP32-S3 Wi-Fi 配置

使能 Wi-Fi NVS 时，所有配置都将存储到 flash 中；反之，请参阅 Wi-Fi NVS Flash。

### Wi-Fi 模式

调用函数 `esp_wifi_set_mode()` 设置 Wi-Fi 模式。

模式 | 描述
--- | ---
`WIFI_MODE_NULL` | NULL 模式：此模式下，内部数据结构不分配给 station 和 AP，同时，station 和 AP 接口不会为发送/接收 Wi-Fi 数据进行初始化。通常，此模式用于 Sniffer，或者你不想通过调用函数 `esp_wifi_deinit()` 卸载整个 Wi-Fi 驱动程序来同时停止 station 和 AP。
`WIFI_MODE_STA` | station 模式：此模式下，`esp_wifi_start()` 将初始化内部 station 数据，同时 station 接口准备发送/接收 Wi-Fi 数据。调用函数 `esp_wifi_connect()` 后，station 将连接到目标 AP。
`WIFI_MODE_AP` | AP 模式：在此模式下，`esp_wifi_start()` 将初始化内部 AP 数据，同时 AP 接口准备发送/接收 Wi-Fi 数据。随后，Wi-Fi 驱动程序开始广播 beacon，AP 即可与其它 station 连接。
`WIFI_MODE_APSTA` | station/AP 共存模式：在此模式下，函数 `esp_wifi_start()` 将同时初始化 station 和 AP。该步骤在 station 模式和 AP 模式下完成。请注意 ESP station 所连外部 AP 的信道优先于 ESP AP 信道。

### station 基本配置

API `esp_wifi_set_config()` 可用于配置 station。配置的参数信息会保存到 NVS 中。下表详细介绍了各个字段。

字段 | 描述
--- | ---
ssid | station 想要连接的目标 AP 的 SSID。
password | 目标 AP 的密码。
scan_method | `WIFI_FAST_SCAN` 模式下，扫描到一个匹配的 AP 时即结束。 `WIFI_ALL_CHANNEL_SCAN` 模式下，在所有信道扫描所有匹配的 AP。默认扫描模式是 `WIFI_FAST_SCAN`。
bssid_set | 如果 bssid_set 为 0，station 连接 SSID 与 “ssid” 字段相同的 AP，同时忽略字段 “bssid”。其他情况下，station 连接 SSID 与 “ssid” 字段相同、BSSID 与 “bssid” 字段也相同的 AP。
bssid | 只有当 bssid_set 为 1 时有效。见字段 “bssid_set”。
channel | 该字段为 0 时，station 扫描信道 1 ~ N 寻找目标 AP；否则，station 首先扫描值与 “channel” 字段相同的信道，再扫描其他信道。比如，当该字段设置为 3 时，扫描顺序为 3，1，2，...，N 。如果你不知道目标 AP 在哪个信道，请将该字段设置为 0。
sort_method | 该字段仅用于 `WIFI_ALL_CHANNEL_SCAN` 模式。 如果设置为 `WIFI_CONNECT_AP_BY_SIGNAL`，所有匹配的 AP 将会按照信号强度排序，信号最好的 AP 会被首先连接。比如，如果 station 想要连接 ssid 为 “apxx” 的 AP，且扫描到两个这样的 AP。第一个 AP 的信号为 -90 dBm，第二个 AP 的信号为 -30 dBm，station 首先连接第二个 AP。除非失败，才会连接第一个。 如果设置为 `WIFI_CONNECT_AP_BY_SECURITY`，所有匹配的 AP 将会按照安全性排序。比如，如果 station 想要连接 ssid 为 “apxx” 的 AP，并且扫描到两个这样的 AP。第一个 AP 为开放式，第二个 AP 为 WPA2 加密，station 首先连接第二个 AP。除非失败，才会连接第一个。
threshold | 该字段用来筛选找到的 AP，如果 AP 的 RSSI 或安全模式小于配置的阈值，则不会被连接。 如果 RSSI 设置为 0，则表示默认阈值，默认 RSSI 阈值为 -127 dBm。如果 authmode 阈值设置为 0，则表示默认阈值，默认 authmode 阈值为 `WIFI_AUTH_OPEN`。

注意

IEEE 802.11-2016 已废弃 WEP 和 TKIP，不建议继续使用 WEP 或基于 TKIP 的 WPA 网络。若希望 station 只连接 WPA2 及以上安全级别的 AP，可将 `wifi_config_t.sta.threshold.authmode` 设置为 `WIFI_AUTH_WPA2_PSK`；低于该阈值的 AP（如 OPEN、WEP、WPA-PSK）将在连接筛选时被忽略。

### AP 基本配置

API `esp_wifi_set_config()` 可用于配置 AP。配置的参数信息会保存到 NVS 中。下表详细介绍了各个字段。

字段 | 描述
--- | ---
ssid | 指 AP 的 SSID。如果 ssid[0] 和 ssid[1] 均为 0xFF，AP 默认 SSID 为 `ESP_aabbcc`，”aabbcc” 是 AP MAC 的最后三个字节。
password | AP 的密码。如果身份验证模式为 `WIFI_AUTH_OPEN`，此字段将被忽略。
ssid_len | SSID 的长度。如果 ssid_len 为 0，则检查 SSID 直至出现终止字符。如果 ssid_len 大于 32，请更改为 32，或者根据 ssid_len 设置 SSID 长度。
channel | AP 的信道。设为 0 表示自动选择（最小信道：2.4 GHz 通常为 1）。其它非法值将返回 `ESP_ERR_INVALID_ARG`。请确保信道在允许范围内。更多说明请参阅 Wi-Fi 国家/地区代码。
authmode | ESP AP 的身份验证模式。目前，ESP AP 不支持 AUTH_WEP。如果 authmode 是一个无效值，AP 默认该值为 `WIFI_AUTH_OPEN`。
ssid_hidden | 如果 ssid_hidden 为 1，AP 不广播 SSID。若为其他值，则广播。
max_connection | 允许接入的 station 最大数量。ESP32-S3 最多支持 15（`ESP_WIFI_MAX_CONN_NUM`） 个 Wi-Fi 连接。请注意，soft-AP 与 ESP-NOW 共享同一套加密硬件 keys，因此 max_connection 会受到 CONFIG_ESP_WIFI_ESPNOW_MAX_ENCRYPT_NUM 的影响。加密硬件 keys 总数为 17：若 CONFIG_ESP_WIFI_ESPNOW_MAX_ENCRYPT_NUM <= 2，则 max_connection 最大可设为 15；否则最大可设为 (17 - CONFIG_ESP_WIFI_ESPNOW_MAX_ENCRYPT_NUM)。
beacon_interval | beacon 间隔。值为 100 ~ 60000 ms，默认值为 100 ms。如果该值不在上述范围，AP 默认取 100 ms。

### Wi-Fi 协议模式

目前，IDF 支持以下协议模式：

协议模式 | 描述
--- | ---
802.11b | 调用函数 `esp_wifi_set_protocol(ifx, WIFI_PROTOCOL_11B)`，将 station/AP 设置为仅 802.11b 模式。
802.11bg | 调用函数 `esp_wifi_set_protocol(ifx, WIFI_PROTOCOL_11B|WIFI_PROTOCOL_11G)`，将 station/AP 设置为 802.11bg 模式。
802.11g | 调用函数 `esp_wifi_set_protocol(ifx, WIFI_PROTOCOL_11B|WIFI_PROTOCOL_11G)` 和 `esp_wifi_config_11b_rate(ifx, true)`，将 station/AP 设置为 802.11g 模式。
802.11bgn | 调用函数 `esp_wifi_set_protocol(ifx, WIFI_PROTOCOL_11B|WIFI_PROTOCOL_11G|WIFI_PROTOCOL_11N)`，将 station/AP 设置为 802.11bgn 模式。
802.11gn | 调用函数 `esp_wifi_set_protocol(ifx, WIFI_PROTOCOL_11B|WIFI_PROTOCOL_11G|WIFI_PROTOCOL_11N)` 和 `esp_wifi_config_11b_rate(ifx, true)`，将 station/AP 设置为 802.11gn 模式。
802.11 BGNLR | 调用函数 `esp_wifi_set_protocol(ifx, WIFI_PROTOCOL_11B|WIFI_PROTOCOL_11G|WIFI_PROTOCOL_11N|WIFI_PROTOCOL_LR)`，将 station/AP 设置为 802.11bgn 和 LR 模式。
802.11 LR | 调用函数 `esp_wifi_set_protocol(ifx, WIFI_PROTOCOL_LR)`，将 station/AP 设置为 LR 模式。 此模式是乐鑫的专利模式，可以达到 1 公里视线范围。请确保 station 和 AP 同时连接至 ESP 设备。

### Wi-Fi 带宽模式

ESP32-S3 目前支持 20 MHz 和 40 MHz 两种带宽模式，并与协议模式组合使用，常见的组合包括：

- HT20：802.11n，20 MHz 带宽

- HT40：802.11n，40 MHz 带宽

备注

- 40 MHz 带宽模式仅在 802.11n 模式下支持。

应用程序可以使用 `esp_wifi_set_bandwidth()` API 来设置当前接口的带宽模式。

示例：

    // 设置 STA 的协议为 802.11bgn
    uint8_t protocol = WIFI_PROTOCOL_11B | WIFI_PROTOCOL_11G | WIFI_PROTOCOL_11N;
    esp_wifi_set_protocol(WIFI_IF_STA, protocol);

    // 设置 STA 的带宽为 40 MHz
    esp_wifi_set_bandwidth(WIFI_IF_STA, WIFI_BW_HT40);

### 长距离 (LR)

长距离 (LR) 模式是乐鑫的一项专利 Wi-Fi 模式，可达到 1 公里视线范围。与传统 802.11b 模式相比，接收灵敏度更高，抗干扰能力更强，传输距离更长。

#### LR 兼容性

由于 LR 是乐鑫的独有 2.4 GHz 频段 Wi-Fi 模式，只有 ESP32 芯片系列设备（ESP32-C2 除外）才能传输和接收 LR 数据。也就是说，如果连接的设备不支持 LR，ESP32 芯片系列设备（ESP32-C2 除外）则不会以 LR 数据速率传输数据。可通过配置适当的 Wi-Fi 模式使你的应用程序实现这一功能。

- 如果协商的模式支持 LR，ESP32 芯片系列设备（ESP32-C2 除外）可能会以 LR 速率传输数据。

- 否则，ESP32 芯片系列设备（ESP32-C2 除外）将以传统 Wi-Fi 数据速率传输所有数据。

下表是 2.4 GHz 频段 Wi-Fi 模式协商：

APSTA | BGN | BG | B | BGNLR | BGLR | BLR | LR
--- | --- | --- | --- | --- | --- | --- | ---
BGN | BGN | BG | B | BGN | BG | B |
BG | BG | BG | B | BG | BG | B |
B | B | B | B | B | B | B |
BGNLR |  |  |  | BGNLR | BGLR | BLR | LR
BGLR |  |  |  | BGLR | BGLR | BLR | LR
BLR |  |  |  | BLR | BLR | BLR | LR
LR |  |  |  | LR | LR | LR | LR

上表中，行是 AP 的 Wi-Fi 模式，列是 station 的 Wi-Fi 模式。"-" 表示 AP 和 station 的 Wi-Fi 模式不兼容。

根据上表，得出以下结论：

- 对于已使能 LR 的 ESP32-S3 AP，由于以 LR 模式发送 beacon，因此与传统的 802.11 模式不兼容。

- 对于已使能 LR 且并非仅 LR 模式的 ESP32-S3 station，与传统 802.11 模式兼容。

- 如果 station 和 AP 都是 ESP32 芯片系列设备（ESP32-C2 除外），并且两者都使能 LR 模式，则协商的模式支持 LR。

如果协商的 Wi-Fi 模式同时支持传统的 802.11 模式和 LR 模式，则 Wi-Fi 驱动程序会在不同的 Wi-Fi 模式下自动选择最佳数据速率，应用程序无需任何操作。

#### LR 对传统 Wi-Fi 设备的影响

以 LR 速率进行的数据传输不会影响传统 Wi-Fi 设备，因为：

- LR 模式下的 CCA 和回退过程符合 802.11 协议。

- 传统的 Wi-Fi 设备可以通过 CCA 检测 LR 信号并进行回退。

也就是说，LR 模式下传输效果与 802.11b 模式相似。

#### LR 传输距离

LR 的接收灵敏度比传统的 802.11b 模式高 4 dB，理论上，传输距离约为 802.11b 的 2 至 2.5 倍。

#### LR 吞吐量

因为原始 PHY 数据传输速率为 1/2 Mbps 和 1/4 Mbps，LR 的吞吐量有限。

#### 何时使用 LR

通常使用 LR 的场景包括：

- AP 和 station 都是乐鑫设备。

- 需要长距离 Wi-Fi 连接和数据传输。

- 数据吞吐量要求非常小，例如远程设备控制等。

### Wi-Fi 国家/地区代码

调用 `esp_wifi_set_country()`，设置国家/地区信息。下表详细介绍了各个字段，请在配置这些字段之前参考当地的 2.4 GHz RF 操作规定。

字段 | 描述
--- | ---
cc[3] | 国家/地区代码字符串，此属性标识 station/AP 位于的国家/地区或非国家/地区实体。如果是一个国家/地区，该字符串的前两个八位字节是 ISO/IEC3166-1 中规定的国家/地区两位字母代码。第三个八位字节应是下述之一： ASCII 码空格字符，代表 station/AP 所处国家/地区的规定允许当前频段所需的所有环境。 ASCII 码 ‘O’ 字符，代表 station/AP 所处国家/地区的规定仅允许室外环境。 ASCII 码 ‘I’ 字符，代表 station/AP 所处国家/地区的规定仅允许室内环境。 ASCII 码 ‘X’ 字符，代表 station/AP 位于非国家/地区实体。非国家实体的前两个八位字节是两个 ASCII 码 ‘XX’ 字符。 当前使用的操作类表编号的二进制形式。见 IEEE Std 802.11-2020 附件 E。
schan | 起始信道，station/AP 所处国家/地区规定的最小信道值。
nchan | 规定的总信道数，比如，如果 schan=1，nchan=13，那么 station/AP 可以从信道 1 至 13 发送数据。
policy | 国家/地区策略，当配置的国家/地区信息与所连 AP 的国家/地区信息冲突时，该字段决定使用哪一信息。更多策略相关信息，可参见下文。

默认国家/地区信息为:

    wifi_country_t config = {
        .cc = "01",
        .schan = 1,
        .nchan = 11,
        .policy = WIFI_COUNTRY_POLICY_AUTO,
    };

如果 Wi-Fi 模式为 station/AP 共存模式，则它们配置的国家/地区信息相同。有时，station 所连 AP 的国家/地区信息与配置的不同。例如，配置的 station 国家/地区信息为:

    wifi_country_t config = {
        .cc = "JP",
        .schan = 1,
        .nchan = 14,
        .policy = WIFI_COUNTRY_POLICY_AUTO,
    };

但所连 AP 的国家/地区信息为:

    wifi_country_t config = {
        .cc = "CN",
        .schan = 1,
        .nchan = 13,
    };

此时，使用所连 AP 的国家/地区信息。

下表描述了在不同 Wi-Fi 模式和不同国家/地区策略下使用的国家/地区信息，并描述了对主动扫描的影响。

Wi-Fi 模式 | 策略 | 描述
--- | --- | ---
station 模式 | WIFI_COUNTRY_POLICY_AUTO | 如果所连 AP 的 beacon 中有国家/地区的 IE，使用的国家/地区信息为 beacon 中的信息，否则，使用默认信息。 扫描时： 主动扫描信道 1 至信道 11，被动扫描信道 12 至 信道 14。 请记住，如果带有隐藏 SSID 的 AP 和 station 被设置在被动扫描信道上，被动扫描将无法找到该 AP。也就是说，如果应用程序希望在每个信道中找到带有隐藏 SSID 的 AP，国家/地区信息应该配置为 WIFI_COUNTRY_POLICY_MANUAL。
station 模式 | WIFI_COUNTRY_POLICY_MANUAL | 总是使用配置的国家/地区信息。 扫描时： 主动扫描信道 schan 至信道 schan+nchan-1。
AP 模式 | WIFI_COUNTRY_POLICY_AUTO | 总是使用配置的国家/地区信息。
AP 模式 | WIFI_COUNTRY_POLICY_MANUAL | 总是使用配置的国家/地区信息。
station/AP 共存模式 | WIFI_COUNTRY_POLICY_AUTO | 该 station 与 station 模式、WIFI_COUNTRY_POLICY_AUTO 策略下使用的国家/地区信息相同。 如果 station 不连接任何外部 AP，AP 使用配置的国家/地区信息。如果 station 连接一个外部 AP，该 AP 的国家/地区信息与该 station 相同。
station/AP 共存模式 | WIFI_COUNTRY_POLICY_MANUAL | 该 station 与 station 模式、WIFI_COUNTRY_POLICY_MANUAL 策略下使用的国家/地区信息相同。 该 AP 与 AP 模式、WIFI_COUNTRY_POLICY_MANUAL 策略下使用的国家/地区信息相同。

#### 主信道

AP 模式下，AP 的信道定义为主信道。station 模式下，station 所连 AP 的信道定义为主信道。station/AP 共存模式下，AP 和 station 的主信道必须相同。如果不同，station 的主信道始终优先。比如，初始时，AP 位于信道 6，但 station 连接信道 9 的 AP。因为 station 的主信道具有优先性，该 AP 需要将信道从 6 切换至 9，确保与 station 主信道相同。切换信道时，AP 模式下的 ESP32-S3 将使用信道切换公告 (CSA) 通知连接的 station。支持信道切换的 station 将直接通过，无需与 AP 断连再重新连接。

### Wi-Fi 供应商 IE 配置

默认情况下，所有 Wi-Fi 管理帧都由 Wi-Fi 驱动程序处理，应用程序不需要任何操作。但是，某些应用程序可能需要处理 beacon、probe request、probe response 和其他管理帧。例如，如果在管理帧中插入一些只针对供应商的 IE，则只有包含此 IE 的管理帧才能得到处理。ESP32-S3 中，`esp_wifi_set_vendor_ie()` 和 `esp_wifi_set_vendor_ie_cb()` 负责此类任务。

## Wi-Fi Easy Connect™ (DPP)

Wi-Fi Easy ConnectTM （也称为设备配置协议）是一个安全且标准化的配置协议，用于配置 Wi-Fi 设备。更多信息请参考 esp_dpp。

## WPA2-Enterprise

WPA2-Enterprise 是企业无线网络的安全认证机制。在连接到接入点之前，它使用 RADIUS 服务器对网络用户进行身份验证。身份验证过程基于 802.1X 标准，并有不同的扩展身份验证协议 (EAP) 方法，如 TLS、TTLS、PEAP 等。RADIUS 服务器根据用户的凭据（用户名和密码）、数字证书或两者对用户进行身份验证。当处于 station 模式的 ESP32-S3 尝试连接到企业模式的 AP 时，它会向 AP 发送身份验证请求，AP 会将该请求发送到 RADIUS 服务器以对 station 进行身份验证。根据不同的 EAP 方式，可以通过 `idf.py menuconfig` 打开配置，并在配置中设置参数。ESP32-S3 仅在 station 模式下支持 WPA2_Enterprise。

为了建立安全连接，AP 和 station 协商并就要使用的最佳密码套件达成一致。ESP32-S3 支持 AKM 的 802.1X/EAP (WPA) 方法和 AES-CCM（高级加密标准-带密码块链消息验证码协议的计数器模式）支持的密码套件。如果设置了 USE_MBEDTLS_CRYPTO 标志，ESP32-S3 也支持 mbedtls 支持的密码套件。

目前，ESP32-S3 支持以下 EAP 方法：

  - EAP-TLS：这是基于证书的方法，只需要 SSID 和 EAP-IDF。

  - PEAP：这是受保护的 EAP 方法。用户名和密码是必填项。

  - EAP-TTLS：这是基于凭据的方法。只有服务器身份验证是强制性的，而用户身份验证是可选的。用户名和密码是必填项。 它支持不同的 Phase2 方法，例如：

      - PAP：密码认证协议

      - CHAP：询问握手身份验证协议

      - MSCHAP 和 MSCHAP-V2

  - EAP-FAST：这是一种基于受保护的访问凭据 (PAC) 的认证方法，使用身份验证和密码。目前使用此功能时需要禁用 USE_MBEDTLS_CRYPTO 标志。

请查看 wifi/wifi_enterprise 获取关于证书创建以及如何在 ESP32-S3 上运行 wpa2_enterprise 示例的详细信息。

## 无线网络管理

无线网络管理让客户端设备能够交换有关网络拓扑结构的信息，包括与射频环境相关的信息。这使每个客户端都能感知网络状况，从而促进无线网络性能的整体改进。这是 802.11v 规范的一部分。它还使客户端能够支持网络辅助漫游。 网络辅助漫游让 WLAN 能够向关联的客户端发送消息，从而使客户端与具有更好链路指标的 AP 关联。这对于促进负载平衡以及引导连接不良的客户端都很有用。

目前 802.11v 的实现支持 BSS 过渡管理帧。

## 无线资源管理

无线电资源测量 (802.11k) 旨在改善网络内流量的分配方式。在无线局域网中，一般情况下，无线设备会连接发射信号最强的接入点 (AP)。根据用户的数量和地理位置，这种分配方式有时会导致某个接入点超负荷而其它接入点利用不足，从而导致整体网络性能下降。在符合 802.11k 规范的网络中，如果信号最强的 AP 已满负荷加载，无线设备则转移到其它未充分利用的 AP。尽管信号可能较弱，但由于更有效地利用了网络资源，总体吞吐量会更大。

目前 802.11k 的实现支持信标测量报告、链路测量报告和邻居请求。

请参考 IDF 示例程序 examples/wifi/roaming/README.md 来设置和使用这些 API。示例代码只演示了如何使用这些 API，应用程序应根据需要定义自己的算法和案例。

## Wi-Fi Location

Wi-Fi Location 将提高 AP 以外设备位置数据的准确性，这有助于创建新的、功能丰富的应用程序和服务，例如地理围栏、网络管理、导航等。用于确定设备相对于接入点的位置的协议之一是精细定时测量 (FTM)，它会计算 Wi-Fi 帧的飞行时间。

### 精细定时测量 (FTM)

FTM 用于测量 Wi-Fi 往返时间（Wi-Fi RTT)，即 Wi-Fi 信号从一个设备到另一个设备并返回所需的时间。使用 Wi-Fi RTT，设备之间的距离可以用一个简单的公式 RTT * c / 2 来计算，其中 c 是光速。

对于设备之间交换的帧，FTM 在帧到达或离开时使用时间戳，这个时间戳由 Wi-Fi 接口硬件提供。FTM 发起方（主要是 station 设备）发现 FTM 响应方（可以是 station 或 AP），并协商启动 FTM 程序。该程序以突发形式发送的多个动作帧及其 ACK 来收集时间戳数据。FTM 发起方最后收集数据以计算平均往返时间。

ESP32-S3 在以下配置中支持 FTM：

- ESP32-S3 在 station 模式下为 FTM 发起方。

- ESP32-S3 在 AP 模式下为 FTM 响应方。

使用 RTT 的距离测量并不准确，RF 干扰、多径传播、天线方向和缺乏校准等因素会增加这些不准确度。为了获得更好的结果，建议在两个 ESP32 芯片系列设备（ESP32-C2 除外）之间执行 FTM，这两个设备可分别设置为 station 和 AP 模式。

请参考 ESP-IDF 示例 examples/wifi/ftm/README.md，了解设置和执行 FTM 的详细步骤。

## ESP32-S3 Wi-Fi 节能模式

本小节将简单介绍Wi-Fi节能模式相关的概念和使用方式，更加详细的介绍请参考 低功耗模式使用指南。

### station 睡眠

目前， ESP32-S3 Wi-Fi 支持 Modem-sleep 模式，该模式是 IEEE 802.11 协议中的传统节能模式。仅 station 模式支持该模式，station 必须先连接到 AP。如果使能了 Modem-sleep 模式，station 将定期在活动状态和睡眠状态之间切换。在睡眠状态下，RF、PHY 和 BB 处于关闭状态，以减少功耗。Modem-sleep 模式下，station 可以与 AP 保持连接。

Modem-sleep 模式包括最小和最大节能模式。在最小节能模式下，每个 DTIM 间隔，station 都将唤醒以接收 beacon。广播数据在 DTIM 之后传输，因此不会丢失。但是，由于 DTIM 间隔长短由 AP 决定，如果该间隔时间设置较短，则省电效果不大。

在最大节能模式下，每个监听间隔，station 都将唤醒以接收 beacon。可以设置该监听间隔长于 AP 的 DTIM 周期。在 DTIM 期间内，station 可能处于睡眠状态，广播数据会丢失。如果监听间隔较长，则可以节省更多电量，但广播数据更容易丢失。连接 AP 前，可以通过调用 API `esp_wifi_set_config()` 配置监听间隔。

调用 `esp_wifi_init()` 后，调用 `esp_wifi_set_ps(WIFI_PS_MIN_MODEM)` 可使能 Modem-sleep 最小节能模式。调用 `esp_wifi_set_ps(WIFI_PS_MAX_MODEM)` 可使能 Modem-sleep 最大节能模式。station 连接到 AP 时，Modem-sleep 模式将启动。station 与 AP 断开连接时，Modem-sleep 模式将停止。

调用 `esp_wifi_set_ps(WIFI_PS_NONE)` 可以完全禁用 Modem-sleep 模式。禁用会增大功耗，但可以最大限度减少实时接收 Wi-Fi 数据的延迟。使能 Modem-sleep 模式时，接收 Wi-Fi 数据的延迟时间可能与 DTIM 周期（最小节能模式）或监听间隔（最大节能模式）相同。

注意在共存模式下, 即使调用 `esp_wifi_set_ps(WIFI_PS_NONE)`, Wi-Fi 也仅会在 Wi-Fi 时间片内保持活动状态, 非 Wi-Fi 时间片内仍然睡眠。请参照 共存策略。

默认的 Modem-sleep 模式是 WIFI_PS_MIN_MODEM。

### AP 睡眠

目前，ESP32-S3 AP 不支持 Wi-Fi 协议中定义的所有节能功能。具体来说，AP 只缓存所连 station 单播数据，不缓存组播数据。如果 ESP32-S3 AP 所连的 station 已使能节能功能，可能发生组播数据包丢失。

未来，ESP32-S3 AP 将支持所有节能功能。

### 非连接状态下的休眠

非连接状态指的是 `esp_wifi_start()` 至 `esp_wifi_stop()` 期间内，没有建立 Wi-Fi 连接的阶段。

目前, ESP32-S3 Wi-Fi 支持以 station 模式运行时，在非连接状态下休眠。可以通过选项 CONFIG_ESP_WIFI_STA_DISCONNECTED_PM_ENABLE 配置该功能。

如果打开配置选项 CONFIG_ESP_WIFI_STA_DISCONNECTED_PM_ENABLE，则在该阶段内，RF, PHY and BB 将在空闲时被关闭，电流将会等同于 Modem-sleep 模式下的休眠电流。

配置选项 CONFIG_ESP_WIFI_STA_DISCONNECTED_PM_ENABLE 默认情况下将会被打开，共存模式下被 Menuconfig 强制打开。

### 非连接模块功耗管理

非连接模块指的是一些不依赖于 Wi-Fi 连接的 Wi-Fi 模块，例如 ESP-NOW，DPP，FTM。这些模块从 `esp_wifi_start()` 开始工作至 `esp_wifi_stop()` 结束。

目前，ESP-NOW 以 station 模式工作时，既支持在连接状态下休眠，也支持在非连接状态下休眠。

#### 非连接模块发包

对于任何非连接模块，在开启了休眠的任何时间点都可以发包，不需要进行任何额外的配置。

此外，`esp_wifi_80211_tx()` 也在休眠时被支持。

#### 非连接模块收包

对于非连接模块，在开启休眠时如果需要进行收包，需要配置两个参数，分别为 Window 和 Interval。

在每个 Interval 开始时，RF, PHY and BB 将会被打开并保持 Window 的时间。非连接模块可以在此时间内收包。

Interval

> - 全局只有一个 Interval 参数，所有非连接模块共享它。其数值由 API `esp_wifi_set_connectionless_interval()` 配置，单位为毫秒。

> - Interval 的默认值为 ESP_WIFI_CONNECTIONLESS_INTERVAL_DEFAULT_MODE 。

> - 在 Interval 开始时，将会给出 WIFI_EVENT_CONNECTIONLESS_MODULE_WAKE_INTERVAL_START 事件，由于 Window 将在此时开始，可以在此事件内布置发包动作。

> - 在连接状态下，Interval 开始的时间点将会与 TBTT 时间点对齐。可以通过将非连接模块的接收端和发送端连接在同一路由器下，并在 WIFI_EVENT_CONNECTIONLESS_MODULE_WAKE_INTERVAL_START 事件内进行发包，以同步非连接模块的传输窗口，达到提高接收端收包成功率的效果。

Window

> - 每个非连接模块在启动后都有其自身的 Window 参数，休眠模块将取所有模块 Window 的最大值运作。

> - 其数值由 API `module_name_set_wake_window()` 配置，单位为毫秒。

> - 模块 Window 的默认值为最大值。

不同 Window 与 Interval 组合下的 RF, PHY and BB 使用情况
| Interval
`ESP_WIFI_CONNECTIONLESS_INTERVAL_DEFAULT_MODE` | 1 - maximum
Window | 0 | not used
1 - maximum | default mode | used periodically (Window < Interval) / used all time (Window ≥ Interval)

#### 默认模式

当 Interval 参数被配置为 ESP_WIFI_CONNECTIONLESS_INTERVAL_DEFAULT_MODE ，且有非零的 Window 参数时，非连接模块功耗管理将会按默认模式运行。

在没有与非 Wi-Fi 协议共存时，RF、PHY 和 BB 将会在默认模式下被一直打开。

在与非 Wi-Fi 协议共存时，RF、PHY 和 BB 资源被共存模块分时划给 Wi-Fi 非连接模块和非 Wi-Fi 协议使用。在默认模式下，Wi-Fi 非连接模块被允许周期性使用 RF、PHY 和 BB，并且具有稳定性能。

推荐在与非 Wi-Fi 协议共存时将非连接模块功耗管理配置为默认模式。

## ESP32-S3 Wi-Fi 吞吐量

下表是我们在 Espressif 实验室和屏蔽箱中获得的最佳吞吐量结果。

> 类型/吞吐量 | 实验室空气状况 | 屏蔽箱 | 测试工具 | IDF 版本 (commit ID)
> --- | --- | --- | --- | ---
> 原始 802.11 数据包接收数据 | N/A | 130 MBit/s | 内部工具 | N/A
> 原始 802.11 数据包发送数据 | N/A | 130 MBit/s | 内部工具 | N/A
> UDP 接收数据 | 30 MBit/s | 88 MBit/s | iperf example | 15575346
> UDP 发送数据 | 30 MBit/s | 98 MBit/s | iperf example | 15575346
> TCP 接收数据 | 20 MBit/s | 73 MBit/s | iperf example | 15575346
> TCP 发送数据 | 20 MBit/s | 83 MBit/s | iperf example | 15575346

使用 iperf example 测试吞吐量时，sdkconfig 是 examples/wifi/iperf/sdkconfig.defaults.esp32s3。

## Wi-Fi 80211 数据包发送

`esp_wifi_80211_tx()` API 可用于：

> - 发送 beacon、probe request、probe response 和 action 帧。

> - 发送非 QoS 数据帧。

不能用于发送加密或 QoS 帧。

### 使用 `esp_wifi_80211_tx()` 的前提条件

> - Wi-Fi 模式为 station 模式，AP 模式，或 station/AP 共存模式。

> - API esp_wifi_set_promiscuous(true) 或 `esp_wifi_start()`，或者二者都返回 `ESP_OK`。这是为确保在调用函数 `esp_wifi_80211_tx()` 前，Wi-Fi 硬件已经初始化。对于 ESP32-S3，esp_wifi_set_promiscuous(true) 和 `esp_wifi_start()` 都可以触发 Wi-Fi 硬件初始化。

> - 提供正确的 `esp_wifi_80211_tx()` 参数。

### 传输速率

> - 默认传输速率为 1 Mbps。

> - 可以通过函数 `esp_wifi_config_80211_tx_rate()` 设置任意速率。

> - 可以通过函数 `esp_wifi_set_bandwidth()` 设置任意带宽。

### 在不同情况下需要避免的副作用

理论上，如果不考虑 API 对 Wi-Fi 驱动程序或其他 station 或 AP 的副作用，可以通过空中发送一个原始的 802.11 数据包，包括任何目的地址的 MAC、任何源地址的 MAC、任何 BSSID、或任何其他类型的数据包。但是，一个具有强健、有用的应用程序应该避免这种副作用。下表针对如何避免 `esp_wifi_80211_tx()` 的副作用提供了一些提示或建议。

场景 | 描述
--- | ---
无 Wi-Fi 连接 | 在这种情况下，因为没有 Wi-Fi 连接，Wi-Fi 驱动程序不会受到副作用影响。如果 `en_sys_seq==true`，则 Wi-Fi 驱动程序负责序列控制。如果 `en_sys_seq==false`，应用程序需要确保缓冲区的序列正确。 理论上，MAC 地址可以是任何地址。但是，这样可能会影响其他使用相同 MAC/BSSID 的 station/AP。 例如，AP 模式下，应用程序调用函数 `esp_wifi_80211_tx()` 发送带有 BSSID == mac_x 的 beacon，但是 mac_x 并非 AP 接口的 MAC。而且，还有另一个 AP（我们称之为 “other-AP”）的 bssid 是 mac_x。因此，连接到 “other-AP” 的 station 无法分辨 beacon 来自 “other-AP” 还是 `esp_wifi_80211_tx()`，就会出现 “意外行为”。 为了避免上述副作用，我们建议： 如果在 station 模式下调用函数 `esp_wifi_80211_tx()`，第一个 MAC 应该是组播 MAC 或是目标设备的 MAC，第二个 MAC 应该是 station 接口的 MAC。 如果在 AP 模式下调用函数 `esp_wifi_80211_tx()`，第一个 MAC 应该是组播 MAC 或是目标设备的 MAC，第二个 MAC 应该是 AP 接口的 MAC。 上述建议仅供避免副作用，在有充分理由的情况下可以忽略。
有 Wi-Fi 连接 | 当 Wi-Fi 已连接，且序列由应用程序控制，应用程序可能会影响整个 Wi-Fi 连接的序列控制。 因此，en_sys_seq 要为 true，否则将返回 `ESP_ERR_INVALID_ARG`。 “无 Wi-Fi 连接”情况下的 MAC 地址建议也适用于此情况。 如果 Wi-Fi 模式是 station 模式，MAC 的地址 1 是 station 所连 AP 的 MAC，地址 2 是 station 接口的 MAC，那么就称数据包是从 station 发送到 AP。另一方面，如果 Wi-Fi 模式是 AP 模式，且 MAC 地址 1 是该 AP 所连 station 的 MAC，地址 2 是 AP 接口的 MAC，那么就称数据包是从 AP 发送到 station。为避免与 Wi-Fi 连接冲突，可采用以下检查方法： 如果数据包类型是数据，且是从 station 发送到 AP，IEEE 802.11 Frame control 字段中的 ToDS 位应该为 1，FromDS 位为 0。否则，Wi-Fi 驱动程序将丢弃该数据包。 如果数据包类型是数据，且是从 AP 发送到 station，IEEE 802.11 Frame control 字段中的 ToDS 位应该为 0，FromDS 位为 1。否则，Wi-Fi 驱动程序将丢弃该数据包。 如果数据包是从 station 发送到 AP，或从 AP 到 station，Power Management、More Data 和 Re-Transmission 位应该为 0。否则，Wi-Fi 驱动程序将丢弃该数据包。 如果任何检查失败，将返回 `ESP_ERR_INVALID_ARG`。

## Wi-Fi Sniffer 模式

Wi-Fi Sniffer 模式可以通过 `esp_wifi_set_promiscuous()` 使能。如果使能 Sniffer 模式， 可以 向应用程序转储以下数据包。

> - 802.11 管理帧

> - 802.11 数据帧，包括 MPDU、AMPDU、AMSDU 等

> - 802.11 MIMO 帧，Sniffer 模式仅转储 MIMO 帧的长度。

> - 802.11 控制帧

> - 802.11 CRC 错误帧

不可以 向应用程序转储以下数据包。

> - 802.11 其它错误帧

对于 Sniffer 模式 可以 转储的帧，应用程序可以另外使用 `esp_wifi_set_promiscuous_filter()` 和 `esp_wifi_set_promiscuous_ctrl_filter()` 决定筛选哪些特定类型的数据包。应用程序默认筛选所有 802.11 数据和管理帧。如果你想要筛选 802.11 控制帧，`esp_wifi_set_promiscuous_filter()` 中的 filter 参数需要包含 “WIFI_PROMIS_FILTER_MASK_CTRL” 类型， 如果你想进一步区分 802.11 控制帧，那么调用 `esp_wifi_set_promiscuous_ctrl_filter()`。

可以在 WIFI_MODE_NULL、WIFI_MODE_STA、WIFI_MODE_AP、WIFI_MODE_APSTA 等 Wi-Fi 模式下使能 Wi-Fi Sniffer 模式。也就是说，当 station 连接到 AP，或者 AP 有 Wi-Fi 连接时，就可以使能。请注意，Sniffer 模式对 station/AP Wi-Fi 连接的吞吐量有 很大影响。通常，除非有特别原因，当 station/AP Wi-Fi 连接出现大量流量，不应使能。

该模式下还应注意回调函数 `wifi_promiscuous_cb_t` 的使用。该回调将直接在 Wi-Fi 驱动程序任务中进行，所以如果应用程序需处理大量过滤的数据包，建议在回调中向应用程序任务发布一个事件，把真正的工作推迟到应用程序任务中完成。

## Wi-Fi 多根天线

具体请参考 PHY。

## Wi-Fi 信道状态信息

信道状态信息 (CSI) 是指 Wi-Fi 连接的信道信息。ESP32-S3 中，CSI 由子载波的信道频率响应组成，CSI 从发送端接收数据包时开始估计。每个子载波信道频率响由两个字节的有符号字符记录，第一个字节是虚部，第二个字节是实部。根据接收数据包的类型，信道频率响应最多有三个字段。分别是 LLTF、HT-LTF 和 STBC-HT-LTF。对于在不同状态的信道上接收到的不同类型的数据包，CSI 的子载波索引和总字节数如下表所示。

信道 | 辅助信道 |  | 下 | 上
数据包信息 | 信号模式 | 非 HT | HT | 非 HT | HT | 非 HT | HT
信道带宽 | 20 MHz | 20 MHz | 20 MHz | 20 MHz | 40 MHz | 20 MHz | 20 MHz | 40 MHz
STBC | 非 STBC | 非 STBC | STBC | 非 STBC | 非 STBC | STBC | 非 STBC | STBC | 非 STBC | 非 STBC | STBC | 非 STBC | STBC
子载波索引 | LLTF | 0~31,-32~-1 | 0~31,-32~-1 | 0~31,-32~-1 | 0~63 | 0~63 | 0~63 | 0~63 | 0~63 | -64~-1 | -64~-1 | -64~-1 | -64~-1 | -64~-1
HT-LTF | — | 0~31,-32~-1 | 0~31,-32~-1 | — | 0~63 | 0~62 | 0~63,-64~-1 | 0~60,-60~-1 | — | -64~-1 | -62~-1 | 0~63,-64~-1 | 0~60,-60~-1
STBC-HT-LTF | — | — | 0~31,-32~-1 | — | — | 0~62 | — | 0~60,-60~-1 | — | — | -62~-1 | — | 0~60,-60~-1
总字节数 | 128 | 256 | 384 | 128 | 256 | 380 | 384 | 612 | 128 | 256 | 376 | 384 | 612

表中的所有信息可以在 wifi_csi_info_t 结构中找到。

> - 辅助信道指 rx_ctrl 字段的 secondary_channel 字段。

> - 数据包的信号模式指 rx_ctrl 字段的 sig_mode 字段。

> - 信道带宽指 rx_ctrl 字段中的 cwb 字段。

> - STBC 指 rx_ctrl 字段的 stbc 字段。

> - 总字节数指 len 字段。

> - 每个长训练字段 (LTF) 类型对应的 CSI 数据存储在从 buf 字段开始的缓冲区中。每个元素以两个字节的形式存储：虚部和实部。每个元素的顺序与表中的子载波相同。LTF 的顺序是 LLTF、HT-LTF 和 STBC-HT-LTF。但是，根据信道和数据包的信息，3 个 LTF 可能都不存在（见上文）。

> - 如果 `wifi_csi_info_t` 的 first_word_invalid 字段为 true，表示由于 ESP32-S3 的硬件限制，CSI 数据的前四个字节无效。

> - 更多信息，如 RSSI、射频底噪声、接收时间及天线，请参见 rx_ctrl 字段。

子载波的虚部和实部的使用请参考下表。

PHY 标准 | 子载波范围 | 导频子载波 | 子载波个数（总数/数据子载波）
--- | --- | --- | ---
802.11a/g | -26 to +26 | -21, -7, +7, +21 | 52 total, 48 usable
802.11n, 20 MHz | -28 to +28 | -21, -7, +7, +21 | 56 total, 52 usable
802.11n, 40 MHz | -57 to +57 | -53, -25, -11, +11, +25, +53 | 114 total, 108 usable

备注

- 对于 STBC 数据包，每个空时流都提供了 CSI，不会出现 CSD（循环移位延迟）。由于附加链上的每一次循环移位为 -200 ns，因为子载波 0 中没有信道频率响应，在 HT-LTF 和 STBC-HT-LTF 中只记录第一空时流的 CSD 角度。CSD[10:0] 是 11 位，范围从 -pi 到 pi。

- 如果调用 API `esp_wifi_set_csi_config()` 没有使能 LLTF、HT-LTF 或 STBC-HT-LTF，则 CSI 数据的总字节数会比表中的少。例如，如果没有使能 LLTF 和 HT-LTF，而使能 STBC-HT-LTF，当接收到上述条件、HT、40 MHz 或 STBC 的数据包时，CSI 数据的总字节数为 244（(61+60)*2+2=244，结果对齐为四个字节，最后两个字节无效）。

## Wi-Fi 信道状态信息配置

要使用 Wi-Fi CSI，需要执行以下步骤。

> - 在菜单配置中选择 Wi-Fi CSI。方法是 `Menuconfig` > `Components config` > `Wi-Fi` > `Wi-Fi CSI (Channel State Information)`。

> - 调用 API `esp_wifi_set_csi_rx_cb()` 设置 CSI 接收回调函数。

> - 调用 API `esp_wifi_set_csi_config()` 配置 CSI。

> - 调用 API `esp_wifi_set_csi()` 使能 CSI。

CSI 接收回调函数从 Wi-Fi 任务中运行。因此，不要在回调函数中进行冗长的操作。可以将需要的数据发布到队列中，并从一个较低优先级的任务中处理。由于 station 在断开连接时不会收到任何数据包，只有在连接时才会收到来自 AP 的数据包，因此建议通过调用函数 `esp_wifi_set_promiscuous()` 使能 Sniffer 模式接收更多 CSI 数据。

## Wi-Fi HT20/40

ESP32-S3 支持 Wi-Fi 带宽 HT20 或 HT40，不支持 HT20/40 共存，调用函数 `esp_wifi_set_bandwidth()` 可改变 station/AP 的默认带宽。ESP32-S3 station 和 AP 的默认带宽为 HT40。

station 模式下，实际带宽首先在 Wi-Fi 连接时协商。只有当 station 和所连 AP 都支持 HT40 时，带宽才为 HT40，否则为 HT20。如果所连的 AP 的带宽发生变化，则在不断开 Wi-Fi 连接的情况下再次协商实际带宽。

同样，在 AP 模式下，在 AP 与所连 station 协商实际带宽。如果 AP 和其中一个 station 支持 HT40， 则为 HT40， 否则为 HT20。

在 station/AP 共存模式下，station 和 AP 都可独立配置为 HT20/40。如果 station 和 AP 都协商为 HT40，由于 ESP32-S3 中，station 的优先级总高于 AP，HT40 信道是 station 的信道。例如，AP 的配置带宽为 HT40，配置的主信道为 6，配置的辅助信道为 10。如果，station 所连路由器的主信道为 6、辅助信道为 2，AP 的实际信道将自动更改为主 6 和辅 2。

理论上，HT40 可以获得更大的吞吐量，因为 HT40 的最大原始 PHY 数据速率为 150 Mbps，而 HT20 为 72 Mbps。但是，如果设备在某些特殊环境中使用，例如，ESP32-S3 周围其他 Wi-Fi 设备过多，HT40 的性能可能会降低。因此，如果应用程序需要支持相同或类似的情况，建议始终将带宽配置为 HT20。

## Wi-Fi QoS

ESP32-S3 支持 WFA Wi-Fi QoS 认证所要求的所有必备功能。

Wi-Fi 协议中定义了四个 AC（访问类别），每个 AC 有各自的优先级访问 Wi-Fi 信道。此外，还定义了映射规则以映射其他协议的 QoS 优先级，例如 802.11D 或 TCP/IP 到 Wi-Fi AC。

下表描述 ESP32-S3 中 IP 优先级如何映射到 Wi-Fi AC，还指明此 AC 是否支持 AMPDU。该表按优先级降序排列，即 AC_VO 拥有最高优先级。

IP 优先级 | Wi-Fi AC | 是否支持 AMPDU
--- | --- | ---
6, 7 | AC_VO (Voice) | 否
4, 5 | AC_VI (Video) | 是
3, 0 | AC_BE (Best Effort) | 是
1, 2 | AC_BK (Background) | 是

应用程序可以通过套接字选项 IP_TOS 配置 IP 优先级使用 QoS 功能。下面是使套接字使用 VI 队列的示例:

    const int ip_precedence_vi = 4;
    const int ip_precedence_offset = 5;
    int priority = (ip_precedence_vi << ip_precedence_offset);
    setsockopt(socket_id, IPPROTO_IP, IP_TOS, &priority, sizeof(priority));

理论上，高优先级的 AC 比低优先级 AC 具有更好的性能，但并非总是如此，下面是一些关于如何使用 Wi-Fi QoS 的建议：

> - 可以把一些真正重要的应用程序流量放到 AC_VO 队列中。避免通过 AC_VO 队列发送大流量。一方面，AC_VO 队列不支持 AMPDU，如果流量很大，性能不会优于其他队列。另一方面，可能会影响同样使用 AC_VO 队列的管理帧。

> - 避免使用 AMPDU 支持的、两个以上的不同优先级，比如 socket A 使用优先级 0，socket B 使用优先级 1，socket C 使用优先级 2。因为可能需要更多的内存，不是好的设计。具体来说，Wi-Fi 驱动程序可能会为每个优先级生成一个 Block Ack 会话，如果设置了 Block Ack 会话，则需要更多内存。

## Wi-Fi AMSDU

ESP32-S3 支持接收和发送 AMSDU。开启 AMSDU 发送比较消耗内存，默认不开启 AMSDU 发送。可通过选项 CONFIG_ESP_WIFI_AMSDU_TX_ENABLED 使能 AMSDU 发送功能， 但是使能 AMSDU 发送依赖于 CONFIG_SPIRAM 。

## Wi-Fi 分片

ESP32-S3 支持 Wi-Fi 接收和发送分片。

## WPS 注册

在 Wi-Fi 模式 WIFI_MODE_STA 或 WIFI_MODE_APSTA 下，ESP32-S3 支持 WPS 注册功能。目前，ESP32-S3 支持的 WPS enrollee 类型有 PBC 和 PIN。

## Wi-Fi 缓冲区使用情况

本节只介绍动态缓冲区配置。

### 缓冲区配置的重要性

为了获得一个具有强健、高性能的系统，我们需要非常谨慎地考虑内存的使用或配置情况，因为：

> - ESP32-S3 的可用内存有限。

> - 目前，LwIP 和 Wi-Fi 驱动程序中默认的缓冲区类型是“动态”，意味着 LwIP 和 Wi-Fi 都与应用程序共享内存。程序员应该时刻牢记这一点，否则将面临如“堆内存耗尽”等的内存问题。

> - “堆耗尽”情况非常危险，会导致 ESP32-S3 出现“未定义行为”。因此，应该为应用程序预留足够的堆内存，防止耗尽。

> - Wi-Fi 的吞吐量很大程度上取决于与内存相关的配置，如 TCP 窗口大小、Wi-Fi 接收/发送数据动态缓冲区数量等。

> - ESP32-S3 LwIP/Wi-Fi 可能使用的堆内存峰值取决于许多因素，例如应用程序可能拥有的最大 TCP/UDP 连接等。

> - 在考虑内存配置时，应用程序所需的总内存也是一个重要因素。

由于这些原因，不存在一个适合所有应用程序的配置。相反，我们必须为每个不同的应用程序考虑不同的内存配置。

### 动态与静态缓冲区

Wi-Fi 驱动程序中默认的缓存类型是“动态”。大多数情况下，动态缓冲区可以极大地节省内存。但是因为应用程序需要考虑 Wi-Fi 的内存使用情况，会给应用程序编程造成一定的难度。

lwIP 还在 TCP/IP 层分配缓冲区，这种缓冲区分配也是动态的。具体内容，见 lwIP 文档内存使用和性能部分。

### Wi-Fi 动态缓冲区峰值

Wi-Fi 驱动程序支持多种类型的缓冲区（参考 Wi-Fi 缓冲区配置 ）。但本节只介绍 Wi-Fi 动态缓冲的使用方法 Wi-Fi 使用的堆内存峰值是 Wi-Fi 驱动程序 理论上消耗的最大内存。通常，该内存峰值取决于：

- \(b_{rx}\) 配置的动态接收数据缓冲区数

- \(b_{tx}\) 配置的动态发送数据缓冲区数

- \(m_{rx}\) Wi-Fi 驱动程序可以接收的最大数据包

- \(m_{tx}\) Wi-Fi 驱动程序可以发送的最大数据包

因此，Wi-Fi 驱动程序消耗的内存峰值（\(p\)）可以用下面的公式计算：

\[p = (b_{rx} * m_{rx}) + (b_{tx} * m_{tx})\]

一般情况下，不需要关心动态发送数据长缓冲区和超长缓冲区，因为它们是管理帧，对系统的影响很小。

## 如何提高 Wi-Fi 性能

ESP32-S3 Wi-Fi 的性能受许多参数的影响，各参数之间存在相互制约。如果配置得合理，不仅可以提高性能，还可以增加应用程序的可用内存，提高稳定性。

在本节中，我们将简单介绍 Wi-Fi/LWIP 协议栈的工作模式，并说明各个参数的作用。我们将推荐几种配置等级，你可以根据使用场景选择合适的等级。

### 协议栈工作模式

ESP32-S3 数据路径

ESP32-S3 协议栈分为四层，分别为应用层、LWIP 层、Wi-Fi 层和硬件层。

> - 在接收过程中，硬件将接收到的数据包放入 DMA 缓冲区，然后依次传送到 Wi-Fi 的接收数据缓冲区、LWIP 的接收数据缓冲区进行相关协议处理，最后传送到应用层。Wi-Fi 的接收数据缓冲区和 LWIP 的接收数据缓冲区默认共享同一个缓冲区。也就是说，Wi-Fi 默认将数据包转发到 LWIP 作为参考。

> - 在发送过程中，应用程序首先将要发送的消息复制到 LWIP 层的发送数据缓冲区，进行 TCP/IP 封装。然后将消息发送到 Wi-Fi 层的发送数据缓冲区进行 MAC 封装，最后等待发送。

### 参数

适当增加上述缓冲区的大小或数量，可以提高 Wi-Fi 性能，但同时，会减少应用程序的可用内存。下面我们将介绍你需要配置的参数：

接收数据方向：

> - CONFIG_ESP_WIFI_STATIC_RX_BUFFER_NUM

>     该参数表示硬件层的 DMA 缓冲区数量。提高该参数将增加发送方的一次性接收吞吐量，从而提高 Wi-Fi 协议栈处理突发流量的能力。

> - CONFIG_ESP_WIFI_DYNAMIC_RX_BUFFER_NUM

>     该参数表示 Wi-Fi 层中接收数据缓冲区的数量。提高该参数可以增强数据包的接收性能。该参数需要与 LWIP 层的接收数据缓冲区大小相匹配。

> - CONFIG_ESP_WIFI_RX_BA_WIN

>     该参数表示接收端 AMPDU BA 窗口的大小，应配置为 CONFIG_ESP_WIFI_STATIC_RX_BUFFER_NUM 和 CONFIG_ESP_WIFI_DYNAMIC_RX_BUFFER_NUM 的二倍数值中较小的数值。

> - CONFIG_LWIP_TCP_WND_DEFAULT

>     该参数表示 LWIP 层用于每个 TCP 流的接收数据缓冲区大小，应配置为 WIFI_DYNAMIC_RX_BUFFER_NUM (KB) 的值，从而实现高稳定性能。同时，在有多个流的情况下，应相应降低该参数值。

发送数据方向：

> - CONFIG_ESP_WIFI_TX_BUFFER

>     该参数表示发送数据缓冲区的类型，建议配置为动态缓冲区，该配置可以充分利用内存。

> - CONFIG_ESP_WIFI_DYNAMIC_TX_BUFFER_NUM

>     该参数表示 Wi-Fi 层发送数据缓冲区数量。提高该参数可以增强数据包发送的性能。该参数值需要与 LWIP 层的发送数据缓冲区大小相匹配。

> - CONFIG_LWIP_TCP_SND_BUF_DEFAULT

>     该参数表示 LWIP 层用于每个 TCP 流的发送数据缓冲区大小，应配置为 WIFI_DYNAMIC_TX_BUFFER_NUM (KB) 的值，从而实现高稳定性能。在有多个流的情况下，应相应降低该参数值。

通过在 IRAM 中放置代码优化吞吐量：

缓存：

> - CONFIG_ESP32S3_INSTRUCTION_CACHE_SIZE

>     配置指令缓存的大小。

> - CONFIG_ESP32S3_INSTRUCTION_CACHE_LINE_SIZE

>     配置指令缓存总线的宽度。

> - CONFIG_ESP32S3_ICACHE_ASSOCIATED_WAYS

>     配置指令缓存相连方式.

> - CONFIG_ESP32S3_DATA_CACHE_SIZE

>     配置数据缓存的大小.

> - CONFIG_ESP32S3_DATA_CACHE_LINE_SIZE

>     配置数据缓存行大小.

> - CONFIG_ESP32S3_DCACHE_ASSOCIATED_WAYS

>     配置数据缓存相连方式.

备注

上述的缓冲区大小固定为 1.6 KB。

### 如何配置参数

ESP32-S3 的内存由协议栈和应用程序共享。

在这里，我们给出了几种配置等级。在大多数情况下，应根据应用程序所占用内存的大小，选择合适的等级进行参数配置。

下表中未提及的参数应设置为默认值。

等级 | Iperf | 默认 | 最小
--- | --- | --- | ---
可用内存 (KB) | 133.9 | 183.9 | 273.6
WIFI_STATIC_RX_BUFFER_NUM | 24 | 8 | 3
WIFI_DYNAMIC_RX_BUFFER_NUM | 64 | 32 | 6
WIFI_DYNAMIC_TX_BUFFER_NUM | 64 | 32 | 6
WIFI_RX_BA_WIN | 32 | 16 | 6
TCP_SND_BUF_DEFAULT (KB) | 64 | 32 | 6
TCP_WND_DEFAULT (KB) | 64 | 32 | 6
WIFI_IRAM_OPT | 开启 | 开启 | 开启
WIFI_RX_IRAM_OPT | 开启 | 开启 | 开启
LWIP_IRAM_OPTIMIZATION | 开启 | 开启 | 关闭
INSTRUCTION_CACHE | 32 | 32 | 16
INSTRUCTION_CACHE_LINE | 32 | 32 | 32
INSTRUCTION_CACHE_WAYS | 8 | 8 | 4
TCP 发送数据吞吐量 (Mbit/s) | 83.93 | 64.28 | 23.17
TCP 接收数据吞吐量 (Mbit/s) | 73.98 | 60.39 | 18.11
UDP 发送数据吞吐量 (Mbit/s) | 98.69 | 96.28 | 48.78
UDP 接收数据吞吐量 (Mbit/s) | 88.58 | 86.57 | 59.45

备注

以上结果使用华硕 RT-N66U 路由器，在屏蔽箱中进行单流测试得出。 ESP32-S3 的 CPU 为双核，频率为 240 MHz，flash 为 QIO 模式，频率为 80 MHz。

等级：

> - Iperf 等级

>     ESP32-S3 极端性能等级，用于测试极端性能。

> - 默认等级

>     ESP32-S3 的默认配置等级、兼顾可用内存和性能。

> - 最小等级

>     ESP32-S3 的最小配置等级。协议栈只使用运行所需的内存。适用于对性能没有要求，而应用程序需要大量内存的场景。

### 使用 PSRAM

PSRAM 一般在应用程序占用大量内存时使用。在该模式下，CONFIG_ESP_WIFI_TX_BUFFER 被强制为静态。CONFIG_ESP_WIFI_STATIC_TX_BUFFER_NUM 表示硬件层 DMA 缓冲区数量，提高这一参数可以增强性能。 以下是使用 PSRAM 时的推荐等级。

四线 PSRAM：

> 等级 | Iperf | 默认 | 节省内存 | 最小
> --- | --- | --- | --- | ---
> 可用内存 (KB) | 50.3 | 158.7 | 198.2 | 228.9
> WIFI_STATIC_RX_BUFFER_NUM | 24 | 8 | 6 | 4
> WIFI_DYNAMIC_RX_BUFFER_NUM | 85 | 64 | 32 | 32
> WIFI_STATIC_TX_BUFFER_NUM | 32 | 32 | 6 | 4
> WIFI_RX_BA_WIN | 32 | 16 | 12 | 禁用
> TCP_SND_BUF_DEFAULT (KB) | 85 | 32 | 32 | 32
> TCP_WND_DEFAULT (KB) | 85 | 32 | 32 | 32
> WIFI_IRAM_OPT | 开启 | 开启 | 开启 | 关闭
> WIFI_RX_IRAM_OPT | 开启 | 开启 | 关闭 | 关闭
> LWIP_IRAM_OPTIMIZATION | 开启 | 关闭 | 关闭 | 关闭
> LWIP_UDP_RECVMBOX_SIZE | 16 | 16 | 16 | 16
> INSTRUCTION_CACHE | 32 | 16 | 16 | 16
> INSTRUCTION_CACHE_LINE | 32 | 16 | 16 | 16
> INSTRUCTION_CACHE_WAYS | 8 | 8 | 8 | 8
> DATA_CACHE | 64 | 16 | 16 | 16
> DATA_CACHE_LINE | 32 | 32 | 32 | 32
> DATA_CACHE_WAYS | 8 | 8 | 8 | 8
> TCP 发送数据吞吐量 (Mbit/s) | 93.1 | 62.5 | 41.3 | 42.7
> TCP 接收数据吞吐量 (Mbit/s) | 88.9 | 46.5 | 46.2 | 37.9
> UDP 发送数据吞吐量 (Mbit/s) | 106.4 | 106.2 | 60.7 | 50
> UDP 接收数据吞吐量 (Mbit/s) | 99.8 | 92.6 | 94.3 | 53.3

八线 PSRAM：

> 等级 | Iperf | 默认 | 节省内存 | 最小
> --- | --- | --- | --- | ---
> 可用内存 (KB) | 49.1 | 151.3 | 215.3 | 243.6
> WIFI_STATIC_RX_BUFFER_NUM | 24 | 8 | 6 | 4
> WIFI_DYNAMIC_RX_BUFFER_NUM | 85 | 64 | 32 | 32
> WIFI_STATIC_TX_BUFFER_NUM | 32 | 32 | 6 | 4
> WIFI_RX_BA_WIN | 32 | 16 | 12 | 禁用
> TCP_SND_BUF_DEFAULT (KB) | 85 | 32 | 32 | 32
> TCP_WND_DEFAULT (KB) | 85 | 32 | 32 | 32
> WIFI_IRAM_OPT | 开启 | 开启 | 开启 | 关闭
> WIFI_RX_IRAM_OPT | 开启 | 开启 | 关闭 | 关闭
> LWIP_IRAM_OPTIMIZATION | 开启 | 关闭 | 关闭 | 关闭
> LWIP_UDP_RECVMBOX_SIZE | 16 | 16 | 16 | 16
> INSTRUCTION_CACHE | 32 | 16 | 16 | 16
> INSTRUCTION_CACHE_LINE | 32 | 16 | 16 | 16
> INSTRUCTION_CACHE_WAYS | 8 | 8 | 8 | 8
> DATA_CACHE | 64 | 16 | 16 | 16
> DATA_CACHE_LINE | 32 | 32 | 32 | 32
> DATA_CACHE_WAYS | 8 | 8 | 8 | 8
> TCP 发送数据吞吐量 (Mbit/s) | 93.3 | 58.4 | 37.1 | 35.6
> TCP 接收数据吞吐量 (Mbit/s) | 86.1 | 43.6 | 42.5 | 35
> UDP 发送数据吞吐量 (Mbit/s) | 104.7 | 82.2 | 60.4 | 47.9
> UDP 接收数据吞吐量 (Mbit/s) | 104.6 | 104.8 | 104 | 55.7

## Wi-Fi Menuconfig

### Wi-Fi 缓冲区配置

如果要修改默认的缓冲区数量或类型，最好也了解缓冲区在数据路径中如何分配或释放。下图显示了发送数据方向的过程。

TX Buffer Allocation

描述：

> - 应用程序分配需要发送的数据。

> - 应用程序调用 TCPIP 或套接字相关的 API 发送用户数据。这些 API 会分配一个在 LwIP 中使用的 PBUF，并复制用户数据。

> - 当 LwIP 调用 Wi-Fi API 发送 PBUF 时，Wi-Fi API 会分配一个“动态发送数据缓冲区”或“静态发送数据缓冲区”，并复制 LwIP PBUF，最后发送数据。

下图展示了如何在接收数据方向分配或释放缓冲区：

接收数据缓冲区分配

描述：

> - Wi-Fi 硬件在空中接收到数据包后，将数据包内容放到“静态接收数据缓冲区”，也就是“接收数据 DMA 缓冲区”。

> - Wi-Fi 驱动程序分配一个“动态接收数据缓冲区”、复制“静态接收数据缓冲区”，并将“静态接收数据缓冲区”返回给硬件。

> - Wi-Fi 驱动程序将数据包传送到上层 (LwIP)，并分配一个 PBUF 用于存放“动态接收数据缓冲区”。

> - 应用程序从 LwIP 接收数据。

下表是 Wi-Fi 内部缓冲区的配置情况。

缓冲区类型 | 分配类型 | 默认 | 是否可配置 | 描述
--- | --- | --- | --- | ---
静态接收数据缓冲区（硬件接收数据缓冲区） | 静态 | 10 * 1600 Bytes | 是 | 这是一种 DMA 内存，在函数 `esp_wifi_init()` 中初始化，在函数 `esp_wifi_deinit()` 中释放。 该缓冲区形成硬件接收列表。当通过空中接收到一个帧时，硬件将该帧写入缓冲区，并向 CPU 发起一个中断。然后，Wi-Fi 驱动程序从缓冲区中读取内容，并将缓冲区返回到列表中。 如果应用程序希望减少 Wi-Fi 静态分配的内存，可以将该值从 10 减少到 6， 从而节省 6400 Bytes 的内存。除非禁用 AMPDU 功能，否则不建议将该值降低到 6 以下。
动态接收数据缓冲区 | 动态 | 32 | 是 | 缓冲区的长度可变，取决于所接收帧的长度。当 Wi-Fi 驱动程序 从“硬件接收数据缓冲区”接收到一帧时，需要从堆中分配“动态接收数据缓冲区”。在 Menuconfig 中配置的“动态接收数据缓冲区” 数量用来限制未释放的“动态接收数据缓冲区”总数量。
动态发送数据缓冲区 | 动态 | 32 | 是 | 这是一种 DMA 内存，位于堆内存中。当上层 (LwIP) 向 Wi-Fi 驱动程序发送数据包时，该缓冲区首先分配一个“动态发送数据缓 冲区”，并复制上层缓冲区。 动态发送数据缓冲区和静态发送数据缓冲区相互排斥。
静态发送数据缓冲区 | 静态 | 16 * 1600 Bytes | 是 | 这是一种 DMA 内存，在函数 `esp_wifi_init()` 中初始化，在函数 `esp_wifi_deinit()` 中释放。 当上层 (LwIP) 向 Wi-Fi 驱动程序发送数据包时，该缓冲区首先 分配一个“静态发送数据缓冲区”，并复制上层缓冲区。 动态发送数据缓冲区和静态发送数据缓冲区相互排斥。 由于发送数据缓冲区必须是 DMA 缓冲区，所以当使能 PSRAM 时，发送数据缓冲区必须是静态的。
管理短缓冲区 | 动态 | 8 | 否 | Wi-Fi 驱动程序的内部缓冲区。
管理长缓冲区 | 动态 | 32 | 否 | Wi-Fi 驱动程序的内部缓冲区。
管理超长缓冲区 | 动态 | 32 | 否 | Wi-Fi 驱动程序的内部缓冲区。

### Wi-Fi NVS Flash

如果使能 Wi-Fi NVS flash，所有通过 Wi-Fi API 设置的 Wi-Fi 配置都会被存储到 flash 中，Wi-Fi 驱动程序在下次开机或重启时将自动加载这些配置。但是，应用程序可视情况禁用 Wi-Fi NVS flash，例如：其配置信息不需要存储在非易失性内存中、其配置信息已安全备份，或仅出于某些调试原因等。

### Wi-Fi AMPDU

ESP32-S3 同时支持接收和发送 AMPDU，AMPDU 可以大大提高 Wi-Fi 的吞吐量。

通常，应使能 AMPDU。禁用 AMPDU 通常用于调试目的。

## 故障排除

请见 乐鑫 Wireshark 使用指南。

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