Esp8266 进阶之路26【高级篇】RTOS移植分析 MQTT 实现过程，实现移植 MQTT协议在 esp8266 rtos实时系统，可断线重连。（附带Demo）

  • 本系列博客学习由非官方人员 半颗心脏 潜心所力所写，仅仅做个人技术交流分享，不做任何商业用途。如有不对之处，请留言，本人及时更改。

1、 Esp8266之 搭建开发环境，开始一个“hellow world”串口打印。
2、 Esp8266之 利用GPIO开始使用按钮点亮你的“第一盏灯”。
3、 Esp8266之 利用 "软件定时器 " 定时0.5秒闪烁点亮一盏LED。
4 、Esp8266之 了解PWM，更为深入地用PWM控制一盏LED的亮度变化。
5 、Esp8266之 原生乐鑫SDK高级使用之封装Post与Get请求云端，拿到“天气预报信息”。
6 、Esp8266之 了解 SmartConfig与Airkiss一键配网，给8266配网上云端。无需把wifi名字密码写在固件里。
7 、Esp8266之 了解 softAP热点配网模式原理，仿“机智云”定义自己的热点配网模式协议。
8、 Esp8266之 你要找的8266作为UDP、TCP客户端或服务端的角色通讯，都在这了。
9、 Esp8266进阶之路第1篇： [小实战上篇]Windows系统搭建8266的本地Mqtt服务器，局域网点亮一盏LED灯。
10、 Esp8266进阶之路第2篇： [小实战下篇]Windows系统搭建8266的本地Mqtt服务器，局域网点亮一盏LED灯。
11、 Esp8266进阶之路第3篇： 8266接入阿里智能，点亮一盏LED灯，期待天猫精灵语音控制的不约而至！
12、 Esp8266进阶之路第4篇： 图文并茂学习阿里云主机搭建8266MQTT服务器，实现移动网络远程控制一盏LED。
13、 Esp8266进阶之路第5篇： 动手做个8266毕设小案例，smartConfig + MQTT协议轻松实现远程控制一盏LED。
14、 Esp8266进阶之路第6篇： esp8266的 FreeRtos系统学习的正确姿势 ------ 环境搭建、烧录。
15、 Esp8266进阶之路第7篇： esp8266的 物联网又一股清流，8266接入阿里云平台非阿里智能的SDS服务，点亮一盏LED灯。
16、 Esp8266进阶之路第8篇： esp8266的 基于Nonos移植红外线H1838，实现红外遥控器配网，远程控制一盏灯。
17、 Esp8266进阶之路第9篇： esp8266自研的快速上电开关五次 (开-关为一次) ，无需按键触发则8266进去一键配网模式。
18、 Esp8266进阶之路第10篇： esp8266 基于NONOS 实现 OTA 远程升级，实现无线“ 热修复 ”升级固件程序。
19、 Esp8266进阶之路第11篇： esp8266驱动 ds18b20、dht11 温湿度传感器，采集温湿度传感器到服务器。
20、 Esp8266进阶之路第12篇： 深入学习esp8266的esp now模式，仿机智云做一个小网关，实现无需网络下轻松彼此连接通讯交互数据。
21、 Esp8266进阶之路第13篇： 浅谈 esp8266 如何在本地局域网网络情况下实现最大效率地和前端实现数据交互。
22、 Esp8266进阶之路第14篇： esp8266的工程如何添加第三方静态库文件以及如何自定义文件夹，聊聊那些makeFile的事。。
23、 Esp8266进阶之路第15篇： 再来一波 esp8266 基于 freeRtos系统连接自己私有的服务器实现OTA远程升级，接触下 lwip的基本知识。。
24、 Esp8266进阶之路第16篇： 渗透学习回顾下esp8266的外置spi芯片25q系列，熟悉8266代码块在其的分布，得心应手放置图片或其他资料。
25、 Esp8266进阶之路第17篇： 深聊下esp8266的串口 Uart 通讯中断编程，为您准备好了 NONOS 版本 和 RTOS 系统的串口驱动文件。
26、 Esp8266进阶之路第18篇： RTOS分析 MQTT 实现过程，实现移植 MQTT协议在 esp8266 rtos实时系统，可断线重连。
27、 Esp8266进阶之路第19篇： 跟紧脚步，用VisualStudio Code开发 esp8266 rtos SDK v3.0版本，全新的 idf 框架，节省内存模块化开发。
28、 Esp8266进阶之路第20篇： 教你轻松自如使用cJson在乐鑫 esp8266 如何解析一段json数据以及如何生成一段json数据。
29、 Esp8266进阶之路第21篇： 百万条消息免费之乐鑫esp8266使用TCP直连模式MQTT协议接入阿里云物联网平台，支持私家服务器对接支持阿里云规则引擎。
30、 Esp8266进阶之路第22篇： 乐鑫esp8266 SDK编程使用 IIC总线驱动 0.96寸的OLED显示屏，显示天气预报信息。
31、 Esp8266进阶之路第23篇： 当esp8266遇到 Html，该怎么内置网页控制设备，理清内置网页的实现过程，实现无需路由器手机也可以控制esp8266。
32、 Esp8266进阶之路第24篇： 细聊HmacMD5的加密方法带来的安全性，并实践在esp8266上，最大保障传输的过程的信息的安全性。
33、 Esp8266进阶之路第25篇： 如何优雅地像乐鑫原厂封装esp8266底层寄存器的逻辑思维，做成自己的静态库库文件，让第三方人使用？
34、 Esp8266进阶之路第26篇： 乐鑫esp8266 NONOS SDK 3.0编程使用 SPI 驱动基于Max7219芯片的八位数码管，显示日期信息。
35、 Esp8266进阶之路第27篇： 乐鑫esp8266芯片借助机智云平台做一个商业化的七彩RGB灯泡可调整体方案项目，炫彩夺目高大尚。
36、 Esp8266学习rtos3.0笔记第1篇： 认识esp8266 Rtos 3.0 sdk 工程结构，esp8266如何向esp-idf工程靠近的，如何自定义头文件编译？
37、 Esp8266学习rtos3.0笔记第2篇： 你要找的基本外设功能都在这里了，包括Gpio、Pwm 和 Uart 接口使用。
38、 Esp8266学习rtos3.0笔记第3篇： 一篇文章带你搞掂存储技术 NVS 的认识和使用，如何利用NVS保存整型、字符串、数组以及结构体。
39、 Esp8266学习rtos3.0笔记第4篇： 带你捋一捋市面上的微信公众号配网智能设备 esp8266 并绑定设备的过程，移植并成功实现在 esp8266 rtos3.1 sdk。
40、 Esp8266学习rtos3.0笔记第5篇： 基于乐鑫idf框架，研究出超稳定、掉线重连、解决内存泄露问题的Mqtt框架！支持esp8266和esp32！

文章目录

一、前言；

  • 由于乐鑫的MQTT代码工程存在些不足，本博文已根据部分修正部分代码。具体的刨坑链接：

https://github.com/espressif/ESP8266_RTOS_SDK/issues/285 ，修订时间：2018/8/27

  • esp8266的实时系统rtos是后面才出来支持的，其最后的调用也是调用乐鑫提供的API接口，所以，如果你已经玩转了NONOS下的编程，那么移植rtos代码是非常迅捷的，因为你已经对其的API接口非常熟悉，当然了，熟透一款芯片开发，当然不是一天半天的事情，需要长时间的积累。

  • 那么本博文是基于rtos的MQTT协议的实现，优化了官方的代码示范，而且带你走一走MQTT协议的世界。

二、MQTT的常识；

众所周知，MQTT是一种轻捷快速的协议，基于TCP之上，所以为长连接的一种协议，非常适合那些短小消息发送的数据交互的用途，比如APP的推送新闻用途，最常见的用在我们现在物联网领域；毕竟是小且快；

  • 在进行彼此通讯时候，必须确保底层提供了有序、可靠、双向连接的网络连接。比如可以建立TCP/TLS连接。所以基本的通讯如下：

这里写图片描述

  • 那么设备之间怎么样通讯呢？这就涉及到一些术语；要想指定某一个设备收到此条消息，那么就必须根据topic主题来识别，这个是服务器的事情了；下面列下一些常见的专用名词：

①：ClientID

客户端唯一标识，服务端用于关联一个Session。
只能包含这些 大写字母，小写字母 和 数字（0-9a-zA-Z），23个字符以内，同一时间内 Server 和同一个 ClientID 只能保持一个 TCP 连接，再次连接会踢掉前一个连接的客户端。

②：Keep Alive

顾名思义，目的是保持长连接的可靠性，以及双方对彼此是否在线的确认。
客户端在Connect的时候设置 Keep Alive 时长。如果服务端在 1.5 * KeepAlive 时间内没有收到客户端的报文，它必须断开客户端的网络连接。

③：Will

遗嘱，遗愿；遗嘱消息（Will Message）存储在服务端，当网络连接关闭时，服务端必须发布这个遗嘱消息，所以被形象地称之为遗嘱，可用于通知异常断线。

④：retain

0： 服务端不能存储这个消息，也不能移除或替换任何 现存的保留消息 。
1： 服务端必须存储这个应用消息和它的QoS等级，以便它可以被分发给未来的订阅者，所以如果后面未来有客户端订阅了这个主题，那么这个客户端一上线就会收到此消息。

⑤：qos

0： 【最多一次】 没有回复，不需要存储。有可能丢失（网络异常断开，业务层繁忙或者错误） 。
1： 【至少一次】确保消息到达，但消息重复可能会发生。
2： 【只有一次】确保消息到达一次；

⑥：poyload

用来传输用户的数据，最大允许 256MB ，发布的消息的 Payload允许为空。在很多场合下，代表将持久消息（或者遗嘱消息）清空；格式为UTF-8编码；

三、官方核心代码；

  • 乐鑫已经针对rtos移植了eclipse的标准的paho mqtt，在官方的GitHub已经看到了源码：点我查看，这个库非常出名，很多嵌入式的芯片都是移植这个库。

#define MQTT_CLIENT_THREAD_NAME         "mqtt_client_thread"
#define MQTT_CLIENT_THREAD_STACK_WORDS  2048
#define MQTT_CLIENT_THREAD_PRIO         8

LOCAL xTaskHandle mqttc_client_handle;

static void messageArrived(MessageData* data)
{
    printf("Message arrived: %s
", data->message->payload);
}

static void mqtt_client_thread(void* pvParameters)
{
    printf("mqtt client thread starts
");
    MQTTClient client;
    Network network;
    //指定缓存区的大小
    unsigned char sendbuf[80], readbuf[80] = {0};
    int rc = 0, count = 1;
    MQTTPacket_connectData connectData = MQTTPacket_connectData_initializer;
    pvParameters = 0;
    
    //初始化TCP连接
    NetworkInit(&network);
    //初始化客户端，注意后面都是发送和接收数据的缓存区，一定要加大这个缓存区的大小；否则后面发送不成功！
    MQTTClientInit(&client, &network, 30000, sendbuf, sizeof(sendbuf), readbuf, sizeof(readbuf));

    char* address = MQTT_BROKER;
    //底层的TCP开始连接
    if ((rc = NetworkConnect(&network, address, MQTT_PORT)) != 0) {
        printf("Return code from network connect is %d
", rc);
    }

//后天任务：如果这个不成功执行，就不会自动进去回调方法：messageArrived；
#if defined(MQTT_TASK)

    if ((rc = MQTTStartTask(&client)) != pdPASS) {
        printf("Return code from start tasks is %d
", rc);
    } else {
        printf("Use MQTTStartTask
");
    }

#endif
   
    //定义mqtt版本：  3 = 3.1 ， 4 = 3.1.1
    connectData.MQTTVersion = 3;
    //定义客户端ID(必须唯一)： 大伙们可以定义mac地址作为ID
	connectData.clientID.cstring = "ESP8266_sample";
	//定义连接的账户名，这个根据服务器的选型来弄；【可有可无】
    connectData.username.cstring= "admin";
    //定义连接的账户名密码，这个根据服务器的选型来弄；【可有可无】
    connectData.password.cstring="admin123456";
    //定义连接心跳；
    connectData.keepAliveInterval = 40;
    //清楚会话
    connectData.cleansession = true;

    //连接MQTT服务器
    if ((rc = MQTTConnect(&client, &connectData)) != 0) {
        printf("Return code from MQTT connect is %d
", rc);
    } else {
        printf("MQTT Connected
");
    }

    //订阅主题 MQTTSubscribe --->【ESP8266/sample/pub】
    if ((rc = MQTTSubscribe(&client, "ESP8266/sample/pub", 2, messageArrived)) != 0) {
        printf("Return code from MQTT subscribe is %d
", rc);
    } else {
        printf("fuck MQTT subscribe to topic "ESP8266/sample/pub"
");
    }

    //死循环，时隔一秒发送一则消息
	while (count++) {
        //初始化一则消息结构体
		MQTTMessage message;
		char payload[80];
		message.qos = QOS2;
		message.retained = 0;
		message.payload = payload;
		sprintf(payload,
				"{"uuid":"dsaasdad22","token":"saddsa412","ver":1.0,"statusCode":0,"skill":%d}",
				count);
		message.payloadlen = strlen(payload);

		printf("MQTT publish to payloadlen :%s
", 	message.payload);

		if ((rc = MQTTPublish(&client, "ESP8266/sample/pub", &message)) != 0) {
			printf("Return code from MQTT publish is %d
", rc);
		} else {
			printf(
					"MQTT publish topic "ESP8266/sample/pub", message number is %d
",
					count);
		}

		vTaskDelay(1000 / portTICK_RATE_MS);  //send every 1 seconds
	}

    printf("mqtt_client_thread going to be deleted
");
    vTaskDelete(NULL);
    return;
}

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四、二次修改完善断开连接；

  • 这个库和乐鑫自己做的那份NONOS代码不一样，这个是不会自动重连服务器的，假如你的路由器突然没了外网，导致这个连接不成功，那么就会永远发布不了消息；所以优化如下，代码略多，主要原理：

1、通过判断是否发布消息成功的标志，是否重新连接服务器和订阅主题；

2、 如果把发布消息的任务独立开来，就相当于开启了新的线程，我看了一些高质量的代码，都是创建一则消息队列，处于阻塞等待，直到有消息要发布，则在此死循环内发布，如果不发布，那么重新连接则发布；

3、连接和订阅主题的代码都是在死循环内的，但是初始化客户端的代码千万别在死循环内，因为这个初始化相当于开辟了内存，会占据内存，多次了连接了 ，就相当于开辟多个内存了！


static void Task_MqttClient_Connect(void* pvParameters) {

	bool isNeedQueue = true;

	Network network;
	unsigned char sendbuf[2048], readbuf[2048] = { 0 };
	int rc = 0, count = 0;
	MQTTPacket_connectData connectData = MQTTPacket_connectData_initializer;
	pvParameters = 0;
	NetworkInit(&network);
	MQTTClientInit(&client, &network, 30000, sendbuf, sizeof(sendbuf), readbuf,
			sizeof(readbuf));

    //！！！！！不要把初始化放在里面
	for (;;) {

        //判断是否已经获取了路由器分配的IP
		while (wifi_station_get_connect_status() != STATION_GOT_IP) {
			vTaskDelay(1000 / portTICK_RATE_MS);
		}

		char* address = MQTT_SERVICE;
		connectData.MQTTVersion = 3;
		connectData.clientID.cstring = checkTopic;
		connectData.username.cstring = MQTT_USER_NAME;
		connectData.password.cstring = MQTT_USER_PAW;
		connectData.keepAliveInterval = 40;
		connectData.cleansession = true;

		if ((rc = NetworkConnect(&network, address, MQTT_PORT)) != 0) {
			printf("MClouds NetworkConnect connect is %d
", rc);
		}

		if ((rc = MQTTStartTask(&client)) != pdPASS) {
			printf("Return code from start tasks is %d
", rc);
		} else {
			printf("Use MQTTStartTask
");
		}

		if ((rc = MQTTConnect(&client, &connectData)) != 0) {
			printf("[SY] MClouds connect is %d
", rc);
			network.disconnect(&network);
			vTaskDelay(1000 / portTICK_RATE_MS);
		}

		if ((rc = MQTTSubscribe(&client, subTopic, QOS0, MessageArrived))
				!= 0) {
			printf("[SY] MClouds sub fail is %d
", rc);
			network.disconnect(&network);
			vTaskDelay(1000 / portTICK_RATE_MS);
		}

		printf("MQTT subscribe to topic -> %s
", subTopic);
		xQueueReset(MqttMessageQueueHandler);

		while (1) {

			char payload[2048];
            
			struct esp_mqtt_msg_type *pMsg;
			printf("MqttMessageQueueHandler waitting ..
");
			
			//阻塞等待
			xQueueReceive(MqttMessageQueueHandler, &pMsg, portMAX_DELAY);
			sprintf(payload, "%s", pMsg->allData);
			//printf("MQTT  publish payload: %s
", payload);
			os_printf(" [SY] 1 MQTT get freeHeap: %d
",system_get_free_heap_size());
			

			MQTTMessage message;
			message.qos = QOS0;
			message.retained = false;
			message.payload = (void*) payload;
			message.payloadlen = strlen(payload) + 1;

			if ((rc = MQTTPublish(&client, pubTopic, &message)) != 0) {
				printf("Return code from MQTT publish is %d
", rc);
			} else {
				printf("MQTT publish succeed ..
");
			}

			if (rc != 0) {
				break;
			}

		}
		network.disconnect(&network);
	}

	printf("mqtt_client_thread going to be deleted
");
	vTaskDelete(NULL);
	return;

}

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（注意要填写服务器地址，还要熟悉rtos的消息队列。）
1.一定要用最新版的SDK包的工程，而且要看博文前面的刨坑的连接里面的库文件是否更新到您的工程。
2. 由于下面的硬件代码链接不可以修改了，大家下载之后，修改下静态库文件和上面的Task_MqttClient_Connect方法即可。之后通过不断轮询服务器是否断开，如果是则发送消息重连即可。
3.目前2018.8.27为止，v2.0.0的SDK的MQTT还是蛮稳定的。断开连接的可能性较低。

注：本文转载自blog.csdn.net的半颗心脏的文章"http://blog.csdn.net/xh870189248/article/details/81181707"。版权归原作者所有，此博客不拥有其著作权，亦不承担相应法律责任。如有侵权，请联系我们删除。
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