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STM32 W5500 MQTT Client 发布订阅及断线重连

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我是靠谱客的博主 体贴斑马，最近开发中收集的这篇文章主要介绍STM32 W5500 MQTT Client 发布订阅及断线重连，觉得挺不错的，现在分享给大家，希望可以做个参考。

概述

使用STM32 W5500做MQTT Client，使得数据上传broker，并接收broker传来的消息，并支持断网/拔网线再插入网线能够重新连接broker这样的功能，需要具备以下条件：

1、STM32 W5500基础入网配置，使能PC电脑端可以PING通W5500。

2、STM32 W5500的TCP Client收发数据的回环测试没有问题。

3、了解MQTT协议。

关于MQTT的介绍，本文不做重点。需要了解的是MQTT协议是基于TCP协议之上封装的协议。

关于MQTT Client依赖的MQTT支持库函数，下载地址 《MQTT C语言库函数》

这些库函数是干嘛的？

MQTT协议在STM32 W5500中使用的前提，首先通过TCP连接到broker指定的IP和端口。

然后需要发送MQTT连接的指令，这个指令内容是通过 "MQTTConnectClient.c"文件中的

int MQTTSerialize_connect(unsigned char* buf, int buflen, MQTTPacket_connectData* options)

这个方法来实现组装的，返回值大于0表示组装后的数组有效内容长度，在通过W5500的send方法，发送给broker。

broker接收到Client端发来的MQTT连接请求后，会返回一组数据，判断是否连接成功，或者各种失败（协议版本错误，用户名密码错误等）。

MQTT Client如果想要接收到broker发来的消息，需要先订阅主题，订阅主题的指令内容是通过"MQTTSubscribeClient.c"文件中的

int MQTTSerialize_subscribe(unsigned char* buf, int buflen, unsigned char dup, unsigned short packetid, int count,
		MQTTString topicFilters[], int requestedQoSs[])

这个方法来实现组装的，同样返回值大于0表示组装后的数组有效内容长度，在通过W5500的send方法，发送给broker。

以上两个举例都是组装指令内容。

那么接收到broker发来消息，如何解析？

"MQTTDeserializePublish.c"这个文件的

int MQTTDeserialize_publish(unsigned char* dup, int* qos, unsigned char* retained, unsigned short* packetid, MQTTString* topicName,
		unsigned char** payload, int* payloadlen, unsigned char* buf, int buflen)

这个方法可以实现消息内容的解析。

总之，依赖的MQTT支持库函数几乎可以使我们不用在乎协议的具体内容，就可以实现MQTT Client的功能。

STM32 W5500 MQTT Client端，我通过枚举类型给它定义三种状态

enum MQTT_STATE {MQTT_INIT, MQTT_CONNOK, MQTT_SUBOK};

MQTT_INIT - 初始状态（MQTT未连接，未订阅，注意是MQTT的，而不是TCP连接了没有）

MQTT_CONNOK - MQTT连接成功(MQTT Client端发起MQTT连接，并接收到了broker返回连接成功)

MQTT_SUBOK - MQTT订阅成功（MQTT Client端想broker订阅消息，并受到了broker返回订阅成功）

这几种状态的关连，在程序开始执行时，MQTT Client端处于MQTT_INIT状态，或者程序执行一段时间后，MQTT PING指令发几次broker没有回复，认为MQTT Client端处于MQTT_INIT状态。

MQTT Client端处于MQTT_CONNOK 状态时可以发布数据到broker，但是无法接收来自broker的消息。

MQTT Client端处于MQTT_SUBOK 状态时可以发布数据到broker，也可以接收来自broker的消息。

如果TCP Client处于CLOSE的状态，那么MQTT Client端将处于MQTT_INIT 状态。

做好MQTT Client端的难点在于维系 TCP socket的状态与MQTT Client的状态的关系。

贴出我实现MQTT Client的c代码：

impl_mqtt.c

#ifndef __IMPL_MQTT_H
#define __IMPL_MQTT_H
#include "impl_mqtt.h"
#endif

int mqttstate = MQTT_INIT;
int cnt_ping_not_response = 0;
int cnt_sock_init = 0;
u8 buf_pub[1024];
u32 ping_timestamp, now_timestamp;

int func_tcp_sock_send(u8 sockno, u8 *buf_mqsend, u16 len_mqsend)
{
	if(getSn_SR(sockno) == SOCK_ESTABLISHED)
	{
		return send(sockno, buf_mqsend, len_mqsend);
	}
	return -1;		
}

int func_tcp_sock_read(u8 sockno, u8 *buf_mqrecv, u16 len_mqrecv)
{
	if((getSn_SR(sockno) == SOCK_ESTABLISHED))
	{
		len_mqrecv = getSn_RX_RSR(sockno);
		if(len_mqrecv > 0)
		{
			return recv(sockno, buf_mqrecv, len_mqrecv);
		}
	}
	return -1; 
}

void func_judge_timeout_ms(u32 *timespan)
{
	delay_ms(1);
	*timespan = *timespan + 1;
}

u8 func_judge_mqtt_recvmsg_package_type(u8 *buf_mqrecv, u16 len_mqrecv)
{
	MQTTHeader header = {0};
	if(len_mqrecv > 0)
	{
		header.byte = buf_mqrecv[0];
		return header.bits.type;
	}
	return 0;
}

void func_mqtt_client_dealwith_recvmsg(u8 sockno, u8 *buf_mqrecv, u16 len_mqbuf, u16 len_mqrecv)
{
	if(len_mqrecv > 0)
	{
		ping_timestamp = get_systick_timestamp();
		// package type to deal
		switch(func_judge_mqtt_recvmsg_package_type(buf_mqrecv, len_mqrecv))
		{
			case CONNACK:
			break;
			case PUBLISH://analysis msg
			{
				int rc;
				u8 buf_recv[1024];
				u8* payload;
				int len_payload;
				unsigned char retained, dup;
				int qos;
				unsigned short packetid; 
				MQTTString topicrecv;
				MQTTString topicpub;
				payload = buf_recv;
				rc = MQTTDeserialize_publish(&dup, &qos, &retained, &packetid, &topicrecv, &payload, &len_payload, buf_mqrecv, len_mqrecv);
				if(rc == 1)
				{
					//TODO ...
					//TEST code
					topicpub.cstring = (char*)"mytopic";
					memset(buf_pub, 0, sizeof(buf_pub));
					func_run_mqtt_publish(sockno, buf_pub, sizeof(buf_pub), topicpub, payload, len_payload);
				}
			}			
			break;
			case PUBACK:
			break;
			case PUBREC://Qos2 msg receipt
			case PUBREL://Qos2 msg receipt
			case PUBCOMP://Qos2 msg receipt
			{
				unsigned char packettype, dup;
				unsigned short packetid; 
				if (MQTTDeserialize_ack(&packettype, &dup, &packetid, buf_mqrecv, len_mqbuf) == 1)
				{
					memset(buf_mqrecv, 0, len_mqbuf);
					len_mqrecv = MQTTSerialize_ack(buf_mqrecv, len_mqbuf, packettype, dup, packetid);
					if(len_mqrecv > 0)
					{
						func_tcp_sock_send(sockno, buf_mqrecv, len_mqrecv);
					}
				}
			}
			break;
			case SUBACK:
			case UNSUBACK:
			case PINGREQ:
			case PINGRESP:
			case DISCONNECT:
			break;
			default:
			break;
		}
	}
}

void func_mqtt_client_connect_broker(int *state, u8 sockno, u8 *buf_mqsend, u16 len_mqsend, MQTTPacket_connectData *conn_mqtt)
{
	u32 timespan;
	int len_cont;
	int res;
	len_cont = MQTTSerialize_connect(buf_mqsend, len_mqsend, conn_mqtt);
	if(len_cont > 0)
	{
		res = func_tcp_sock_send(sockno, buf_mqsend, len_cont);
		if(res > 0)
		{
			timespan = 0;
			memset(buf_mqsend, 0, len_mqsend);//reuse buffer
			for(;;)
			{
				if((len_cont = func_tcp_sock_read(sockno, buf_mqsend, len_mqsend)) > 3)
				{
					if(func_judge_mqtt_recvmsg_package_type(buf_mqsend, len_cont) == CONNACK) 
					{
						*state = MQTT_CONNOK;
						ping_timestamp = get_systick_timestamp();
					}
					break;
				}
				func_judge_timeout_ms(&timespan);
				if(timespan > 500)
				{
					break;
				}
			}
		}
	}
}

void func_mqtt_client_ping_broker(int *state, u8 sockno, u8 *buf_mqsend, u16 len_mqsend)
{
	u32 timespan;
	int len_cont;
	int res;
	if(get_systick_timestamp() - ping_timestamp > 5*1000)
	{		
		len_cont = MQTTSerialize_pingreq(buf_mqsend, len_mqsend);
		if(len_cont > 0)
		{
			res = func_tcp_sock_send(sockno, buf_mqsend, len_cont);
			if(res > 0)
			{
				timespan = 0;
				memset(buf_mqsend, 0, len_mqsend);//reuse buffer
				for(;;)
				{
					len_cont = func_tcp_sock_read(sockno, buf_mqsend, len_mqsend);
					// pingrsp or others' published msg 
					if(len_cont > 0)
					{
						//recv pingrsp
						ping_timestamp = get_systick_timestamp();
						cnt_ping_not_response = 0;
						
						// other type msg to deal with
						func_mqtt_client_dealwith_recvmsg(sockno, buf_mqsend, len_mqsend, len_cont);
						break;
					}
					
					func_judge_timeout_ms(&timespan);
					if(timespan > 10)
					{
						cnt_ping_not_response ++;
						if(cnt_ping_not_response > 1)
						{
							*state = MQTT_INIT;
							close(sockno);
							cnt_ping_not_response = 0;
						}
						break;
					}
				}
			}
			else
			{
				cnt_ping_not_response ++;
				if(cnt_ping_not_response > 2)
				{
					*state = MQTT_INIT;
					close(sockno);
					cnt_ping_not_response = 0;
				}
			}
		}
	}
}

int func_run_mqtt_publish(u8 sockno, u8 *buf_mqsend, u16 len_mqsend, MQTTString topicName, u8* payload, int payloadlen)
{
	int len;
	int rc;
	
	if(mqttstate >= MQTT_CONNOK)
	{
		len = MQTTSerialize_publish(buf_mqsend, len_mqsend, 0, 0, 0, 0, topicName, payload, payloadlen);
		if(len > 0)
		{
			memcpy(buf_pub, buf_mqsend, len);
			rc = func_tcp_sock_send(sockno, buf_pub, len);
			if(rc > 0)
			{
				ping_timestamp = get_systick_timestamp();
			}
			return rc;
		}
	}	
	return 0;
}

int func_mqtt_client_subtopic_from_broker(u8 sockno, u8 *buf_mqsend, u16 len_mqsend, int count,
		MQTTString topicFilters[], int requestedQoSs[])
{
	u32 timespan;
	int len_cont;
	int res;
	if(mqttstate != MQTT_SUBOK)
	{
		len_cont = MQTTSerialize_subscribe(buf_mqsend, len_mqsend, 0, SUBSCRIBE, count, topicFilters, requestedQoSs);
		if(len_cont > 0)
		{
			res = func_tcp_sock_send(sockno, buf_mqsend, len_cont);
			if(res > 0)
			{
				timespan = 0;
				memset(buf_mqsend, 0, len_mqsend);//reuse buffer
				for(;;)
				{
					if((len_cont = func_tcp_sock_read(sockno, buf_mqsend, len_mqsend)) > 0 && func_judge_mqtt_recvmsg_package_type(buf_mqsend, len_cont) == SUBACK)//nowtime, ignore other type msg 
					{
						mqttstate = MQTT_SUBOK;
						ping_timestamp = get_systick_timestamp();
						return 0;
					}
					func_judge_timeout_ms(&timespan);
					if(timespan > 500)
					{
						return -2;
					}
				}
			}
		}
	}
	return -1;
}

void func_mqtt_client_recvmsg_from_broker(u8 sockno, u8 *buf_mqsend, u16 len_mqsend)
{
	int len_cont;
	memset(buf_mqsend, 0, len_mqsend);
	len_cont = func_tcp_sock_read(sockno, buf_mqsend, len_mqsend);
	if(len_cont > 0)
	{
		func_mqtt_client_dealwith_recvmsg(sockno, buf_mqsend, len_mqsend, len_cont);
	}	
}

u8 func_run_mqtt_tcpsock(u8 sockno, u8 *broker_ip, u16 broker_port, u8 *buf_mqsend, u16 len_mqsend, MQTTPacket_connectData *conn_mqtt)
{
	static u16 any_port = 50000;
	u8 res;
	
	switch(getSn_SR(sockno))
	{
		case SOCK_CLOSED:
		{
			close(sockno);
			socket(sockno, Sn_MR_TCP, any_port++, 0x00);
			cnt_sock_init++;
			if(cnt_sock_init > 30)
			{
				cnt_sock_init = 0;
				close(sockno);
				mqttstate = MQTT_INIT;
			}
			if(any_port > 64000)
			{
				any_port =50000;
			}
		}			
		break;
		case SOCK_INIT:
		{
			res = connect(sockno, broker_ip, broker_port);
			if(res)
			{
				//mqtt connect request
				mqttstate = func_run_mqtt_progress(mqttstate, sockno, buf_mqsend, len_mqsend, conn_mqtt);
			}
			else
			{
				if(cnt_ping_not_response > 0)
				{
					mqttstate = MQTT_INIT;
				}
			}
		}
		break;
		case SOCK_ESTABLISHED:
		{
			//run mqtt progress
			mqttstate = func_run_mqtt_progress(mqttstate, sockno, buf_mqsend, len_mqsend, conn_mqtt);
		}
		break;
		case SOCK_CLOSE_WAIT: 
		{
			mqttstate = MQTT_INIT;
			close(sockno);
		}
		break;
		default:
			break;
	}
	return mqttstate;
}

u8 func_run_mqtt_progress(int state, u8 sockno, u8 *buf_mqsend, u16 len_mqsend, MQTTPacket_connectData *conn_mqtt)
{
	switch(state)
	{
		case MQTT_INIT:
		{
			func_mqtt_client_connect_broker(&state, sockno, buf_mqsend, len_mqsend, conn_mqtt);
		}
		break;
		case MQTT_CONNOK:
		{
			func_mqtt_client_ping_broker(&state, sockno, buf_mqsend, len_mqsend);
			if(state > MQTT_INIT)
			{
//				func_mqtt_client_subtopic_from_broker(&state, sockno, buf_mqsend, len_mqsend);
			}
		}
		break;
		case MQTT_SUBOK:
		{
			func_mqtt_client_ping_broker(&state, sockno, buf_mqsend, len_mqsend);
			if(state != MQTT_INIT)
			{
				func_mqtt_client_recvmsg_from_broker(sockno, buf_mqsend, len_mqsend);
			}
		}
		break;
		default:
		break;
	}
	return state;
}

可能不是十分完美，但是一般工程上使用应该问题不大，我也测试了好久。

测试的主函数，是做了MQTT的回环测试，MQTT Client端连接到broker后，发起订阅主题，并一次性订阅多个主题，分别是字符串subtopic、subtopic2、subtopic3、subtopic4。当其他客户端连接到broker后，向这四个主题发布消息，STM32 W5500 MQTT Client端接收后，会向 mytopic发布一条消息。

#ifndef __STM32F10X_H
#define __STM32F10X_H
#include "stm32f10x.h"
#endif

#ifndef __Z_UTIL_TIME_H
#define __Z_UTIL_TIME_H
#include "z_util_time.h"
#endif

#ifndef __Z_HARDWARE_LED_H
#define __Z_HARDWARE_LED_H
#include "z_hardware_led.h"
#endif

#ifndef __Z_HARDWARE_SPI_H
#define __Z_HARDWARE_SPI_H
#include "z_hardware_spi.h"
#endif

#ifndef __W5500_H
#define __W5500_H
#include "w5500.h"
#endif

#ifndef __SOCKET_H
#define __SOCKET_H
#include "socket.h"
#endif

#ifndef __W5500_CONF_H
#define __W5500_CONF_H
#include "w5500_conf.h"
#endif

#ifndef __DHCP_H
#define __DHCP_H
#include "dhcp.h"
#endif

#ifndef __Z_HARDWARE_USART2_H
#define __Z_HARDWARE_USART2_H
#include "z_hardware_usart2.h"
#endif

#include "MQTTPacket.h"

#ifndef __IMPL_MQTT_H
#define __IMPL_MQTT_H
#include "impl_mqtt.h"
#endif


int main(void)
{
	u32 dhcp_timestamp;
	u8 ip_broker[] = {192, 168, 1, 127};
	u16 port_broker = 1883;
	u8 buf_mqtt_send[1024];
	u8 mac[6]={0, };
	DHCP_Get dhcp_get;
	int mqtt_stat;
	
	MQTTString sub_topic = MQTTString_initializer;
	MQTTString sub_topic2 = MQTTString_initializer;
	MQTTString sub_topic3 = MQTTString_initializer;
	MQTTString sub_topic4 = MQTTString_initializer;
	MQTTString sub_topics[4];
	int nums_sub_topic_qoss[4] = {0, };
	char stpc_str[64] = {'t', 'c'};
	
	MQTTPacket_connectData conn_mqtt = MQTTPacket_connectData_initializer;
	conn_mqtt.willFlag = 0;
	conn_mqtt.MQTTVersion = 3;
	conn_mqtt.clientID.cstring = (char*)"dev_abcdef";
	conn_mqtt.username.cstring = (char*)"abcdef";
	conn_mqtt.password.cstring = (char*)"123456";
	conn_mqtt.keepAliveInterval = 60;
	conn_mqtt.cleansession = 1;	
	
	systick_configuration();
	init_led();
	
	init_system_spi();
	func_w5500_reset();
	
	init_hardware_usart2_dma(9600);
	
	getMacByLockCode(mac);
	setSHAR(mac);
	
	sysinit(txsize, rxsize);
	setRTR(2000);
  setRCR(3);
	
	//DHCP
	for(;func_dhcp_get_ip_sub_gw(1, mac, &dhcp_get, 500) != 0;);	
	if(func_dhcp_get_ip_sub_gw(1, mac, &dhcp_get, 500) == 0)
	{
		setSUBR(dhcp_get.sub);
		setGAR(dhcp_get.gw);
		setSIPR(dhcp_get.lip);
		close(1);
	}
	dhcp_timestamp = get_systick_timestamp();
	
	memcpy(stpc_str, (char*)"subtopic", strlen("subtopic"));
	sub_topic.cstring = stpc_str;
	sub_topics[0] = sub_topic;
	sub_topic2.cstring = "subtopic2";
	sub_topics[1] = sub_topic2;
	sub_topic3.cstring = "subtopic3";
	sub_topics[2] = sub_topic3;
	sub_topic4.cstring = "subtopic4";
	sub_topics[3] = sub_topic4;
	
	for(;;)
	{
		if(get_systick_timestamp() - dhcp_timestamp > 59*1000)// 1 min dhcp
		{
			dhcp_timestamp = get_systick_timestamp();
			if(func_dhcp_get_ip_sub_gw(1, mac, &dhcp_get, 500) == 0)
			{
				setSUBR(dhcp_get.sub);
				setGAR(dhcp_get.gw);
				setSIPR(dhcp_get.lip);
				close(1);
			}
		}
		mqtt_stat = func_run_mqtt_tcpsock(2, ip_broker, port_broker, buf_mqtt_send, sizeof(buf_mqtt_send), &conn_mqtt);
		if(mqtt_stat >= MQTT_CONNOK)
		{
			if(mqtt_stat == MQTT_CONNOK)
			{
				memset(buf_mqtt_send, 0, sizeof(buf_mqtt_send));
				func_mqtt_client_subtopic_from_broker(2, buf_mqtt_send, sizeof(buf_mqtt_send), 4,	sub_topics, nums_sub_topic_qoss);

			}
			func_led1_toggle();
		}		
		delay_ms(500);
				
	}
}

电脑端使用MQTT.fx工具进行测试，测试效果

目前测试还比较稳定，支持热插拔网线，以及路由器断网后再次联网，MQTT Client仍可继续连接broker。

最后

以上就是体贴斑马为你收集整理的STM32 W5500 MQTT Client 发布订阅及断线重连的全部内容，希望文章能够帮你解决STM32 W5500 MQTT Client 发布订阅及断线重连所遇到的程序开发问题。

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