ESP32 HTTP提速：Wi-Fi参数优化指南

ESP32 HTTP提速：Wi-Fi参数优化指南

引用

CSDN

1.

https://blog.csdn.net/YWZ_97/article/details/144364368

本文详细介绍了如何通过优化ESP32的Wi-Fi参数来提升HTTP性能。通过调整接收缓冲区、AMPDU配置以及CPU频率等关键参数，可以显著提高数据传输速度。文章内容专业且深入，适合对嵌入式开发和网络协议有一定了解的读者。

总体流程

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。

修改前测试

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。如果配置地合理，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。这个过程可以概括为：硬件接收 -> 驱动程序复制 -> 协议栈处理 -> 应用程序接收。整个流程中，数据经过了多次“转移”，但实际的数据复制通常只发生了两次：

1. 从“静态接收缓冲区”复制到“动态接收缓冲区”。
2. 从“动态接收缓冲区”复制到“用户数据缓冲区”。

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。

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。

可以通过以上几个参数进行调整WIFI的性能，另外还可以通过关闭节能模式、配置WiFi信道和带宽来调整：

1. 禁用电源保存模式：调用
   esp_wifi_set_ps(WIFI_PS_NONE)
   函数，关闭 Wi-Fi 的省电功能，使 Wi-Fi 模块始终保持活跃状态，从而提高性能。
2. 调整 Wi-Fi 配置：在初始化 Wi-Fi 时，使用
   wifi_init_config_t
   结构体，并设置适当的参数以优化性能。
3. 配置 Wi-Fi 信道和带宽：选择干扰较少的信道，并设置为 40MHz 带宽，以提高数据传输速率。

修改配置

通过SDK进行修改

CONFIG_ESP_WIFI_STATIC_RX_BUFFER_NUM=16
CONFIG_ESP_WIFI_DYNAMIC_RX_BUFFER_NUM=64
CONFIG_ESP_WIFI_DYNAMIC_TX_BUFFER_NUM=64
CONFIG_ESP_WIFI_AMPDU_TX_ENABLED=y
CONFIG_ESP_WIFI_TX_BA_WIN=32
CONFIG_ESP_WIFI_AMPDU_RX_ENABLED=y
CONFIG_ESP_WIFI_RX_BA_WIN=32
CONFIG_LWIP_TCP_SND_BUF_DEFAULT=65535
CONFIG_LWIP_TCP_WND_DEFAULT=65535
CONFIG_LWIP_TCP_RECVMBOX_SIZE=64
CONFIG_LWIP_UDP_RECVMBOX_SIZE=64
CONFIG_LWIP_TCPIP_RECVMBOX_SIZE=64
CONFIG_ESP_DEFAULT_CPU_FREQ_MHZ_240=y
CONFIG_ESP_DEFAULT_CPU_FREQ_MHZ=240
CONFIG_ESPTOOLPY_FLASHMODE_QIO=y
CONFIG_ESPTOOLPY_FLASHFREQ_80M=y
CONFIG_ESP32S3_INSTRUCTION_CACHE_32KB=y
CONFIG_ESP32S3_INSTRUCTION_CACHE_LINE_32B=y
CONFIG_ESP32S3_INSTRUCTION_CACHE_WRAP=y

下面我会解释一下各个配置，可以按需修改

Wi-Fi 接收和发送缓冲区配置：

• CONFIG_ESP_WIFI_STATIC_RX_BUFFER_NUM=16
：设置 Wi-Fi 静态接收缓冲区的数量为 16。每个缓冲区约占用 1.6KB RAM，在调用
esp_wifi_init
时分配，直到调用
esp_wifi_deinit
时才释放。这些缓冲区用于接收所有的 802.11 帧。增加此值可以提高吞吐量，但会增加内存使用。

• CONFIG_ESP_WIFI_DYNAMIC_RX_BUFFER_NUM=64
：设置 Wi-Fi 动态接收缓冲区的数量为 64。量为 64。动态缓冲区根据需要分配和释放，提供更大的灵活性以应对流量波动。

• CONFIG_ESP_WIFI_DYNAMIC_TX_BUFFER_NUM=64
：设置 Wi-Fi 动态发送缓冲区的数量为 64。发送缓冲区用于存储待发送的数据帧，增加此值有助于在高流量情况下维持性能。

AMPDU（聚合 MAC 协议数据单元）配置：

• CONFIG_ESP_WIFI_AMPDU_TX_ENABLED=y
：启用 Wi-Fi 的 AMPDU 发送功能，允许将多个数据帧聚合成一个更大的帧发送，从而提高吞吐量。

• CONFIG_ESP_WIFI_TX_BA_WIN=32
：设置发送端的 Block Ack（BA）窗口大小为 32。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。

tion*
• CONFIG_ESP_WIFI_AMPDU_RX_ENABLED=y
：启用 Wi-Fi 的 AMPDU 接收功能，允许接收聚合的数据帧，提高接收效率。

• CONFIG_ESP_WIFI_RX_BA_WIN=32
：设置接收端的 Block Ack 窗口大小为 32。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。

lwIP（轻量级 IP 协议栈）TCP/IP 配置：

• CONFIG_LWIP_TCP_SND_BUF_DEFAULT=65535
：设置默认的 TCP 发送缓冲区大小为 65535 字节。发送缓冲区决定了在等待对方确认之前，最多可以发送的数据量。较大的缓冲区有助于提高吞吐量，但会占用更多内存。

• CONFIG_LWIP_TCP_WND_DEFAULT=65535
：设置默认的 TCP 窗口大小为 65535 字节。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 Wi-Fi 动态接收缓冲区数量（单位：KB）的值。

• CONFIG_LWIP_TCP_RECVMBOX_SIZE=64
：设置 TCP 接收邮箱的大小为 64。接收邮箱用于存储接收到但尚未处理的 TCP 数据包。增大此值可以提高系统在高负载下的处理能力，但会增加内存占用。

• CONFIG_LWIP_UDP_RECVMBOX_SIZE=64
：设置 UDP 接收邮箱的大小为 64。同样，增大此值可以提高处理能力，但会增加内存使用。

• CONFIG_LWIP_TCPIP_RECVMBOX_SIZE=64
：设置 TCP/IP 任务接收邮箱的大小为 64。一般来说，较大的值意味着更高的吞吐量，但也会占用更多内存。该值应大于 UDP/TCP 邮箱的大小。

CPU 频率和 Flash 配置：

• CONFIG_ESP_DEFAULT_CPU_FREQ_MHZ_240=y
：将 CPU 默认频率设置为 240 MHz，提供更高的处理性能，但同时也会增加功耗。

• CONFIG_ESP_DEFAULT_CPU_FREQ_MHZ=240
：明确指定 CPU 频率为 240 MHz。

• CONFIG_ESPTOOLPY_FLASHMODE_QIO=y
：将 Flash 模式设置为 QIO（Quad I/O），即使用四线模式进行数据传输，提高读写速度。

• CONFIG_ESPTOOLPY_FLASHFREQ_80M=y
：将 Flash 频率设置为 80 MHz，提高 Flash 的读写性能。

ESP32-S3 指令缓存配置：

• CONFIG_ESP32S3_INSTRUCTION_CACHE_32KB=y
：为 ESP32-S3 配置 32KB 的指令缓存，提高指令获取速度，从而提升整体性能。

• CONFIG_ESP32S3_INSTRUCTION_CACHE_LINE_32B=y
：设置指令

修改后得到日志为：

下载速度: 1712.68 KB/s
文件大小: 1029472 bytes
耗时: 587 ms

和

下载速度: 2139.03 KB/s
文件大小: 1029472 bytes
耗时: 470 ms

结论

从ESP-IDF的官方文档可以看到，最大的理论速度为86.1Mbit/s即10.7625 MB/s，可能还有优化空间，但是相对的也会极度挤占其他应用的空间，所以目前速度已经可以了