ESP32-Ethernet-Kit V1.2 入门指南

[English]

本指南将介绍 ESP32-Ethernet-Kit 开发板的配置以及相关功能的使用。

ESP32-Ethernet-Kit 是一款以太网转 Wi-Fi 开发板,可为以太网设备赋予 Wi-Fi 连接功能。为了提供更灵活的电源选项,ESP32-Ethernet-Kit 同时也支持以太网供电 (PoE)。

ESP32-Ethernet-Kit V1.2

ESP32-Ethernet-Kit V1.2 概图(点击放大)

准备工作

您可以跳过介绍部分,直接前往 应用程序开发 章节。

概述

ESP32-Ethernet-Kit 是一款来自 乐鑫 的开发板。

它由 以太网母板(A板)PoE 子板(B 板) 两部分组成。其中 以太网母板(A板) 集成蓝牙/Wi-Fi 双模 ESP32-WROVER-E 模组和单端口 10/100 Mbps 快速以太网收发器 (PHY) IP101GRI。PoE 子板(B 板) 提供以太网供电功能。ESP32-Ethernet-Kit 的 A 板可在不连接 B 板的情况下独立工作。

ESP32-Ethernet-Kit V1.2

ESP32-Ethernet-Kit V1.2(点击放大)

为了实现程序下载和监控,A 板还集成了一款先进多协议 USB 桥接器(FT2232H 芯片)。FT2232H 芯片使得开发人员无需额外的 JTAG 适配器,通过 USB 桥接器使用 JTAG 接口便可对 ESP32 直接进行调试。

功能概述

ESP32-Ethernet-Kit 开发板的主要组件和连接方式如下。

ESP32-Ethernet-Kit 功能框图(点击放大)

ESP32-Ethernet-Kit 功能框图(点击放大)

功能说明

有关 ESP32-Ethernet-Kit 开发板的主要组件、接口及控制方式,请见下方的图片和表格。

以太网母板(A 板)

ESP32-Ethernet-Kit V1.2

ESP32-Ethernet-Kit - 以太网母板(A 板)布局(点击放大)

下表将从图片右上角开始,以顺时针顺序介绍图中的主要组件。

表格1 组件介绍

主要组件

基本介绍

ESP32-WROVER-E 模组

这款 ESP32 模组内置 64-Mbit PSRAM,可提供灵活的额外存储空间和数据处理能力。

GPIO Header 2

由 5 个未引出通孔组成,可连接至 ESP32 的部分 GPIO。具体介绍,请见 GPIO Header 2

功能选择开关

一个 4 位拨码开关,可配置 ESP32 部分 GPIO 的功能。具体介绍,请见 功能选择开关

Tx/Rx LEDs

2 个 LED,可显示 UART 传输的状态。

FT2232H

FT2232H 多协议 USB 转串口桥接器。开发人员可通过 USB 接口对 FT2232H 芯片进行控制和编程,与 ESP32 建立连接。FT2232H 芯片可在通道 A 提供 USB-to-JTAG 接口功能,并在通道 B 提供 USB-to-Serial 接口功能,便利开发人员的应用开发与调试。见 ESP32-Ethernet-Kit V1.2 以太网母板(A 板)原理图

USB 端口

USB 接口。可用作开发板的供电电源,或连接 PC 和开发板的通信接口。

电源开关

电源开关。拨向 5V0 按键侧,开发板上电;拨向 GND 按键一侧,开发板掉电。

5V Input

5 V 电源接口建议仅在开发板自动运行(未连接 PC)时使用。

5V Power On LED

当开发板通电后(USB 或外部 5 V 供电),该红色指示灯将亮起。

DC/DC 转换器

直流 5 V 转 3.3 V,输出电流最高可达 2 A。

Board B 连接器

1 对 排针和排母,用于连接 PoE 子板(B 板)

IP101GRI (PHY)

物理层 (PHY) 单端口 10/100 快速以太网收发器 IP101GRI 芯片,允许开发人员实现与以太网线缆的物理层连接。PHY 与 ESP32 通过简化媒体独立接口 (RMII) 实现连接。RMII 是 媒体独立接口 (MII) 的标准简化版本。PHY 可在 10/100 Mbps 速率下支持 IEEE 802.3 / 802.3u 标准。

RJ45 端口

以太网数据传输端口。

网络变压器

网络变压器属于以太网物理层的一部分,可保护电路,使其免受故障和电压瞬变影响,包括防止收发器芯片和线缆之间产生共模信号。同时它也可以在收发器与以太网设备之间提供电流隔绝。

Link/Activity LED

2 个 LED(绿色和红色),可分别显示 PHY 处于 “Link” 状态或 “Activity” 状态。

BOOT Button

下载按键。按下 BOOT 键并保持,同时按一下 EN 键(此时不要松开 BOOT 键)进入“固件下载”模式,通过串口下载固件。

EN 按键

复位按键。

GPIO Header 1

由 6 个未引出通孔组成,可连接至 ESP32 的备用 GPIO。具体介绍,请见 GPIO Header 1

注解

开发板支持固件自动下载模式。若遵循 应用程序开发 章节中的步骤并使用了规定软件,则无需对 BOOT 或 EN 按键进行任何操作。

PoE 子板(B 板)

PoE 子板转换以太网电缆传输的电能 (PoE),为以太网母板(A 板)提供电源。PoE 子板(B 板)的主要组件见 功能概述 中的功能框图。

PoE 子板(B 板)具有以下特性:

  • 支持 IEEE 802.3at 标准

  • 电源输出:5 V,1.4 A

如需使用 PoE 功能,请用以太网线缆将以太网母板(A 板)上的 RJ45 Port 连接至 PoE 的交换机。以太网母板(A 板)检测到来自 PoE 子板(B 板)的 5 V 供电后,将从 USB 供电自动切换至 PoE 供电。

ESP32-Ethernet-Kit - PoE board (B)

ESP32-Ethernet-Kit - PoE 子板(B 板)布局(点击放大)

表格2 PoE 子板(B 板)

主要组件

基本介绍

A 板连接器

4 个排针(左侧)和排母(右侧),用于将 PoE 子板(B 板)连接至 Ethernet board (A)。左侧的管脚接受来自 PoE 交换机的电源。右侧的管脚为以太网母板(A 板)提供 5 V 电源。

外部电源终端

PoE 子板(B 板)可选电源 (26.6 ~ 54 V)。

设置选项

本节介绍用于 ESP32-Ethernet-Kit 开发板的硬件配置选项。

功能选择开关

拨码开关打开时,拨码开关将列出的 GPIO 路由到 FT2232H 以提供 JTAG 功能。拨码开关关闭时,GPIO 可以用于其他目的。

拨码开关

GPIO 管脚

1

GPIO13

2

GPIO12

3

GPIO15

4

GPIO14

RMII 时钟源选择

RMII 工作模式下的以太网 MAC 和 PHY 需要一个公共的 50 MHz 同步时钟(即 RMII 时钟),它既可以由外部提供,也可以由内部的 ESP32 APLL 产生(不推荐)。

注解

有关 RMII 时钟源选择的更多信息,请参见 ESP32-Ethernet-Kit V1.2 以太网母板(A 板)原理图,第 2 页的位置 D2。

PHY 侧提供 RMII 时钟

ESP32-Ethernet-Kit 默认配置为 IP101GRI 的 50M_CLKO 信号线提供 RMII 时钟,该时钟信号由 PHY 外侧连接的 25 MHz 无源晶振经过倍频产生。详情请参见下图。

RMII Clock from IP101GRI PHY

PHY 侧提供 RMII 时钟

请注意,系统上电时 RESET_N 旁的下拉电阻会将 PHY 置于复位状态,ESP32 需要通过 GPIO5 将 RESET_N 拉高才能启动 PHY,只有这样才能保证系统的正常上电,否则 ESP32 会存在一定几率进入下载模式(当 REF_CLK_50M 时钟信号在 GPIO0 上电采样阶段刚好处于高电平)。

ESP32 APLL 内部提供的 RMII 时钟

另一种选择是从 ESP32 APLL 内部获取 RMII 时钟,请参见下图。来自 GPIO0 的时钟信号首先被反相,以解决传输线延迟的问题,然后提供给 PHY。

RMII Clock from ESP Internal APLL

ESP32 APLL 内部提供的 RMII 时钟

要实现此选项,用户需要在板子上移除或添加一些阻容元器件。有关详细信息,请参见 ESP32-Ethernet-Kit V1.2 以太网母板(A 板)原理图,第 2 页,位置 D2。请注意,如果 APLL 已经用于其他用途(如 I2S 外设),那么只能使用外部 RMII 时钟。

GPIO 分配

本节介绍了 ESP32-Ethernet-Kit 开发板特定接口或功能的 GPIO 分配情况。

IP101GRI (PHY) 接口

下表显示了 ESP32 (MAC) 与 IP101GRI (PHY) 的管脚对应关系。ESP32-Ethernet-Kit 的实现默认设置为简化媒体独立接口。

No.

ESP32 管脚 (MAC)

IP101GRI (PHY)

RMII 接口

1

GPIO21

TX_EN

2

GPIO19

TXD[0]

3

GPIO22

TXD[1]

4

GPIO25

RXD[0]

5

GPIO26

RXD[1]

6

GPIO27

CRS_DV

7

GPIO0

REF_CLK

串行管理接口

8

GPIO23

MDC

9

GPIO18

MDIO

PHY 复位

10

GPIO5

Reset_N

注解

ESP32 的 RMII 接口 下的所有管脚分配都是固定的,不能通过 IOMUX 或 GPIO 矩阵进行更改。REF_CLK 仅可选择 GPIO0、GPIO16 或 GPIO17,且不可通过 GPIO 矩阵进行更改。

GPIO Header 1

本连接器包括 ESP32-Ethernet-Kit 开发板上部分不用做他用的 GPIO。

No.

ESP32 管脚

1

GPIO32

2

GPIO33

3

GPIO34

4

GPIO35

5

GPIO36

6

GPIO39

GPIO Header 2

根据“说明”描述的不同情形,本连接器包含可用做他用的 GPIO。

No.

ESP32 管脚

说明

1

GPIO17

见下方说明 1

2

GPIO16

见下方说明 1

3

GPIO4

4

GPIO2

5

GPIO13

见下方说明 2

6

GPIO12

见下方说明 2

7

GPIO15

见下方说明 2

8

GPIO14

见下方说明 2

9

GND

Ground

10

3V3

3.3 V 电源

注解

  1. ESP32 芯片的 GPIO16 和 GPIO17 管脚没有引出至 ESP32-WROVER-E 模组的管脚,因此无法使用。如需使用 ESP32 的 GP1016 和 GPIO17 管脚,建议更换其他不含 PSRAM 的模组,比如 ESP32-WROOM-32D 或 ESP32-SOLO-1。

  2. 具体功能取决与 功能选择开关 的设置。

GPIO 管脚分配总结

ESP32-WROVER-E

IP101GRI

UART

JTAG

GPIO

Comments

S_VP

IO36

S_VN

IO39

IO34

IO34

IO35

IO35

IO32

IO32

IO33

IO33

IO25

RXD[0]

IO26

RXD[1]

IO27

CRS_DV

IO14

TMS

IO14

IO12

TDI

IO12

IO13

TCK

IO13

IO15

TDO

IO15

IO2

IO2

IO0

REF_CLK

See note 1

IO4

IO4

IO16

IO16 (NC)

See note 2

IO17

IO17 (NC)

See note 2

IO5

Reset_N

See note 1

IO18

MDIO

IO19

TXD[0]

IO21

TX_EN

RXD0

RXD

TXD0

TXD

IO22

TXD[1]

IO23

MDC

注解

  1. 为防止 ESP32 侧 GPIO0 的上电状态受 PHY 侧时钟输出的影响,PHY 侧 RESET_N 默认为低,以关闭 PHY 侧时钟输出。上电后,您可通过 GPIO5 控制 RESET_N 以打开该时钟输出。参见 PHY 侧提供 RMII 时钟。对于无法通过 RESET_N 关闭时钟输出的 PHY,PHY 侧建议使用可在外部禁用/使能的有源晶振。与使用 RESET_N 类似,默认情况下晶振模块应禁用,并在上电后由 ESP32 开启。有关参考设计,请参见 ESP32-Ethernet-Kit V1.2 以太网母板(A 板)原理图

  2. ESP32 芯片的 GPIO16 和 GPIO17 管脚没有引出至 ESP32-WROVER-E 模组的管脚,因此无法使用。如需使用 ESP32 的 GP1016 和 GPIO17 管脚,建议更换其他不含 PSRAM 的模组,比如 ESP32-WROOM-32D 或 ESP32-SOLO-1。

应用程序开发

ESP32-Ethernet-Kit 上电前,请首先确认开发板完好无损。

初始设置

  1. 首先,请将 以太网母板(A 板) 上的所有开关均拨至 ON 状态,使 功能选择开关 处于默认状态。

  2. 为了方便应用程序的下载和测试,不要为开发板输入任何信号。

  3. 此时可以连接 PoE 子板(B 板) ,但不要向 B 板连接任何外部电源。

  4. 使用 USB 数据线将 以太网母板(A 板) 连接至 PC。

  5. 电源开关 从 GND 拨至 5V0 一侧。此时,5V Power On LED 应点亮。

正式开始开发

现在,请前往 快速入门 中的 详细安装步骤 章节,查看如何设置开发环境,并尝试将示例项目烧录至您的开发板。

请务必在进入下一步前,确保您已完成上述所有步骤。

配置与加载以太网示例

在完成开发环境设置和开发板测试后,您可以配置并烧录 ethernet/basic 示例。本示例专门用于测试以太网功能,支持不同 PHY,包括 ESP32-Ethernet-Kit V1.2(点击放大) 开发板使用的 IP101GRI

针对 ESP32-Ethernet-Kit V1.1 的主要修改