Windows 平台工具链的标准设置

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概述

ESP-IDF 需要安装一些必备工具,才能围绕 ESP32-C3 构建固件,包括 Python、Git、交叉编译器、CMake 和 Ninja 编译工具等。

在本入门指南中,我们通过 命令提示符 进行有关操作。不过,您在安装 ESP-IDF 后还可以使用 Eclipse 或其他支持 CMake 的图形化工具 IDE。

备注

限定条件: - 请注意 ESP-IDF 和 ESP-IDF 工具的安装路径不能超过 90 个字符,安装路径过长可能会导致构建失败。 - Python 或 ESP-IDF 的安装路径中一定不能包含空格或括号。 - 除非操作系统配置为支持 Unicode UTF-8,否则 Python 或 ESP-IDF 的安装路径中也不能包括特殊字符(非 ASCII 码字符)

系统管理员可以通过如下方式将操作系统配置为支持 Unicode UTF-8:控制面板-更改日期、时间或数字格式-管理选项卡-更改系统地域-勾选选项 “Beta:使用 Unicode UTF-8 支持全球语言”-点击确定-重启电脑。

ESP-IDF 工具安装器

安装 ESP-IDF 必备工具最简易的方式是下载一个 ESP-IDF 工具安装器。

download-logo

Windows Installer Download

在线安装与离线安装的区别

在线安装程序非常小,可以安装 ESP-IDF 的所有版本。在安装过程中,安装程序只下载必要的依赖文件,包括 Git For Windows 安装器。在线安装程序会将下载的文件存储在缓存目录 %userprofile%/espressif 中。

离线安装程序不需要任何网络连接。安装程序中包含了所有需要的依赖文件,包括 Git For Windows 安装器。

安装内容

安装程序会安装以下组件:

  • 内置的 Python

  • 交叉编译器

  • OpenOCD

  • CMakeNinja 编译工具

  • ESP-IDF

安装程序允许将程序下载到现有的 ESP-IDF 目录。推荐将 ESP-IDF 下载到 %userprofile%\Desktop\esp-idf 目录下,其中 %userprofile% 代表家目录。

启动 ESP-IDF 环境

安装结束时,如果勾选了 Run ESP-IDF PowerShell EnvironmentRun ESP-IDF Command Prompt (cmd.exe),安装程序会在选定的提示符窗口启动 ESP-IDF。

Run ESP-IDF PowerShell Environment:

完成 ESP-IDF 工具安装向导时运行 Run ESP-IDF PowerShell Environment

完成 ESP-IDF 工具安装向导时运行 Run ESP-IDF PowerShell Environment

ESP-IDF PowerShell

ESP-IDF PowerShell

Run ESP-IDF Command Prompt (cmd.exe):

完成 ESP-IDF 工具安装向导时运行 Run ESP-IDF Command Prompt (cmd.exe)

完成 ESP-IDF 工具安装向导时运行 Run ESP-IDF Command Prompt (cmd.exe)

ESP-IDF 命令提示符窗口

ESP-IDF 命令提示符窗口

使用命令提示符

在后续步骤中,我们将使用 Windows 的命令提示符进行操作。

ESP-IDF 工具安装器可在“开始”菜单中,创建一个打开 ESP-IDF 命令提示符窗口的快捷方式。本快捷方式可以打开 Windows 命令提示符(即 cmd.exe),并运行 export.bat 脚本以设置各环境变量(比如 PATHIDF_PATH 等)。此外,您可还以通过 Windows 命令提示符使用各种已经安装的工具。

注意,本快捷方式仅适用 ESP-IDF 工具安装器中指定的 ESP-IDF 路径。如果您的电脑上存在多个 ESP-IDF 路径(比如您需要不同版本的 ESP-IDF),您有以下两种解决方法:

  1. 为 ESP-IDF 工具安装器创建的快捷方式创建一个副本,并将新快捷方式的 ESP-IDF 工作路径指定为您希望使用的 ESP-IDF 路径。

  2. 或者,您可以运行 cmd.exe,并切换至您希望使用的 ESP-IDF 目录,然后运行 export.bat。注意,这种方法要求 PATH 中存在 Python 和 Git。如果您在使用时遇到有关“找不到 Python 或 Git”的错误信息,请使用第一种方法。

开始使用 ESP-IDF

现在您已经具备了使用 ESP-IDF 的所有条件,接下来将介绍如何开始您的第一个工程。

本指南将帮助您完成使用 ESP-IDF 的第一步。按照本指南,您将使用 ESP32-C3 创建第一个工程,并构建、烧录和监控设备输出。

备注

如果您还未安装 ESP-IDF,请参照 安装 中的步骤,获取使用本指南所需的所有软件。

开始创建工程

现在,您可以准备开发 ESP32-C3 应用程序了。您可以从 ESP-IDF 中 examples 目录下的 get-started/hello_world 工程开始。

重要

ESP-IDF 编译系统不支持 ESP-IDF 路径或其工程路径中带有空格。

get-started/hello_world 工程复制至您本地的 ~/esp 目录下:

cd %userprofile%\esp
xcopy /e /i %IDF_PATH%\examples\get-started\hello_world hello_world

备注

ESP-IDF 的 examples 目录下有一系列示例工程,您可以按照上述方法复制并运行其中的任何示例,也可以直接编译示例,无需进行复制。

连接设备

现在,请将您的 ESP32-C3 开发板连接到 PC,并查看开发板使用的串口。

在 Windows 操作系统中,串口名称通常以 COM 开头。

有关如何查看串口名称的详细信息,请见 与 ESP32-C3 创建串口连接

备注

请记住串口名,您会在后续步骤中使用。

配置工程

请进入 hello_world 目录,设置 ESP32-C3 为目标芯片,然后运行工程配置工具 menuconfig

Windows

cd %userprofile%\esp\hello_world
idf.py set-target esp32c3
idf.py menuconfig

打开一个新工程后,应首先使用 idf.py set-target esp32c3 设置“目标”芯片。注意,此操作将清除并初始化项目之前的编译和配置(如有)。您也可以直接将“目标”配置为环境变量(此时可跳过该步骤)。更多信息,请见 Select the Target Chip: set-target

正确操作上述步骤后,系统将显示以下菜单:

工程配置 — 主窗口

工程配置 — 主窗口

您可以通过此菜单设置项目的具体变量,包括 Wi-Fi 网络名称、密码和处理器速度等。hello_world 示例项目会以默认配置运行,因此在这一项目中,可以跳过使用 menuconfig 进行项目配置这一步骤。

备注

您终端窗口中显示出的菜单颜色可能会与上图不同。您可以通过选项 --style 来改变外观。请运行 idf.py menuconfig --help 命令,获取更多信息。

编译工程

请使用以下命令,编译烧录工程:

idf.py build

运行以上命令可以编译应用程序和所有 ESP-IDF 组件,接着生成引导加载程序、分区表和应用程序二进制文件。

$ idf.py build
Running cmake in directory /path/to/hello_world/build
Executing "cmake -G Ninja --warn-uninitialized /path/to/hello_world"...
Warn about uninitialized values.
-- Found Git: /usr/bin/git (found version "2.17.0")
-- Building empty aws_iot component due to configuration
-- Component names: ...
-- Component paths: ...

... (more lines of build system output)

[527/527] Generating hello_world.bin
esptool.py v2.3.1

Project build complete. To flash, run this command:
../../../components/esptool_py/esptool/esptool.py -p (PORT) -b 921600 write_flash --flash_mode dio --flash_size detect --flash_freq 40m 0x10000 build/hello_world.bin  build 0x1000 build/bootloader/bootloader.bin 0x8000 build/partition_table/partition-table.bin
or run 'idf.py -p PORT flash'

如果一切正常,编译完成后将生成 .bin 文件。

烧录到设备

请使用以下命令,将刚刚生成的二进制文件 (bootloader.bin、partition-table.bin 和 hello_world.bin) 烧录至您的 ESP32-C3 开发板:

idf.py -p PORT [-b BAUD] flash

请将 PORT 替换为 ESP32-C3 开发板的串口名称。

您还可以将 BAUD 替换为您希望的烧录波特率。默认波特率为 460800

更多有关 idf.py 参数的详情,请见 idf.py

备注

勾选 flash 选项将自动编译并烧录工程,因此无需再运行 idf.py build

烧录过程中可能遇到的问题

如果在运行给定命令时出现如“连接失败”这样的错误,造成该错误的原因之一可能是运行 esptool.py 时出现错误。esptool.py 是构建系统调用的程序,用于重置芯片、与 ROM 引导加载器交互以及烧录固件的工具。可以按照以下步骤进行手动复位,轻松解决该问题。如果问题仍未解决,请参考 Troubleshooting. 获取更多信息。

esptool.py 通过使 USB 转串口转接器芯片(如 FTDI 或 CP210x)的 DTR 和 RTS 控制线生效来自动复位 ESP32-C3(请参考 与 ESP32-C3 创建串口连接 获取更多详细信息)。DTR 和 RTS 控制线又连接到 ESP32-C3 的 GPIO9CHIP_PU (EN) 管脚上,因此 DTR 和 RTS 的电压电平变化会使 ESP32-C3 进入固件下载模式。相关示例可查看 ESP32 DevKitC 开发板的 原理图

一般来说,使用官方的 ESP-IDF 开发板不会出现问题。但是,esptool.py 在以下情况下不能自动重置硬件。

  • 您的硬件没有连接到 GPIO9CIHP_PU 的 DTR 和 RTS 控制线。

  • DTR 和 RTS 控制线的配置方式不同

  • 根本没有这样的串行控制线路

根据您硬件的种类,也可以将您 ESP32-C3 开发板手动设置成固件下载模式(复位)。

  • 对于 Espressif 的开发板,您可以参考对应开发板的入门指南或用户指南。例如,可以通过按住 Boot 按钮 (GPIO9) 再按住 EN 按钮(CHIP_PU) 来手动复位 ESP-IDF 开发板。

  • 对于其他类型的硬件,可以尝试将 GPIO9 拉低。

常规操作

在烧录过程中,您会看到类似如下的输出日志:

...
esptool.py --chip esp32c3 -p /dev/ttyUSB0 -b 460800 --before=default_reset --after=hard_reset write_flash --flash_mode dio --flash_freq 80m --flash_size 2MB 0x8000 partition_table/partition-table.bin 0x0 bootloader/bootloader.bin 0x10000 hello_world.bin
esptool.py v3.0
Serial port /dev/ttyUSB0
Connecting....
Chip is ESP32-C3
Features: Wi-Fi
Crystal is 40MHz
MAC: 7c:df:a1:40:02:a4
Uploading stub...
Running stub...
Stub running...
Changing baud rate to 460800
Changed.
Configuring flash size...
Compressed 3072 bytes to 103...
Writing at 0x00008000... (100 %)
Wrote 3072 bytes (103 compressed) at 0x00008000 in 0.0 seconds (effective 4238.1 kbit/s)...
Hash of data verified.
Compressed 18960 bytes to 11311...
Writing at 0x00000000... (100 %)
Wrote 18960 bytes (11311 compressed) at 0x00000000 in 0.3 seconds (effective 584.9 kbit/s)...
Hash of data verified.
Compressed 145520 bytes to 71984...
Writing at 0x00010000... (20 %)
Writing at 0x00014000... (40 %)
Writing at 0x00018000... (60 %)
Writing at 0x0001c000... (80 %)
Writing at 0x00020000... (100 %)
Wrote 145520 bytes (71984 compressed) at 0x00010000 in 2.3 seconds (effective 504.4 kbit/s)...
Hash of data verified.

Leaving...
Hard resetting via RTS pin...
Done

如果一切顺利,烧录完成后,开发板将会复位,应用程序 “hello_world” 开始运行。

如果您希望使用 Eclipse 或是 VS Code IDE,而非 idf.py,请参考 Eclipse 指南,以及 VS Code 指南

监视输出

您可以使用 idf.py -p PORT monitor 命令,监视 “hello_world” 工程的运行情况。注意,不要忘记将 PORT 替换为您的串口名称。

运行该命令后,IDF 监视器 应用程序将启动::

$ idf.py -p <PORT> monitor
Running idf_monitor in directory [...]/esp/hello_world/build
Executing "python [...]/esp-idf/tools/idf_monitor.py -b 115200 [...]/esp/hello_world/build/hello_world.elf"...
--- idf_monitor on <PORT> 115200 ---
--- Quit: Ctrl+] | Menu: Ctrl+T | Help: Ctrl+T followed by Ctrl+H ---
ets Jun  8 2016 00:22:57

rst:0x1 (POWERON_RESET),boot:0x13 (SPI_FAST_FLASH_BOOT)
ets Jun  8 2016 00:22:57
...

此时,您就可以在启动日志和诊断日志之后,看到打印的 “Hello world!” 了。

    ...
    Hello world!
    Restarting in 10 seconds...
    This is esp32c3 chip with 1 CPU core(s), WiFi/BLE, silicon revision 0, 2MB external flash
Minimum free heap size: 337332 bytes
    Restarting in 9 seconds...
    Restarting in 8 seconds...
    Restarting in 7 seconds...

您可使用快捷键 Ctrl+],退出 IDF 监视器。

备注

您也可以运行以下命令,一次性执行构建、烧录和监视过程:

idf.py -p PORT flash monitor

此外,

  • 请前往 IDF 监视器,了解更多使用 IDF 监视器的快捷键和其他详情。

  • 请前往 idf.py,查看更多 idf.py 命令和选项。

恭喜,您已完成 ESP32-C3 的入门学习!

现在,您可以尝试一些其他 examples,或者直接开发自己的应用程序。

重要

一些示例程序不支持 ESP32-C3,因为 ESP32-C3 中不包含所需的硬件。

在编译示例程序前请查看 README 文件中 Supported Targets 表格。如果表格中包含 ESP32-C3, 或者不存在这个表格,那么即表示 ESP32-C3 支持这个示例程序。

其他提示

权限问题 /dev/ttyUSB0

使用某些 Linux 版本向 ESP32-C3 烧录固件时,可能会出现 Failed to open port /dev/ttyUSB0 错误消息。此时可以将用户添加至 Linux Dialout 组

兼容的 Python 版本

ESP-IDF 支持 Python 3.7 及以上版本,建议升级操作系统到最新版本从而更新 Python。也可选择从 sources 安装最新版 Python,或使用 Python 管理系统如 pyenv 对版本进行升级管理。