快速入门

[English]

本文档旨在指导用户搭建 ESP32-S2 硬件开发的软件环境,通过一个简单的示例展示如何使用 ESP-IDF (Espressif IoT Development Framework) 配置菜单,并编译、下载固件至 ESP32-S2 开发板等步骤。

注解

这是ESP-IDF master 分支(最新版本)的文档,该版本在持续开发中。还有 Stable version 的文档,以及其他版本的文档 ESP-IDF 版本简介 供参考。

概述

ESP32-S2 采用 40 nm 工艺制成,具有最佳的功耗性能、射频性能、稳定性、通用性和可靠性,适用于各种应用场景和不同功耗需求。

乐鑫为用户提供完整的软、硬件资源,进行 ESP32-S2 硬件设备的开发。其中,乐鑫的软件开发环境 ESP-IDF 旨在协助用户快速开发物联网 (IoT) 应用,可满足用户对 Wi-Fi、蓝牙、低功耗等方面的要求。

准备工作

硬件:

  • 一款 ESP32-S2 开发板

  • USB 数据线 (A 转 Micro-B)

  • PC(Windows、Linux 或 Mac OS)

软件:

  • 设置 工具链,用于编译 ESP32-S2 代码;

  • 编译工具 —— CMake 和 Ninja 编译工具,用于编译 ESP32-S2 应用程序

  • 获取 ESP-IDF 软件开发框架。该框架已经基本包含 ESP32-S2 使用的 API(软件库和源代码)和运行 工具链 的脚本;

  • 安装 C 语言编程(工程)的 文本编辑器,例如 Eclipse

ESP32-S2 应用程序开发

ESP32-S2 应用程序开发

开发板简介

请点击下方连接,了解有关具体开发板的详细信息。

第一步:安装准备

在正式开始创建工程前,请先完成工具的安装,具体步骤见下:

windows-logo

linux-logo

macos-logo

Windows

Linux

Mac OS

注解

在本文档中,Linux 和 MacOS 操作系统中 ESP-IDF 的默认安装路径为 ~/esp;Windows 操作系统的默认路径为 %userprofile%\esp。您也可以将 ESP-IDF 安装在任何其他路径下,但请注意在使用命令行时进行相应替换。注意,ESP-IDF 不支持带有空格的路径。

第二步:获取 ESP-IDF

在围绕 ESP32-S2 构建应用程序之前,请先获取乐鑫提供的软件库文件 ESP-IDF 仓库

获取 ESP-IDF 的本地副本:打开终端,切换到您要保存 ESP-IDF 的工作目录,使用 git clone 命令克隆远程仓库。针对不同操作系统的详细步骤,请见下文。

Linux 和 MacOS 操作系统

打开终端,后运行以下命令:

mkdir -p ~/esp
cd ~/esp
git clone --recursive https://github.com/espressif/esp-idf.git

ESP-IDF 将下载至 ~/esp/esp-idf

请前往 ESP-IDF 版本简介,查看 ESP-IDF 不同版本的具体适用场景。

Windows 操作系统

除了安装必要工具外,第一步中介绍的 ESP-IDF 工具安装器 也能同时下载 ESP-IDF 本地副本。

请前往 ESP-IDF 版本简介,查看 ESP-IDF 不同版本的具体适用场景。

除了使用 ESP-IDF 工具安装器,您也可以参考 指南 手动下载 ESP-IDF。

第三步:设置工具

除了 ESP-IDF 本身,您还需要安装 ESP-IDF 使用的各种工具,比如编译器、调试器、Python 包等。

Windows 操作系统

请根据第一步中对 Windows (ESP-IDF 工具安装器) 的介绍,安装所有必需工具。

除了使用 ESP-IDF 工具安装器,您也可以通过 命令提示符 窗口手动安装这些工具。具体步骤见下:

cd %userprofile%\esp\esp-idf
install.bat

或使用 Windows PowerShell

cd ~/esp/esp-idf
./install.ps1

Linux 和 MacOS 操作系统

cd ~/esp/esp-idf
./install.sh

自定义工具安装路径

本步骤中介绍的脚本将 ESP-IDF 所需的编译工具默认安装在用户根文件夹中,即 Linux 和 MacOS 系统中的 $HOME/.espressif 和 Windows 系统的 %USERPROFILE%\.espressif。此外,您可以可以将工具安装到其他目录中,但请在运行安装脚本前,重新设置环境变量 IDF_TOOLS_PATH。注意,请确保您的用户已经具备了读写该路径的权限。

如果修改了 IDF_TOOLS_PATH 变量,请确保该变量在每次执行“安装脚本” (install.batinstall.ps1install.sh) 和导出脚本 (export.batexport.ps1export.sh) 均保持一致。

第四步:设置环境变量

此时,您刚刚安装的工具尚未添加至 PATH 环境变量,无法通过“命令窗口”使用这些工具。因此,必须设置一些环境变量,这可以通过 ESP-IDF 提供的另一个脚本完成。

Windows 操作系统

Windows 安装器(ESP-IDF 工具安装器 )可在“开始”菜单创建一个 “ESP-IDF Command Prompt” 快捷方式。该快捷方式可以打开命令提示符窗口,并设置所有环境变量。您可以点击该快捷方式,然后继续下一步。

此外,如果您希望在当下命令提示符窗口使用 ESP-IDF,请使用下方代码:

%userprofile%\esp\esp-idf\export.bat

或使用 Windows PowerShell

.$HOME/esp/esp-idf/export.ps1

Linux 和 MacOS 操作系统

请在您需要运行 ESP-IDF 的“命令提示符”窗口运行以下命令:

. $HOME/esp/esp-idf/export.sh

注意,命令开始的 “.” 与路径之间应有一个空格!

此外,您也可以将这行代码增加至您的 .profile.bash_profile 脚本中,这样您就可以在任何命令窗口使用 ESP-IDF 工具了。

第五步:开始创建工程

现在,您可以开始准备开发 ESP32-S2 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。

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

Linux 和 MacOS 操作系统

cd ~/esp
cp -r $IDF_PATH/examples/get-started/hello_world .

Windows 操作系统

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

ESP-IDF 的 examples 目录下有一系列示例工程,都可以按照上面的方法进行创建。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。

重要

ESP-IDF 编译系统不支持带有空格的路径。

第六步:连接设备

现在,请将您的 ESP32-S2 开发板连接到 PC,并查看开发板使用的串口。

通常,串口在不同操作系统下显示的名称有所不同:

  • Windows 操作系统: COM1

  • Linux 操作系统:/dev/tty 开始

  • MacOS 操作系统:/dev/cu. 开始

有关如何查看串口名称的详细信息,请见 与 ESP32-S2 创建串口连接

注解

请记住串口名,您会在下面的步骤中用到。

第七步:配置

请进入 第五步:开始创建工程 中提到的 hello_world 目录,并运行工程配置工具 menuconfig

Linux 和 MacOS 操作系统

cd ~/esp/hello_world
idf.py set-target esp32s2
idf.py menuconfig

Windows 操作系统

cd %userprofile%\esp\hello_world
idf.py set-target esp32s2
idf.py menuconfig

打开一个新项目后,应首先设置“目标”芯片 idf.py set-target esp32s2。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 选择“目标”芯片

如果之前的步骤都正确,则会显示下面的菜单:

工程配置 — 主窗口

工程配置 — 主窗口

menuconfig 工具的常见操作见下。

  • 上下箭头:移动

  • 回车:进入子菜单

  • ESC :返回上级菜单或退出

  • 英文问号:调出帮助菜单(退出帮助菜单,请按回车键)。

  • 空格``或 ``Y :选择 [*] 配置选项;N :禁用 [*] 配置选项

  • 英文问号 (查询配置选项):调出有关该选项的帮助菜单

  • / :寻找配置工程

第八步: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 bootloader、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。

第九步:烧录到设备

请使用以下命令,将刚刚生成的二进制文件烧录 (bootloader.bin, partition-table.bin 和 hello-world.bin) 至您的 ESP32-S2 开发板:

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

请将 PORT 替换为 ESP32-S2 开发板的串口名称,具体可见 第六步:连接设备

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

注解

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

Running esptool.py in directory [...]/esp/hello_world
Executing "python [...]/esp-idf/components/esptool_py/esptool/esptool.py -b 460800 write_flash @flash_project_args"...
esptool.py -b 460800 write_flash --flash_mode dio --flash_size detect --flash_freq 40m 0x1000 bootloader/bootloader.bin 0x8000 partition_table/partition-table.bin 0x10000 hello-world.bin
esptool.py v2.3.1
Connecting....
Detecting chip type... ESP32-S2
Chip is ESP32-S2D0WDQ6 (revision 1)
Features: WiFi, BT, Dual Core
Uploading stub...
Running stub...
Stub running...
Changing baud rate to 460800
Changed.
Configuring flash size...
Auto-detected Flash size: 4MB
Flash params set to 0x0220
Compressed 22992 bytes to 13019...
Wrote 22992 bytes (13019 compressed) at 0x00001000 in 0.3 seconds (effective 558.9 kbit/s)...
Hash of data verified.
Compressed 3072 bytes to 82...
Wrote 3072 bytes (82 compressed) at 0x00008000 in 0.0 seconds (effective 5789.3 kbit/s)...
Hash of data verified.
Compressed 136672 bytes to 67544...
Wrote 136672 bytes (67544 compressed) at 0x00010000 in 1.9 seconds (effective 567.5 kbit/s)...
Hash of data verified.

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

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。

注解

(目前不支持)如果您希望使用 Eclipse IDE,而非 idf.py,请参考 Eclipse 指南

第十步:监视器

您可以使用 idf.py -p PORT monitor 命令,监视 “hello_world” 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 /dev/ttyUSB0 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 /dev/ttyUSB0 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 esp32s2 chip with 1 CPU core(s), WiFi, silicon revision 0, 2MB external flash
Minimum free heap size: 253900 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。

注解

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-S2 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。

更新 ESP-IDF

乐鑫会不时推出更新版本的 ESP-IDF,修复 bug 或提出新的特性。因此,您在使用时,也应注意更新您本地的版本。最简单的方法是:直接删除您本地的 esp-idf 文件夹,然后按照 第二步:获取 ESP-IDF 中的指示,重新完成克隆。

此外,您可以仅更新变更部分。具体方式,请前往 更新 章节查看。

注意,更新完成后,请执行 install.sh (Windows 系统中为 install.bat)脚本,避免新版 ESP-IDF 所需的工具也有所更新。具体请参考 第三步:设置工具

一旦重新安装好工具,请使用“导出脚本”更新环境,具体请参考 第四步:设置环境变量