Linux 和 macOS 平台工具链的标准设置

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详细安装步骤

请根据下方详细步骤,完成安装过程。

设置开发环境

以下是为 ESP32-S2 设置 ESP-IDF 的具体步骤。

第一步:安装准备

为了在 ESP32-S2 中使用 ESP-IDF,需要根据操作系统安装一些软件包。以下安装指南可协助您安装 Linux 和 macOS 的系统上所有需要的软件包。

Linux 用户

编译 ESP-IDF 需要以下软件包。请根据使用的 Linux 发行版本,选择合适的安装命令。

  • Ubuntu 和 Debian:

    sudo apt-get install git wget flex bison gperf python3 python3-venv python3-setuptools cmake ninja-build ccache libffi-dev libssl-dev dfu-util libusb-1.0-0
    
  • CentOS 7 & 8:

    sudo yum -y update && sudo yum install git wget flex bison gperf python3 python3-setuptools cmake ninja-build ccache dfu-util libusbx
    

目前仍然支持 CentOS 7,但为了更好的用户体验,建议使用 CentOS 8。

  • Arch:

    sudo pacman -S --needed gcc git make flex bison gperf python cmake ninja ccache dfu-util libusb
    

备注

  • 使用 ESP-IDF 需要 CMake 3.16 或以上版本。较早的 Linux 发行版可能需要升级自身的软件源仓库,或开启 backports 套件库,或安装 “cmake3” 软件包(不是安装 “cmake”)。

  • 如果上述列表中没有您使用的系统,请参考您所用系统的相关文档,查看安装软件包所用的命令。

macOS 用户

ESP-IDF 将使用 macOS 上默认安装的 Python 版本。

  • 安装 CMake 和 Ninja 编译工具:

    • 若有 HomeBrew,您可以运行:

      brew install cmake ninja dfu-util
      
    • 若有 MacPorts,您可以运行:

      sudo port install cmake ninja dfu-util
      
    • 若以上均不适用,请访问 CMakeNinja 主页,查询有关 macOS 平台的下载安装问题。

  • 强烈建议同时安装 ccache 以获得更快的编译速度。如有 HomeBrew,可通过 MacPorts 上的 brew install ccachesudo port install ccache 完成安装。

备注

如您在上述任何步骤中遇到以下错误:

xcrun: error: invalid active developer path (/Library/Developer/CommandLineTools), missing xcrun at: /Library/Developer/CommandLineTools/usr/bin/xcrun

则必须安装 XCode 命令行工具,可运行 xcode-select --install 命令进行安装。

Apple M1 用户

如果您使用的是 Apple M1 系列且看到如下错误提示:

WARNING: directory for tool xtensa-esp32-elf version esp-2021r2-patch3-8.4.0 is present, but tool was not found
ERROR: tool xtensa-esp32-elf has no installed versions. Please run 'install.sh' to install it.

或者:

zsh: bad CPU type in executable: ~/.espressif/tools/xtensa-esp32-elf/esp-2021r2-patch3-8.4.0/xtensa-esp32-elf/bin/xtensa-esp32-elf-gcc

您需要运行如下命令来安装 Apple Rosetta 2:

/usr/sbin/softwareupdate --install-rosetta --agree-to-license

安装 Python 3

Catalina 10.15 发布说明 中表示不推荐使用 Python 2.7 版本,在未来的 macOS 版本中也不会默认包含 Python 2.7。执行以下命令来检查您当前使用的 Python 版本:

python --version

如果输出结果是 Python 2.7.17,则代表您的默认解析器是 Python 2.7。这时需要您运行以下命令检查电脑上是否已经安装过 Python 3:

python3 --version

如果运行上述命令出现错误,则代表电脑上没有安装 Python 3。

请根据以下步骤安装 Python 3:

  • 使用 HomeBrew 进行安装的方法如下:

    brew install python3
    
  • 使用 MacPorts 进行安装的方法如下:

    sudo port install python38
    

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。

打开终端,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。

第三步:设置工具

除了 ESP-IDF 本身,您还需要为支持 ESP32-S2 的项目安装 ESP-IDF 使用的各种工具,比如编译器、调试器、Python 包等。

cd ~/esp/esp-idf
./install.sh esp32s2

或使用 Fish shell:

cd ~/esp/esp-idf
./install.fish esp32s2

上述命令仅仅为 ESP32-S2 安装所需工具。如果需要为多个目标芯片开发项目,则可以一次性指定多个目标,如下所示:

cd ~/esp/esp-idf
./install.sh esp32,esp32s2

或使用 Fish shell:

cd ~/esp/esp-idf
./install.fish esp32,esp32s2

如果需要一次性为所有支持的目标芯片安装工具,可以运行如下命令:

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

或使用 Fish shell:

cd ~/esp/esp-idf
./install.fish all

备注

对于 macOS 用户,如您在上述任何步骤中遇到以下错误:

<urlopen error [SSL: CERTIFICATE_VERIFY_FAILED] certificate verify failed: unable to get local issuer certificate (_ssl.c:xxx)

可运行您电脑 Python 文件夹中的 Install Certificates.command 安装证书。了解更多信息,请参考 安装 ESP-IDF 工具时出现的下载错误

下载工具备选方案

ESP-IDF 工具安装器会下载 Github 发布版本中附带的一些工具,如果访问 Github 较为缓慢,可以设置一个环境变量,从而优先选择 Espressif 的下载服务器进行 Github 资源下载。

备注

该设置只影响从 Github 发布版本中下载的单个工具,它并不会改变访问任何 Git 仓库的 URL。

要在安装工具时优先选择 Espressif 下载服务器,请在运行 install.sh 时使用以下命令:

cd ~/esp/esp-idf
export IDF_GITHUB_ASSETS="dl.espressif.com/github_assets"
./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的根目录中,即 Linux 系统中的 $HOME/.espressif 目录。您可以选择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,请确保您的用户账号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 提供的另一个脚本进行设置。

请在需要运行 ESP-IDF 的终端窗口运行以下命令:

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

对于 fish shell(仅支持 fish 3.0.0 及以上版本),请运行以下命令:

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

注意,命令开始的 “.” 与路径之间应有一个空格!

如果您需要经常运行 ESP-IDF,您可以为执行 export.sh 创建一个别名,具体步骤如下:

  1. 复制并粘贴以下命令到 shell 配置文件中(.profile.bashrc.zprofile 等)

    alias get_idf='. $HOME/esp/esp-idf/export.sh'
    
  2. 通过重启终端窗口或运行 source [path to profile],如 source ~/.bashrc 来刷新配置文件。

现在您可以在任何终端窗口中运行 get_idf 来设置或刷新 esp-idf 环境。

不建议直接将 export.sh 添加到 shell 的配置文件。这样做会导致在每个终端会话中都激活 IDF 虚拟环境(包括无需使用 IDF 的会话)。这违背了使用虚拟环境的目的,还可能影响其他软件的使用。

第五步:开始使用 ESP-IDF 吧

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-S2 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-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。

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 ~/esp
cp -r $IDF_PATH/examples/get-started/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-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:

  • Linux 操作系统:/dev/tty 开头

  • macOS 操作系统:/dev/cu. 开头

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

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-S2 为目标芯片,然后运行工程配置工具 menuconfig

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

打开一个新工程后,应首先使用 idf.py set-target esp32s2 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。

如果您使用的是支持的开发板,可以通过板级支持包 (BSP) 来协助您的开发。更多信息,请见 其他提示

控制台输出配置

如需使用 USB 烧录 ESP32-S2,请将控制台的输出通道改为 USB。对于 ESP32-S2,默认的控制台输出通道为 UART。

  1. 前往选项 Channel for console output

    Component config > ESP System Settings > Channel for console output

  2. 将默认选项 UART 改为:

    USB CDC

  3. 保存设置,退出 menuconfig 界面。

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

请运行以下命令,将刚刚生成的二进制文件烧录至您的 ESP32-S2 开发板:

idf.py -p PORT flash

请将 PORT 替换为 ESP32-S2 开发板的串口名称。如果 PORT 未经定义,idf.py 将尝试使用可用的串口自动连接。

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

若在烧录过程中遇到问题,请前往 烧录故障排除与 ESP32-S2 创建串口连接 获取更多详细信息。

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 esp32s2 -p /dev/ttyUSB0 -b 460800 --before=default_reset --after=hard_reset write_flash --flash_mode dio --flash_freq 40m --flash_size 2MB 0x8000 partition_table/partition-table.bin 0x1000 bootloader/bootloader.bin 0x10000 hello_world.bin
esptool.py v3.0-dev
Serial port /dev/ttyUSB0
Connecting....
Chip is ESP32-S2
Features: WiFi
Crystal is 40MHz
MAC: 18:fe:34:72:50:e3
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 3851.6 kbit/s)...
Hash of data verified.
Compressed 22592 bytes to 13483...
Writing at 0x00001000... (100 %)
Wrote 22592 bytes (13483 compressed) at 0x00001000 in 0.3 seconds (effective 595.1 kbit/s)...
Hash of data verified.
Compressed 140048 bytes to 70298...
Writing at 0x00010000... (20 %)
Writing at 0x00014000... (40 %)
Writing at 0x00018000... (60 %)
Writing at 0x0001c000... (80 %)
Writing at 0x00020000... (100 %)
Wrote 140048 bytes (70298 compressed) at 0x00010000 in 1.7 seconds (effective 662.5 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 Plugin,以及 VSCode Extension

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 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。

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-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。

重要

一些示例程序不支持 ESP32-S2,因为 ESP32-S2 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-S2, 或者不存在这个表格,那么即表示 ESP32-S2 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-S2 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。

上手板级支持包

您可以使用 板级支持包 (BSP),协助您在开发板上的原型开发。仅需要调用几个函数,便可以完成对特定开发板的初始化。

一般来说,BSP 支持开发板上所有硬件组件。除了管脚定义和初始化功能外,BSP 还附带如传感器、显示器、音频编解码器等外部元件的驱动程序。

BSP 通过 IDF 组件管理器 发布,您可以前往 IDF 组件注册器 进行下载。

以下示例演示了如何将 ESP32-S2-Kaluga-Kit BSP 添加到项目中:

idf.py add-dependency esp32_s2_kaluga_kit

更多有关使用 BSP 的示例,请前往 BSP 示例文件夹

擦除 flash

ESP-IDF 支持擦除 flash。请运行以下命令,擦除整个 flash:

idf.py -p PORT erase-flash

若存在需要擦除的 OTA 数据,请运行以下命令:

idf.py -p PORT erase-otadata

擦除 flash 需要一段时间,在擦除过程中,请勿断开设备连接。

建议:更新 ESP-IDF

乐鑫会不时推出新版本的 ESP-IDF,修复 bug 或提供新的功能。请注意,EESP-IDF 的每个主要版本和次要版本都有相应的支持期限。支持期限满后,版本停止更新维护,用户可将项目升级到最新的 ESP-IDF 版本。更多关于支持期限的信息,请参考 ESP-IDF 版本

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。

另一种方法是仅更新变更的部分。具体方式,请前往 更新 ESP-IDF 章节查看。具体更新步骤会根据您使用的 ESP-IDF 版本有所不同。

注意,更新完成后,请再次运行安装脚本,以防新版 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

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