快速入门

[English]

本文档旨在指导用户搭建 ESP32 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 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。 This is documentation for the master branch (latest version) of ESP-IDF. This version is under continual development. Stable version documentation is ‘ ‘available, as well as other ESP-IDF 版本简介.

概述

ESP32 SoC 芯片支持以下功能:

  • 2.4 GHz Wi-Fi
  • 蓝牙 4.2 标准
  • 高性能双核
  • 超低功耗协处理器
  • 多种外设

ESP32 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 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 开发板
  • USB 数据线 (USB A/Micro USB B)
  • PC(Windows、Linux 或 Mac OS)

软件:

  • 设置 工具链,用于编译 ESP32 应用程序
  • 获取 ESP-IDF 软件开发框架。该框架已经基本包含 ESP32 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 应用程序开发

ESP32 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:设置工具链

工具链指一套用于编译代码和应用程序的程序。

为了加快开发进度,您可以直接使用乐鑫提供的预制工具链。请根据您的操作系统,点击下方对应的链接,并按照链接中的指导进行安装。

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。

此外, 您也可以根据自身经验和实际需求,对环境进行个性化设置,而非使用预制工具链。此时,请前往 工具链的个性化设置 章节获取更多信息。

第二步:获取 ESP-IDF

除了工具链,您还需要供 ESP32 使用的 API(软件库和源代码),具体请见 ESP-IDF 仓库

获取本地副本:打开终端,切换到你要存放 ESP-IDF 的工作目录,使用 git clone 命令克隆远程仓库。

打开终端,后运行以下命令:

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。

注解

此命令将克隆 master 分支,该分支保存着 ESP-IDF 的最新版本,它功能齐全,每周都会更新一些新功能并修正一些错误。

注解

GitHub 中”下载 zip 文档”的功能不适用于 ESP-IDF,所以需要使用 git clone 命令。作为备份,可以在没有安装 Git 的环境中下载 Stable version 的 zip 归档文件。

注解

在克隆远程仓库时,不要忘记加上 --recursive 选项。否则,请接着运行以下命令,获取所有子模块:

cd esp-idf
git submodule update --init

第三步:设置环境变量

工具链通过环境变量 IDF_PATH 获得 ESP-IDF 的目录。因此,您需要在 PC 中设置该环境变量,否则无法编译工程。

您可以在每次重启会话时手动设置,也可以在用户配置中进行永久设置,具体请前往 在用户配置文件中添加 IDF_PATH 章节,查看 WindowsLinux 及 MacOS 操作系统的具体设置方式。

第四步:安装 Python 软件包

ESP-IDF 所需 Python 软件包位于 IDF_PATH/requirements.txt 中。您可以运行以下命令进行安装:

python -m pip install --user -r $IDF_PATH/requirements.txt

注解

请注意查询您所使用的 Python 解释器的版本(运行命令 python --version),并根据查询结果将上方命令中的 python 替换为 python2, python2.7,例如:

python2.7 -m pip install --user -r $IDF_PATH/requirements.txt

第五步:开始创建工程

现在,您可以开始准备开发 ESP32 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 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 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
make menuconfig

Windows 操作系统

cd %userprofile%\esp\hello_world
make menuconfig

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

进入菜单后,选择 Serial flasher config > Default serial port 配置串口(设备将通过该串口加载工程)。按回车键确认选择,点击 < Save > 保存配置,然后点击 < Exit > 退出 menuconfig

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Y 键``或``N :使能/禁用 [*] 配置选项
  • 英文问号 :调出有关高亮选项的帮助菜单
  • / :寻找配置项目

注解

如果您是 Arch Linux 用户,请前往 SDK tool configuration,并将 Python 2 interpreter 的名称从 python 替换为 python2

注意

如果您使用的是 ESP32-DevKitC(板载 ESP32-SOLO-1 模组),请在烧写示例程序前,前往 menuconfig 中使能单核模式(CONFIG_FREERTOS_UNICORE)。

第八步:编译和烧录

请使用以下命令,编译烧录工程:

make flash

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。接着,这些二进制文件将被烧录至 ESP32 开发板。

如果一切顺利,您可在烧录完成后看到类似下方的打印信息(代表加载进程)。接着,开发板将会复位,应用程序 “hello_world” 开始启动。

esptool.py v2.0-beta2
Flashing binaries to serial port /dev/ttyUSB0 (app at offset 0x10000)...
esptool.py v2.0-beta2
Connecting........___
Uploading stub...
Running stub...
Stub running...
Changing baud rate to 921600
Changed.
Attaching SPI flash...
Configuring flash size...
Auto-detected Flash size:4MB
Flash params set to 0x0220
Compressed 11616 bytes to 6695...
Wrote 11616 bytes (6695 compressed) at 0x00001000 in 0.1 seconds (effective 920.5 kbit/s)...
Hash of data verified.
Compressed 408096 bytes to 171625...
Wrote 408096 bytes (171625 compressed) at 0x00010000 in 3.9 seconds (effective 847.3 kbit/s)...
Hash of data verified.
Compressed 3072 bytes to 82...
Wrote 3072 bytes (82 compressed) at 0x00008000 in 0.0 seconds (effective 8297.4 kbit/s)...
Hash of data verified.

Leaving...
Hard resetting...

如果您希望使用 Eclipse IDE,而非 make 编译系统,请参考 Eclipse 指南

第九步:监视器

您可以使用 make monitor 命令,监视 “hello_world” 的运行情况。

运行该命令后,IDF 监视器 应用程序将启动:

$ make monitor
MONITOR
--- 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...
I (211) cpu_start:Starting scheduler on APP CPU.
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。

如果 IDF 监视器在烧录后很快发生错误,或打印信息全是乱码(见下),很有可能是因为您的开发板选用了 26 MHz 晶振,而 ESP-IDF 默认支持大多数开发板使用的 40 MHz 晶振。

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~zY��Y(1�,1�� e���)(Xn@�y.!Dr�zY(�jpi�|�+z5Ymvp

此时,请您:

  1. 退出监视器。
  2. 打开 menuconfig
  3. 进入 Component config –> ESP32-specific –> Main XTAL frequency 进行配置,将 CONFIG_ESP32_XTAL_FREQ_SEL 设置为 26 MHz。
  4. 然后,请重新 编译和烧录 应用程序。

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:

make 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。

恭喜,您已完成 ESP32 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。

环境变量

用户可以在使用 make 命令时 直接设置 部分环境变量,而无需进入 make menuconfig 进行重新配置。这些变量包括:

变量 描述与使用方式
ESPPORT 覆盖 flashmonitor 命令使用的串口。
例:make flash ESPPORT=/dev/ttyUSB1, make monitor ESPPORT=COM1
ESPBAUD 覆盖烧录 ESP32 时使用的串口速率。
例:make flash ESPBAUD=9600
MONITORBAUD 覆盖监控时使用的串口速率。
例:make monitor MONITORBAUD=9600

注解

您可导出环境变量(例:export ESPPORT=/dev/ttyUSB1)。 在同一会话窗口中,如果未被同步覆盖,所有 make 命令均会使用导出的环境变量值。

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,在使用时,您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。

如果您希望将 ESP-IDF 克隆到新的路径下,请务必 重新设置 IDF_PATH。否则,工具链将无法找到 ESP-IDF。

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。