快速入门

[English]

本文档旨在指导用户创建 ESP32 的软件环境。本文将通过一个简单的例子来说明如何使用 ESP-IDF (Espressif IoT Development Framework)，包括配置、编译、下载固件到开发板等步骤。

注解

这是ESP-IDF 稳定版本 v3.3.6 的文档，还有其他版本的文档 ESP-IDF Versions 供参考。

概述

ESP32 是一套 Wi-Fi (2.4 GHz) 和蓝牙 (4.2) 双模解决方案，集成了高性能的 CPU 内核、超低功耗协处理器和丰富的外设。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 设备的开发。乐鑫所研发的软件开发环境 ESP-IDF 能够帮助用户快速开发物联网 (IoT) 应用，满足用户对于 Wi-Fi、蓝牙、低功耗等性能的需求。

准备工作

开发 ESP32 应用程序需要准备：

  • 电脑：安装 Windows、Linux 或者 Mac 操作系统

  • 工具链：用于编译 ESP32 应用程序

  • ESP-IDF：包含 ESP32 API 和用于操作 工具链 的脚本

  • 文本编辑器：编写 C 语言程序，例如 Eclipse

  • ESP32 开发板 和将其连接到 电脑 的 USB 线

Development of applications for ESP32

开发应用程序

开发环境的准备工作包括以下三部分：

  1. 设置 工具链

  2. 从 GitHub 上获取 ESP-IDF

  3. 安装和配置 Eclipse

如果你偏好使用其它编辑器，可以跳过最后一步。

环境设置好后，就可以开始开发应用程序了。整个过程可以概括为如下四步：

  1. 配置 工程 并编写代码

  2. 编译 工程 并链接成一个 应用程序

  3. 烧写 应用程序 到 ESP32

  4. 监视/调试 应用程序

下文将全程指导你操作完成这些步骤。

开发板指南

如果你有下列任一 ESP32 开发板，请点击对应的链接，对照指南进行操作就可以让你的板子跑起来。

如果你使用其它开发板，请查看下面的内容。

设置工具链

用 ESP32 进行开发最快的方法是安装预编译的工具链。请根据你的操作系点击对应的链接，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

我们使用 ~/esp 目录来安装预编译的工具链、ESP-IDF 和示例程序。你也可以使用其它目录，但是需要注意调整相应的指令。

你可以安装预编译的工具链或者自定义你的环境，这完全取决于个人经验和偏好。如果你要自定义环境，请参考 Customized Setup of Toolchain。

工具链设置完成后，就可以 获取 ESP-IDF 了。

获取 ESP-IDF

工具链（包括用于编译和构建应用程序的程序）安装完后，你还需要 ESP32 相关的 API/库。API/库在 ESP-IDF 仓库 中。

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:

cd ~/esp
git clone -b v3.3.6 --recursive https://github.com/espressif/esp-idf.git

ESP-IDF 将会被下载到 ~/esp/esp-idf 目录下。

有关在给定情况下使用哪个 ESP-IDF 版本的信息，请参阅 ESP-IDF Versions 。

注解

注意这里有个 --recursive 选项。如果你克隆 ESP-IDF 时没有带这个选项，你还需要运行额外的命令来获取子模块：

cd esp-idf
git submodule update --init

注解

git clone 命令的 -b v3.3.6 选项告诉 git 从 ESP-IDF 仓库中克隆与此版本的文档对应的分支。

注解

作为备份，还可以从 Releases page 下载此稳定版本的 zip 文件。不要下载由 GitHub 自动生成的”源代码”的 zip 文件，它们不适用于 ESP-IDF。

设置 ESP-IDF 路径

工具链程序使用环境变量 IDF_PATH 来访问 ESP-IDF。这个变量应该设置在你的 PC 中，否则工程将不能编译。你可以在每次 PC 重启时手工设置，也可以通过在用户配置文件中定义 IDF_PATH 变量来永久性设置。要永久性设置，请参考 在用户配置文件中添加 IDF_PATH 文档中 Windows 或 Linux and MacOS 相关的指导进行操作。

安装依赖的 Python 软件包

ESP-IDF 所依赖的 Python 软件包位于 $IDF_PATH/requirements.txt 文件中，您可以通过运行以下命令来安装它们：

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

注解

请调用 ESP-IDF 使用的相同版本的 Python 解释器，解释器的版本号可以通过运行命令 python --version 来获得，根据结果，您可能要使用 python2, python2.7 或者类似的名字而不是 python,例如:

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

创建一个工程

现在可以开始创建 ESP32 应用程序了。为了快速开始，我们这里以 IDF 的 examples 目录下的 get-started/hello_world 工程为例进行说明。

将 get-started/hello_world 拷贝到 ~/esp 目录：

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

重要

esp-idf 构建系统不支持在路径中存在空格。

连接

还有几个步骤就完成了。在继续后续操作前，先将 ESP32 开发板连接到 PC，然后检查串口号，看看它能否正常通信。如果你不知道如何操作，请查看 Establish Serial Connection with ESP32 中的相关指导。请注意一下端口号，我们在下一步中会用到。

配置

在终端窗口中，输入 cd ~/esp/hello_world 进入 hello_world 所在目录，然后启动工程配置工具 menuconfig：

cd ~/esp/hello_world
make menuconfig

如果之前的步骤都正确，则会显示下面的菜单：

Project configuration - Home window

工程配置 - 主窗口

在菜单中，进入 Serial flasher config > Default serial port 配置串口（工程将会加载到该串口上）。输入回车确认选择，选择 < Save > 保存配置，然后选择 < Exit > 退出应用程序。

注解

在 Windows 系统中，端口号的名称类似 COM1，在 MacOS 中以 /dev/cu. 开始，而在 Linux 系统中，以 /dev/tty 开始。 （详细内容可以参考章节 与 ESP32 创建串口连接。）

下面是一些使用 menuconfig 的小技巧：

  • 使用 up & down 组合键在菜单中上下移动

  • 使用 Enter 键进入一个子菜单，Escape 键退出子菜单或退出整个菜单

  • 输入 ? 查看帮助信息，Enter 键退出帮助屏幕

  • 使用空格键或 Y 和 N 键来使能 (Yes) 和禁止 (No) 带有复选框 “[*]” 的配置项

  • 当光标在某个配置项上面高亮时，输入 ? 可以直接查看该项的帮助信息

  • 输入 / 搜索配置项

注意

如果 ESP32-DevKitC 板载的是 ESP32-SOLO-1 模组，请务必在烧写示例程序之前在 menuconfig 中使能单核模式（CONFIG_FREERTOS_UNICORE）。

编译和烧写

现在可以编译和烧写应用程序了，执行指令：

make flash

这条命令会编译应用程序和所有的 ESP-IDF 组件，生成 bootloader、分区表和应用程序 bin 文件，并将这些 bin 文件烧写到 ESP32 板子上。

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...

如果没有任何问题，在编译过程结束后将能看到类似上面的消息。最后，板子将会复位，应用程序 “hello_world” 开始启动。

如果你想使用 Eclipse IDE 而不是运行 make，请参考 Eclipse guide。

监视器

如果要查看 “hello_world” 程序是否真的在运行，输入命令 make monitor。这个命令会启动 IDF Monitor 程序：

$ 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
...

在启动消息和诊断消息后，你就能看到 “Hello world!” 程序所打印的消息：

...
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...

要退出监视器，请使用快捷键 Ctrl+]。

如果串口打印的不是上面显示的消息而是类似下面的乱码:

Garbled output

或者监视器程序启动失败，那么可能你的开发板用的是 26 MHz 晶振，而 ESP-IDF 默认的是 40 MHz 晶振。请退出监视器，回到 配置，将 CONFIG_ESP32_XTAL_FREQ_SEL 改为 26 MHz，然后再次 编译和烧写。请在 make menuconfig 的 Component config –> ESP32-specific –> Main XTAL frequency 中配置。

要一次性执行 make flash 和 make monitor，输入 make flash monitor。参考文档 IDF Monitor 里的快捷键和更多内容。

你已完成 ESP32 的入门！

现在你可以尝试其他的示例工程 examples，或者直接开发自己的应用程序。

更新 ESP-IDF

使用 ESP-IDF 一段时间后，你可能想要进行升级来获得新的性能或者对 bug 进行修复。最简单的更新方式是删除已有的 esp-idf 文件夹然后再克隆一个，即重复 获取 ESP-IDF 里的操作。

然后 在用户配置文件中添加 IDF_PATH，这样工具链脚本就能够知道这一版本的 ESP-IDF 的具体位置。

另外一种方法是只更新有改动的部分。更新步骤取决于现在用的ESP-IDF版本。