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 稳定版本 v4.0.3 的文档，还有其他版本的文档 ESP-IDF 版本简介 供参考。

概述

ESP32 SoC 芯片支持以下功能：

  • 2.4 GHz Wi-Fi

  • 蓝牙 4.2

  • 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 (A 转 Micro-B)

  • 电脑 （Windows、Linux 或 macOS）

软件：

  • 设置 工具链，用于编译 ESP32 代码；

  • 编译工具 —— CMake 和 Ninja 编译工具，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：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

macOS

第二步：获取 ESP-IDF

在围绕 ESP32 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。

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。

Linux 和 macOS 操作系统

打开终端后运行以下命令：

cd ~/esp
git clone -b v4.0.3 --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

除了能安装必要工具外，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

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，Linux 和 macOS 系统为 $HOME/.espressif，Windows 系统为 %USERPROFILE%\.espressif。此外，您也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 install.bat/install.sh 和 export.bat/export.sh 脚本时均保持一致。

第四步：设置环境变量

此时，由于您刚刚安装的工具尚未添加至 PATH 环境变量，所以无法通过“命令窗口”使用这些工具。因此，必须设置一些环境变量，而这可以通过 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

Linux 和 macOS 操作系统

请在您需要运行 ESP-IDF 的终端窗口运行以下命令：

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

注意，命令开始的 “.” 与路径之间应有一个空格！

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。

这里不建议您直接将 export.sh 添加到 shell 的配置文件。因为这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 的情况），从而破坏使用虚拟环境的目的，并可能影响其他软件的使用。

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。

将 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 等

  • Linux 操作系统： 以 /dev/tty 开始

  • macOS 操作系统： 以 /dev/cu. 开始

有关如何查看串口名称的详细信息，请见 与 ESP32 建立串口连接。

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 menuconfig

Windows 操作系统

cd %userprofile%\esp\hello_world
idf.py 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

menuconfig 工具的常见操作见下。

  • 上下箭头：移动

  • 回车：进入子菜单

  • ESC 键：返回上级菜单或退出

  • 英文问号：调出菜单或选项的帮助菜单，按回车键可退出帮助菜单。

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

  • / 键：寻找配置工程

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至您的 ESP32 开发板：

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

请将 PORT 替换为 ESP32 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
Chip is ESP32D0WDQ6 (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。

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...
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采用了 26 MHz 晶振，而 ESP-IDF 默认支持大多数开发板使用的 40 MHz 晶振。

乱码输出

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:

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 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

乐鑫会不定期推出更新版本的 ESP-IDF，修复 bug 或提供新的特性。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。具体方式取决于您使用的 ESP-IDF 版本，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，以防新版 ESP-IDF 所需的工具也有更新。具体请参考 第三步：设置工具。

一旦重新安装好工具，请使用 export.sh （Windows 系统中为 export.bat）脚本更新环境，具体请参考 第四步：设置环境变量。

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