快速入门（传统 GNU Make）

[English]

备注

ESP-IDF V4.0 及之后版本的默认构建系统为 CMake。本文档主要针对之前基于 GNU Make 的传统构建系统。请注意，未来，我们可能不会继续支持基于 GNU Make 的构建系统。

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。

备注

这是ESP-IDF 稳定版本 v4.4.5 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

  • 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)

  • PC（Windows、Linux 或 macOS）

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。

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

macOS

备注

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 工具链自定义设置（传统 GNU Make 系统） 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：

mkdir -p ~/esp
cd ~/esp
git clone -b v4.4.5 --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。

备注

git clone 命令的 -b v4.4.5 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。

备注

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。

备注

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（传统 GNU Make） 章节，查看 Windows 、Linux 及 MacOS 操作系统的具体设置方式。

第四步：安装 Python 软件包

ESP-IDF 所需的 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

备注

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 python3, python3.7，例如:

python3 -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。

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 创建串口连接（传统 GNU Make 系统）。

备注

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 键：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 键：选择 [*] 配置选项；N 键：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

  • / 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。

烧录过程中可能遇到的问题

如果在运行给定命令时出现如“连接失败”这样的错误，原因之一则可能是运行 esptool.py 出现错误。esptool.py 是构建系统调用的程序，用于重置芯片、与 ROM 引导加载器交互以及烧录固件的工具。解决该问题的一个简单的方法就是按照以下步骤进行手动复位。如果问题仍未解决，请参考 Troubleshooting 获取更多信息。

esptool.py 通过使 USB 转串口转接器芯片（如 FTDI 或 CP210x）的 DTR 和 RTS 控制线生效来自动复位 ESP32（请参考 与 ESP32 创建串口连接（传统 GNU Make 系统） 获取更多详细信息)。DTR 和 RTS 控制线又连接到 ESP32 的 GPIO0 和 CHIP_PU (EN) 管脚上，因此 DTR 和 RTS 的电压电平变化会使 ESP32 进入固件下载模式。相关示例可查看 ESP32 DevKitC 开发板的 原理图。

一般来说，使用官方的 esp-idf 开发板不会出现问题。但是，esptool.py 在以下情况下不能自动重置硬件。

  • 您的硬件没有连接到 GPIO0 和 CIHP_PU 的 DTR 和 RTS 控制线

  • DTR 和 RTS 控制线的配置方式不同

  • 根本没有这样的串行控制线路

根据您硬件的种类，也可以将您 ESP32 开发板手动设置成固件下载模式（复位）。

  • 对于 Espressif 的开发板，您可以参考对应开发板的入门指南或用户指南。例如，可以通过按住 Boot 按钮 (GPIO0) 再按住 EN 按钮(CHIP_PU) 来手动复位 esp-idf 开发板。

  • 对于其他类型的硬件，可以尝试将 GPIO0 拉低。

常规操作

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。接着，开发板将会复位，应用程序 “hello_world” 开始启动。

esptool.py v3.0-dev
Flashing binaries to serial port /dev/ttyUSB0 (app at offset 0x10000)...
esptool.py v3.0-dev
Serial port /dev/cu.SLAB_USBtoUART
Connecting........____
Chip is ESP32D0WDQ6 (revision 1)
Features: WiFi, BT, Dual Core, Coding Scheme None
Crystal is 40MHz
MAC: 30:ae:a4:15:21:b4
Uploading stub...
Running stub...
Stub running...
Configuring flash size...
Auto-detected Flash size: 4MB
Flash params set to 0x0220
Compressed 26704 bytes to 15930...
Wrote 26704 bytes (15930 compressed) at 0x00001000 in 1.4 seconds (effective 151.9 kbit/s)...
Hash of data verified.
Compressed 147984 bytes to 77738...
Wrote 147984 bytes (77738 compressed) at 0x00010000 in 6.9 seconds (effective 172.7 kbit/s)...
Hash of data verified.
Compressed 3072 bytes to 103...
Wrote 3072 bytes (103 compressed) at 0x00008000 in 0.0 seconds (effective 1607.9 kbit/s)...
Hash of data verified.

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

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

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!
This is esp32 chip with 2 CPU cores, WiFi/BT/BLE, silicon revision 1, 4MB external flash
Restarting in 10 seconds...
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。

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:

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 flash 和 monitor 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

备注

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 或推出新的特性。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。

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。

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