# 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

- 第二步：获取 ESP-IDF

- 第三步：设置工具

- 第四步：设置环境变量

- 第五步：开始使用 ESP-IDF 吧

## 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。可以参考以下安装指南，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-pip python3-venv 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当前所用系统，请参考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，可以运行:

  >       brew install cmake ninja dfu-util

  > - 若有 MacPorts，可以运行:

  >       sudo port install cmake ninja dfu-util

  > - 若以上均不适用，请访问 CMake 和 Ninja 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 ccache` 或 `sudo port install ccache` 完成安装。

备注

如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

运行如下命令，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当前使用的 Python 版本:

    python --version

如果输出结果是 `Python 2.7.17`，则代表默认解析器是 Python 2.7。这时需要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 -b v5.4.2 --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，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

备注

推荐国内用户使用国内的下载服务器，以加快下载速度。

    cd ~/esp/esp-idf
    export IDF_GITHUB_ASSETS="dl.espressif.cn/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。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，导出环境变量 IDF_TOOLS_PATH。注意，请确保用户账号已经具备了读写该路径的权限。

    export IDF_TOOLS_PATH="$HOME/required_idf_tools_path"
    ./install.sh

    . ./export.sh

如果修改了 `IDF_TOOLS_PATH` 变量，请在运行任意 ESP-IDF 工具或脚本前，将该变量导出到环境变量中。

备注

如未导出环境变量，大多数 shell 将不支持在变量赋值中使用 `IDF_TOOLS_PATH`，例如 `IDF_TOOLS_PATH="$HOME/required_idf_tools_path" ./install.sh`。因为即便在源脚本中导出或修改了该变量，当前的执行环境也不受变量赋值影响。

## 第四步：设置环境变量

此时，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！

如果需要经常运行 ESP-IDF，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 ESP-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

现在你已经具备了使用 ESP-IDF 的所有条件，接下来将介绍如何开始第一个工程。

本指南将介绍如何初步上手 ESP-IDF，包括如何使用 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，可以准备开发 ESP32-S2 应用程序了。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。

将 get-started/hello_world 工程复制至本地的 `~/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，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 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： 以 `/dev/tty` 开头

- macOS 操作系统： 以 `/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，以便后续使用。

## 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）。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 选择目标芯片：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

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

终端窗口中显示出的菜单颜色可能会与上图不同。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。

如果使用的是支持的开发板，可以通过板级支持包 (BSP) 来协助开发。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 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，请参考下文中的“其他提示”。也可以前往 烧录故障排除 或 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，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

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 替换为自己的串口名称。

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，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, 2 MB external flash
    Minimum free heap size: 253900 bytes
        Restarting in 9 seconds...
        Restarting in 8 seconds...
        Restarting in 7 seconds...

使用快捷键 `Ctrl+]`，可退出 ESP-IDF 监视器。

备注

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 ESP-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。

恭喜完成 ESP32-S2 的入门学习！

现在，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

使用某些 Linux 版本向 ESP32-S2 烧录固件时，可能会出现类似 `Could not open port <PORT>: Permission denied: '<PORT>'` 错误消息。此时可以在 Linux 将用户添加至 dialout 组或 uucp 组 来解决此类问题。

### 兼容的 Python 版本

ESP-IDF 支持 Python 3.8 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

可以使用 板级支持包 (BSP)，协助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，可以前往 乐鑫组件注册表 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，ESP-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，在使用时，也应注意更新本地版本。最简单的方法是：直接删除本地的 `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。

## 相关文档

- 与 ESP32-S2 创建串口连接

- Eclipse Plugin

- VSCode Extension

- IDF 监视器

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