# Windows 平台工具链的标准设置

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## 概述

ESP-IDF 需要安装一些必备工具，才能围绕 ESP32-S2 构建固件，包括 Python、Git、交叉编译器、CMake 和 Ninja 编译工具等。

本入门指南介绍了如何通过 命令提示符 进行有关操作。不过，安装 ESP-IDF 后，还可以使用 Eclipse Plugin 或其他支持 CMake 的图形化工具 IDE。

备注

限定条件：

- 请注意 ESP-IDF 和 ESP-IDF 工具的安装路径不能超过 90 个字符，安装路径过长可能会导致构建失败。

- Python 或 ESP-IDF 的安装路径中一定不能包含空格或括号。

- 除非操作系统配置为支持 Unicode UTF-8，否则 Python 或 ESP-IDF 的安装路径中也不能包括特殊字符（非 ASCII 码字符）

系统管理员可以通过如下方式将操作系统配置为支持 Unicode UTF-8：`Control Panel` > 更改 `date`、`time`、或 `number` 格式 > `Administrative tab` > 更改 `system locale` > 勾选选项 `Beta: Use Unicode UTF-8 for worldwide language support` > `Ok` > 重启电脑。

## ESP-IDF 工具安装器

安装 ESP-IDF 必备工具最简易的方式是下载一个 ESP-IDF 工具安装器。

| Windows Installer Download

### 在线安装与离线安装的区别

在线安装程序非常小，可以安装 ESP-IDF 的所有版本。在安装过程中，安装程序只下载必要的依赖文件，包括 Git For Windows 安装器。在线安装程序会将下载的文件存储在缓存目录 `%userprofile%/espressif` 中。

离线安装程序不需要任何网络连接。安装程序中包含了所有需要的依赖文件，包括 Git For Windows 安装器。

### 安装内容

安装程序会安装以下组件：

- 内置的 Python

- 交叉编译器

- OpenOCD

- CMake 和 Ninja 编译工具

- ESP-IDF

安装程序允许将程序下载到现有的 ESP-IDF 目录。推荐将 ESP-IDF 下载到 `%userprofile%\Desktop\esp-idf` 目录下，其中 `%userprofile%` 代表家目录。

### 启动 ESP-IDF 环境

安装结束时，如果勾选了 `Run ESP-IDF PowerShell Environment` 或 `Run ESP-IDF Command Prompt (cmd.exe)`，安装程序会在选定的提示符窗口启动 ESP-IDF。

`Run ESP-IDF PowerShell Environment`:

完成 ESP-IDF 工具安装向导时运行 Run ESP-IDF PowerShell Environment

ESP-IDF PowerShell

`Run ESP-IDF Command Prompt (cmd.exe)`:

完成 ESP-IDF 工具安装向导时运行 Run ESP-IDF Command Prompt (cmd.exe)

ESP-IDF 命令提示符窗口

## 使用命令提示符

在后续步骤中，将介绍如何使用 Windows 的命令提示符进行操作。

ESP-IDF 工具安装器可在“开始”菜单中，创建一个打开 ESP-IDF 命令提示符窗口的快捷方式。本快捷方式可以打开 Windows 命令提示符（即 cmd.exe），并运行 `export.bat` 脚本以设置各环境变量（比如 `PATH`，`IDF_PATH` 等）。此外，还可以通过 Windows 命令提示符使用各种已经安装的工具。

注意，本快捷方式仅适用 ESP-IDF 工具安装器中指定的 ESP-IDF 路径。如果电脑上存在多个 ESP-IDF 路径（比如需要不同版本的 ESP-IDF），有以下两种解决方法：

1. 为 ESP-IDF 工具安装器创建的快捷方式创建一个副本，并将新快捷方式的 ESP-IDF 工作路径指定为希望使用的 ESP-IDF 路径。

2. 或者，可以运行 `cmd.exe`，并切换至希望使用的 ESP-IDF 目录，然后运行 `export.bat`。注意，这种方法要求 `PATH` 中存在 Python 和 Git。如果在使用时遇到有关“找不到 Python 或 Git”的错误信息，请使用第一种方法。

## 开始使用 ESP-IDF

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 %userprofile%\esp
    xcopy /e /i %IDF_PATH%\examples\get-started\hello_world 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。

在 Windows 操作系统中，串口名称通常以 `COM` 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`。

### Windows

    cd %userprofile%\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。

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 3.9 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。

## 相关文档

想要自定义安装流程的高阶用户可参照：

- 在 Windows 环境下更新 ESP-IDF 工具

- 与 ESP32-S2 创建串口连接

- Eclipse Plugin

- VSCode Extension

- IDF 监视器

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