入门指南

在本章中，我们将介绍 ESP32 的开发环境，并帮助您了解 ESP32 可用的开发工具和代码仓库。

开发过程概述

使用 ESP32 开发产品时，常用的开发环境如下图所示：

上图电脑，即开发主机可以是 Linux、Windows 或 MacOS 操作系统。ESP32 开发板通过 USB 连接到开发主机，开发主机上有 ESP-IDF (乐鑫 SDK)、编译器工具链和项目代码。主机先编译代码生成可执行文件，然后电脑上的工具把生成的文件烧到板子上，然后板子开始执行文件。最后你可以从主机查看日志。

ESP-IDF 介绍

ESP-IDF 是乐鑫为 ESP32 系列芯片提供的物联网开发框架。

ESP-IDF 包含一系列库及头文件，提供了基于 ESP32 构建软件项目所需的核心组件。
ESP-IDF 还提供了开发和量产过程中最常用的工具及功能，例如：构建、烧录、调试和测量等。

ESP-IDF 版本要求

ESP-Jumpstart 需要 ESP-IDF v5.1 或更高版本。推荐使用最新的稳定版本以获得最佳性能和最新功能。

支持的 ESP32 系列芯片

ESP-Jumpstart 支持以下 ESP32 系列芯片：

ESP32: Wi-Fi + Bluetooth Classic + BLE
ESP32-S2: Wi-Fi（无蓝牙功能）
ESP32-S3: Wi-Fi + BLE
ESP32-C2: Wi-Fi + BLE
ESP32-C3: Wi-Fi + BLE
ESP32-C6: Wi-Fi + BLE

每种芯片会根据其功能自动选择合适的 GPIO 默认值和配网传输方式。

设置 ESP-IDF

请参照 ESP-IDF 入门指南，按照步骤设置 ESP-IDF。注：请完成链接页面的所有步骤。

在进行下面步骤之前，请确认您已经正确设置了开发主机，并按照上面链接中的步骤构建了第一个应用程序。如果上面步骤已经完成，那让我们继续探索 ESP-IDF。

ESP-IDF 详解

ESP-IDF 采用了一种基于组件的架构：

ESP-IDF 中的所有软件均以”组件”的形式提供，比如操作系统、网络协议栈、Wi-Fi 驱动程序、以及 HTTP 服务器等中间件等等。

在这种基于”组件”的架构下，你可以轻松使用更多自己研发或第三方提供的组件。

ESP 组件注册表

ESP 组件注册表是 ESP-IDF 的官方组件仓库，提供了经过验证的高质量组件。ESP-Jumpstart 使用组件注册表中的现代组件替代了原有的自定义组件：

已替换的组件：

components/ws2812_led/ → espressif/led_strip: "^3.0.0"
components/button/ → espressif/button: "^4.1.3"
components/qrcode/ → espressif/qrcode: "^0.1.0~2"
内置 wifi_provisioning → espressif/network_provisioning: "^1.0.0"

组件管理器的优势：

自动依赖管理: 组件管理器自动下载和管理依赖项
版本控制: 确保组件版本兼容性和可重现构建
质量保证: 组件注册表中的组件经过测试和验证
简化项目结构: 无需在项目中维护大量自定义组件代码

使用组件管理器：

组件依赖项在每个示例的 main/idf_component.yml 文件中定义：

dependencies:
  espressif/led_strip: "^3.0.0"
  espressif/button: "^4.1.3"
  espressif/qrcode: "^0.1.0~2"
  espressif/network_provisioning: "^1.0.0"

构建时，组件管理器会自动下载这些依赖项到 managed_components/ 目录。

开发人员通常借助 ESP-IDF 构建 应用程序，包含业务逻辑、外设驱动程序和 SDK 配置。

应用程序必须包含一个 main 组件，这是保存应用程序逻辑的主要组件。除此之外，应用程序根据自身需求还可以包含其他组件。应用程序的 CMakeLists.txt 文件定义了应用程序的构建指令，此外，应用程序还包含一个可选的 sdkconfig.defaults 文件，用于存放应用程序默认的 SDK 配置。

获取 ESP-Jumpstart 库

ESP-Jumpstart 库包含了一系列由 ESP-IDF 构建的 应用程序，我们将在本次练习中使用这些应用程序。首先克隆 ESP-Jumpstart 库：

$ git clone --recursive https://github.com/espressif/esp-jumpstart

我们将构建一个可用于量产的固件，因此选择使用 ESP-IDF 稳定版本进行开发。请确保您使用的是 ESP-IDF v5.1 或更高版本。

现在，我们构建 ESP-Jumpstart 中的第一个应用程序 Hello World，并将其烧录到开发板上，具体步骤如下，相信您已经熟悉这些步骤：

$ cd esp-jumpstart/1_hello_world
$ export ESPPORT=/dev/cu.SLAB_USBTOUART   # Or the correct device name for your setup
$ export ESPBAUD=921600
$ idf.py set-target esp32    # 或其他支持的目标芯片
$ idf.py menuconfig
$ idf.py build flash monitor

上面的步骤将构建整个 SDK 和应用程序，组件管理器会自动下载所需的依赖项。构建成功后，将会把生成的固件烧录到开发板。

烧录成功后，设备将重启。同时，你还可以在控制台看到该固件的输出。

代码

现在，让我们研究一下 Hello World 应用程序的代码，只有如下几行：

#include <stdio.h>
#include "freertos/FreeRTOS.h"
#include "freertos/task.h"


void app_main()
{
    int i = 0;
    while (1) {
        printf("[%d] Hello world!\n", i);
        i++;
        vTaskDelay(5000 / portTICK_PERIOD_MS);
    }
}

这组代码非常简单，下面是一些要点：

app_main() 函数是应用程序入口点，所有应用程序都从这里开始执行。FreeRTOS 内核在 ESP32 双核上运行之后将调用此函数，FreeRTOS 一旦完成初始化，即将在 ESP32 的其中一个核上新建一个应用程序线程，称为主线程，并在这一线程中调用 app_main() 函数。应用程序线程的堆栈可以通过 SDK 的配置信息进行配置。
printf()、strlen()、time() 等 C 库函数可以直接调用。IDF 使用 newlib C 标准库，newlib 是一个占用空间较低的 C 标准库，支持 stdio、stdlib、字符串操作、数学、时间/时区、文件/目录操作等 C 库中的大多数函数，不支持 signal、locale、wchr 等。在上面示例中，我们使用 printf() 函数将数据输出打印到控制台。
FreeRTOS 是驱动 ESP32 双核的操作系统。FreeRTOS 是一个很小的内核，提供了任务创建、任务间通信（信号量、信息队列、互斥量）、中断和定时器等机制。在上面示例中，我们使用 vTaskDelay 函数让线程休眠 5 秒。有关 FreeRTOS API 的详细信息，请查看 FreeRTOS 文档。

未完待续

到现在为止，我们已经具备了基本的开发能力，可以进行编译代码、烧录固件、查看固件日志和消息等基本开发操作。

下一步，让我们用 ESP32 构建一个简单的电源插座。