ESP 芯片启动时间优化

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引言

ESP 芯片启动时间指的是 ESP 芯片从上电到执行 app_main 函数所花费的时间。未经优化的启动流程通常耗时较长（一般在 300 毫秒左右），导致无法满足即时性要求较高的应用场景（比如 灯 的随时开关）。同时伴随着较高的功耗，进而在 Deep-sleep 低功耗模式下的平均功耗居高不下。为了避免这些问题，必须对启动流程进行精细优化。

硬软件环境

• 硬件：ESP32-S3 和 ESP32-C6

• 软件：ESP-IDF v5.2.1

可选的优化项

通过 menuconfig 配置以下选项可大幅度减小启动时间：

1. 关闭 Bootloader 日志打印

   • CONFIG_BOOTLOADER_LOG_LEVEL_NONE=y

   • CONFIG_BOOTLOADER_LOG_LEVEL=0

2. 跳过 Image 验证

   • CONFIG_BOOTLOADER_SKIP_VALIDATE_IN_DEEP_SLEEP=y

   • CONFIG_BOOTLOADER_SKIP_VALIDATE_ON_POWER_ON=y

   • CONFIG_BOOTLOADER_SKIP_VALIDATE_ALWAYS=y

3. 关闭 Boot ROM 日志打印

   • CONFIG_BOOT_ROM_LOG_ALWAYS_OFF=y

   除了这个配置外，还需要在终端中使用 espefuse.py 命令配置相关控制 ROM 日志输出的 eFuse 值（详见 技术参考手册 的 Boot 日志打印控制章节，注：写 eFuse 操作不可逆），具体命令如下：

   espefuse.py burn_efuse UART_PRINT_CONTROL 3
   espefuse.py burn_efuse DIS_USB_SERIAL_JTAG_ROM_PRINT 1
   

   运行以上两个命令后可使用 espefuse.py summary 命令进行检查，查看是否写入成功，若看到有如下信息，则表示配置成功：

   

4. 修改 SPI Flash 模式和频率

   • CONFIG_ESPTOOLPY_FLASHMODE_QIO=y

   • CONFIG_ESPTOOLPY_FLASHFREQ_80M=y

5. 关闭启动校准

   • CONFIG_ESP_PHY_CALIBRATION_AND_DATA_STORAGE=y

   • CONFIG_ESP_PHY_CALIBRATION_MODE=1

6. 修改 FreeRTOS 配置

   • CONFIG_FREERTOS_UNICORE=y

   • CONFIG_FREERTOS_HZ=1000

7. 关闭 Log 打印

   • CONFIG_LOG_DEFAULT_LEVEL_NONE=y

   • CONFIG_LOG_DEFAULT_LEVEL=0

如需要在优化启动时间的基础上进一步优化上电后 Wi-Fi 连接 AP 的速度，可以同步进行以下操作：

1. 使能配置项 LWIP_DHCP_RESTORE_LAST_IP

   • CONFIG_LWIP_DHCP_RESTORE_LAST_IP=y

启动时间及启动时平均功耗结果统计

ESP32-S3 在不同主频下的启动时间及平均功耗统计:

CPU 频率	80 M	160 M	240 M
优化前启动时间（ms）	318.8	318.7	318.7
优化前启动功耗（mA）	44.1	51.4	57.3
优化后启动时间（ms）	26.87	26.875	26.965
优化后启动功耗（mA）	29.69	29.77	29.74

ESP32-C6 在不同主频下的启动时间及平均功耗统计:

CPU 频率	80 M	120 M	160 M
优化前启动时间（ms）	328.0	327.9	327.8
优化前启动功耗（mA）	34.1	35.8	37.6
优化后启动时间（ms）	33.31	33.315	33.315
优化后启动功耗（mA）	28.23	28.19	28.16