ESP32应用指南

一、简介。

想当年，安信可公司推出一款低成本的WIFI模块（基于乐鑫公司的ESP8266芯片）之后，火了一段时间。这个模块是支持AT指令和SDK两种开发方式。

AT指令很简单，用串口发送几条指令，即可让模块进入串口透传模式，用户基本不用涉及复杂的TCP/IP协议。

SDK开发，相当于固件库开发，官方提供丰富的例子，有带操作系统和不带操作系统等等，代码可读性好，上手难度并不高。

由于ESP8266本身的定位就是低成本的联网方案，所以它的性能不会太高，不适合做太复杂的事情。

后来，安信可又推出了一款WIFI/蓝牙模块ESP32，它可以说是ESP8266的增强版。除了增加了蓝牙4.2之外，还增加了非常丰富的外设，如：ADC、SPI、IIC、IIS、SDIO、UART、PWM、红外控制器、有线以太网MAC、AES、SHA、RSA、随机数产生器、PID控制器、电容触摸传感器、低噪放、温度传感器、DAC等。同时，CPU主频高达240MHz，但是，价格也不高。

STM32也推出了一款类似的芯片，就是STM32WB系列，也就是STM32增加了蓝牙5、OpenThread、ZigBee 3.0等功能。

TI也有类似的芯片CC2652R，集成了48MHz主频的ARM M4F内核，支持蓝牙5、WIFI、Thread、ZigBee，可以在淘宝上买到，但是比较贵。

显然，ESP32比STM32WB和CC2652R更有价格优势。

以下均以ESP32S模块为例，介绍开发时的注意事项。不定期更新。

二、硬件设计。

2.1 串口。

ESP8266系列的ESP-01模块默认一个串口输出调试信息以及AT指令的通信。

ESP32系列的ESP32S模块一共有3个串口，其中，使用串口0输出调试信息以及烧录固件，串口2做AT指令的通信。

串口0也就是U0RXD、U0TXD引脚，串口2则是U2RXD、U2TXD引脚。

也就是说使用AT指令时，ESP32不再像ESP8266那样，一上电就打印一串调试信息，用户体验有所提高。

2.2 天线。

ESP32模块在PCB上的布局，要求天线超出板边，如下图所示，否则可能会影响无线通信距离。

其中，天线的连接器是IPEX座一代。

2.3 Micro SD/TF卡。

ESP32S模块的SDMMC Host驱动，支持两个槽：

Slot 0：8bit模式。

Slot 1：4bit模式。其引脚定义如下图所示。

其中CD和WP引脚可以接任意的GPIO口，CD引脚就是SD卡的检测脚。

Slot 0部分引脚连接了内部Flash，无法使用，建议使用Slot 1 4bit模式。

具体方法请看《ESP32使用SD卡注意事项》。

2.4 GPIO口。

ESP32有部分引脚只能设为输入引脚，如下图所示，黄色区域。

其中IO6~IO11连接内部Flash，无法当GPIO口使用，如下图红色方框内的引脚，但是部分引脚可以扩展PSRAM。

GPIO0为配置上电模式，拉低时为配置模式，可烧录固件；拉高时为正常工作模式。

GPIO2和GPIO12做普通IO口使用，请看《ESP32使用SD卡注意事项》。

2.5 片内温度传感器。

ESP32有片内的温度传感器TSENS，需要使用ULP协处理器才能使用，但是读到的温度不是绝对温度，而是相对温度，而且是没有标定的相对温度。这个温度传感器实用价值并不高，不建议使用。

2.6 RTC时钟。

增加32.768kHz时钟，主要用于低功耗模式切换CPU主频用的，不能直接#include rtc.h，因为rtc.h在librtc.a中，而不是公共API。ESP32的RTC不能获得实时时钟，需要另外增加RTC芯片，如：DS1302、M41T62等。

2.7 复位。

使用电池供电时，建议增加电源监视器以防止ESP32发生异常。电源电压低于2.3V时，拉低CHIP_PU引脚。

2.8 PSRAM。

当任务需要大量内存时，ESP32自身的内存不足，那么就需要扩展PSRAM内存，对应的芯片型号是ESP-PSRAM64H。其原理图如下图所示。

然后在make menuconfig中配置PSRAM。

初始化成功的话，会在串口中打印如下信息。

三、SDK开发环境。

3.1 ESP32-IDF配置。

这里的SDK使用ESP32-IDF，具体的环境配置可以参考官网《示例4：ESP32_IDF 使用》。

需要注意的是，IDF不需要使用git下载，直接在AiThinkerIDE_V0.5的安装目录下就有了，不过是旧的IDF v2.0，我这里是C:\AiThinkerIDE_V0.5\cygwin\home\aithinker\project\esp-idf。

而git下载的是新的IDF v4.0，在AiThinkerIDE_V0.5下，不能使用IDF v2.0的以上版本。（官方的技术支持表示在开发新版本的AiThinkerIDE）

所以这里是把IDF v2.0拷贝出来，把example下的helloword拷贝出来，改名为app，其它的按照示例4的去做就可以了。

IDFv2.0不支持SDIO接口的SD卡，建议使用v3.2或以上版本。

建议使用官方推荐的lubuntu，安装vmware，直接打开就可用了。make menuconfig之前先make clean。

vmware可以安装workstation 15，不要安装player，因为player破解不了。

3.2 使用Eclipse烧录固件。

Windows系统下，在Make Menuconfig那一步，进入Serial flasher config。

进入Default serial port。

我的这里的串口号为COM10，对应于cgywin下的串口号为ttyS9。如果是COM1，对应ttyS0，对应的数字减1。

这里配置为/dev/ttyS9。

此外，还要配置波特率为921600。

我这里试了1152000，烧录失败，具体波特率视硬件上串口的信号质量而定，信号质量差，需要降低波特率。然后退出，保存即可。

先打开Make Target窗口。

双击download，这样，比shift+F9要方便很多。

出现下图所示，即为烧录成功。

这个方法比ESP Flash Download Tool要方便得多，但是串口号不要更改。

3.3 其它问题。

出现下图所示问题，可以不管，只要Build成功就说明代码没问题。（可能是IDE的词法分析器没做好，实际是找得到这些变量）

四、SDK开发。

4.1 Secure Boot。

由于ESP32是使用外部Flash来存放代码的，如果外部Flash不加密的话，很容易被人窃取代码。所以商业应用，必须使用Secure Boot来加密代码。可以参考《ESP32-Secure Boot安全方案》及《ESP32 Secure Boot和Flash加密》。

五、ESP32-CAM开发板。

ESP32-CAM开发板不是开箱即用，需要重新烧写固件。

手机打开热点，账号设置为aithinker，密码设置为aithinker888。ESP32会自动连接上这个热点，并在串口0上打印IP地址。

手机打开浏览器，输入ESP32的IP地址+/jpg，可以看到静态图像，+jpg_stream可看到动态图像。

但是这里测试发现，动态图像很卡，不流畅。测试用的手机为OPPO A59m。

六、ESP32-S2。

ESP32-S2只有WIFI功能，但是加密和温度传感器等功能有所改善，GPIO口也增多。

ESP32-S2对应的模块为ESP-12K。

七、参考资料。

ESP32系列模组专题。

官方源码（包括ESP32和ESP8266等）。

ESP32常见问题。

ESP32硬件设计指南。

ESP-IDF在线API。（中文）

ESP-IDF API手册。

ESP32技术参考。

ESP32 AT指令集与使用示例。