一文叫你搞懂樂鑫物聯網ESP芯片及開發

ESP是什么

說到物聯網行業，不得不提大名鼎鼎的樂鑫公司，旗下的ESP8266和ESP32系列芯片更是火得一塌糊塗。如果你還不知道這兩個名字，那么請回去面壁三分鍾。2015年和2016年樂鑫分別發布了ESP8266和ESP32兩款芯片，市場大熱，物聯網行業為之震動。為什么呢，功能夠的情況下成本低啊，重要的事情說三遍：便宜、便宜、便宜。物聯網的控制模塊成本直接拉到了10元左右，如今你上淘寶看esp8266的開發板也就10多塊錢，esp32的開發板也就20塊錢左右。那么這10多20塊錢你買到的是什么呢？看看對ESP芯片的定義：超低功耗32位微MCU，具有16位縮減模式，支持RTOS，集成了Wi-FiMAC/BB/RF/PA/LNA，板載天線，采用gagent固件編程，可快速實現設備M2M接入、數據統計分析、遠程控制、OTA升級、第三方接口等功能服務。該固件支持SoC解決方案和二次開發，大大降低了開發成本，縮短了開發周期。這對於企業生產和個人DIY都是巨大的利好，整個生態也逐漸完善。我想這就是作為一個科技公司重要的功績，他能攪動整個行業生態的變化，推動整個行業的進步。

ESP的分類

1. ESP芯片及其封裝

   以ESP8266為例，我們來介紹一下ESP的系列知識，ESP產品可分為芯片、模塊和開發板三個產品形式，芯片為樂鑫生產，而模塊則是廠家把芯片和外圍電路封裝好，然后生產出來給用戶直接使用，開發板則是將模塊再一次進行封裝底板，引出usb口給開發者直接進行開發使用。目前樂鑫的模塊有很大一部分是安可信代工生產的。對於設計者來說可以使用開發板完成功能設計開發，然后根據實際需要是選擇模塊或者直接使用芯片，最后自己設計電路進行實際產品的生產。

   芯片	模塊	開發板
   ESP8266EX	ESP-WROOM-02D ESP-WROOM-02U ESP-WROOM-02 ESP-WROOM-S2	ESP8266-DevKitC ESP-Launcher ESP-WROOM-5V2L

2. ESP系列

   ESP根據功能和年代可分為ESP8266、ESP32、ESP32-S、ESP-C系列；

   ESP8266系列	ESP32系列	ESP-C系列	ESP32-S系列
   32-bit MCU & 2.4 GHz Wi-Fi	32-bit MCU & 2.4 GHz Wi-Fi & Bluetooth/Bluetooth LE	32-bit RISC-V MCU & 2.4 GHz Wi-Fi & Bluetooth 5 (LE)	32-bit MCU & 2.4 GHz Wi-Fi & Bluetooth 5 (LE)
   單核 CPU 時鍾頻率高達 160 MHz +19.5 dBm 天線端輸出功率，確保良好的覆蓋范圍 睡眠電流小於 20 μA，適用於電池供電的可穿戴電子設備 外設包括 UART，GPIO，I2S，I2C，SDIO，PWM，ADC 和 SPI	兩個或一個可以單獨控制的 CPU 內核，時鍾頻率可調，范圍從 80 MHz 到 240 MHz +19.5 dBm 天線端輸出功率，確保良好的覆蓋范圍 傳統藍牙支持 L2CAP，SDP，GAP，SMP，AVDTP，AVCTP，A2DP (SNK) 和 AVRCP (CT) 協議 低功耗藍牙 (Bluetooth LE) 支持 L2CAP, GAP, GATT, SMP, 和 GATT 之上的 BluFi, SPP-like 協議等 低功耗藍牙連接智能手機，發送低功耗信標，方便檢測 睡眠電流小於 5 μA，適用於電池供電的可穿戴電子設備 外設包括電容式觸摸傳感器，霍爾傳感器，SD 卡接口，以太網，高速 SPI，UART，I2S 和 I2C	單核 CPU 時鍾頻率高達 240 MHz 支持多種低功耗工作狀態：精細時鍾門控、動態電壓時鍾頻率調節 安全機制：eFuse 存儲、安全啟動、Flash 加密、數字簽名，支持 AES、SHA 和 RSA 算法 外設包括 43 個 GPIO 口，1 個全速 USB OTG 接口，SPI，I2S，UART，I2C，LED PWM，LCD 接口，Camera 接口，ADC，DAC，觸摸傳感器 可對接豐富的網絡雲平台、擁有通用的產品特性，極大縮短產品構建與上市時間	Xtensa® 32 位 LX7 雙核處理器，主頻高達 240 MHz 內置 512 KB SRAM、384 KB ROM 存儲空間，並支持多個外部 SPI、Dual SPI、 Quad SPI、Octal SPI、QPI、OPI flash 和片外 RAM 額外增加用於加速神經網絡計算和信號處理等工作的向量指令 (vector instructions) 44 個可編程 GPIO，支持常用外設接口如 SPI、I2S、I2C、PWM、RMT、ADC、DAC、UART、SD/MMC 主機控制器和 TWAITM 控制器等 基於 AES-XTS 算法的 Flash 加密和基於 RSA 算法的安全啟動，數字簽名和 HMAC 模塊，“世界控制器 (World Controller)”模塊

3. ESP方案

   

ESP的開發

1. 開發板

   開發板其實沒必要選擇樂鑫官網的開發板，如ESP8266-DevKitC的價格通常在40元左右， 對於用戶小白來說，市面上性價比最高的兩款開發板分別是ESP12F NodeMCU（esp8266）和 ESP32-D0WDQ6（esp32），兩塊板子都是采用NodeMcu的開源方案，如果選用CH340的串口芯片，價格分別可以低到10塊和20塊錢，對於練手來說非常划算，個人建議如果不是專門指定了esp8266，那么建議還是直接上esp32，對於后續學習來說更方便。

2. 開發環境

   ESP除了C/C++語言之外可以運行 Lua (nodemcu)、JavaScript (Espruino)、Python (Micropython)，可以說是非常的多種多樣了。今天主要介紹的開發環境是針對C++的，我們介紹開發環境先來說一下可用於開發IDE工具，大致有arduino、vscode、platformio、esclipes、shell、vs等，選擇這些工具需從sdk支持、個人習慣還有開發系統來選擇，我這里主要介紹windows下的開發；

   

3. ESP8266開發

   ESP8266的核心SDK主要分為ESP NonOS SDK 和 ESP RTOS SDK，顧名思義，一個是沒有系統的SDK，一個是基於FREE RTOS系統的SDK；有了SDK，那么配置編譯環境，這就需要工具鏈了，樂鑫也提供了官方的工具鏈包，可以直接下載。

   介紹完這些，接下來我們來說一下整個開發環境的搭建方案。

   最簡單的，選擇 arduino，直接通過arduino ide來進行sdk工具包的下載和配置，不需要自己下載和配置，對於新手來說是最方便的，而且arduino繼承了豐富的第三方庫，可以直接下載使用。可參考Arduino IDE 搭建 ESP8266 開發環境及項目演示 - 簡書 (jianshu.com)。當然vscode也集成了arduino插件，大家也可以試試，畢竟vscode的ide比arduino好用多了。

   

   第二個方案是選擇使用官方的SDK和工具鏈來進行開發，配置和開發。可參考官方的開發，官網選用的是esclipes開發工具，當然也可以選用vscode進行配置開發，這個請自行搜索。

   Windows 平台工具鏈的標准設置（傳統 GNU Make） - ESP32 - — ESP-IDF 編程指南 v4.2.1 文檔 (espressif.com)

   Standard Setup of Toolchain for Windows — ESP8266 RTOS SDK Programming Guide documentation (espressif.com)

   第三個方案是選擇vscode+platformio來進行開發，基本上也可以做到像arduino一樣自動進行開發環境搭建，其可以靈活的配置board （什么開發板eg. nodemcuv2）、framework（什么框架eg. arduino）、platform(什么平台eg. espressif8266)可參考NodeMCU開發環境搭建之PlatformIO （ESP8266）_神跡降臨的博客-CSDN博客_platformio，其實platformio也只是一個開發的管理工具，內部的實現也離不開原生sdk和arduino套件，可以自己研究一下framework和package里的東西。

   

   對於ESP8266以上三種方法我都進行了嘗試，但是每種都有一些缺陷，其實我最想用的是IDE使用vscode+platformio，然后framework使用arduino+freertos，因為arduino是因為旗下有豐富的開發資源，但是arduino的esp8266開發包又是基於NonOs的SDK的封裝，魚和熊掌不可兼得，可能是我太強迫症了。如果我理解錯了，大家也可以指出來在arduino下使用freertos進行開發的方法。

4. ESP32開發

   從esp32開始官網統一了開發環境，都是用esp-idf作為了開發工具，包含 ESP32 的 API 和用於操作 工具鏈 的腳本等。我覺得對於其最大的突出優點是其內部使用了宏來控制是否使用freertos系統，這樣在arduino下就可以使用freertos進行開發了，當然官網其實也說要統一把esp8266也一起做到系統里，但是現在還沒有實現，所以我還是建議開發者直接上esp32，這樣選擇性更多。

   最簡單，還是使用arduino，跟esp8266的流程基本一致，只是把開發庫的地址換成esp32的就行，可參考 玩轉 ESP32 + Arduino (一) 開發環境搭建_finedayforu的博客-CSDN博客

   第二方案是vscode + esp-idf 插件方式，可參考 espressif/vscode-esp-idf-extension: Visual Studio Code extension for ESP-IDF projects (github.com)

   第三種方案是vscode + platformio插件方式，安裝方式與esp8266一致，選擇平台不同而已，這里不再放參考了。

   第四種方案是visual studio＋visualGDB插件方式，可參考 esp32在vs2017＋visualGDB平台搭建esp32開發環境。

   

5. 通用開發

   當然不要忘了還有python和js開發，官網也給出了開發方法，對於python和js個人覺得對於物聯網的上層web開發是非常便捷的，可以使用python進行web方面的開發使用，而c++來說更適合與對於驅動和傳感器控制的方面。

   MicroPython ESP32教程 — MicroPython 1.9.2 文檔 (singtown.com)

   對於lua的開發，個人來說體驗不是很好，有興趣可以自己搜一下，建議還是python為上。