ESP32 固件开发入门

2024-09-06 · 6min · Juicecat

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ESP32 是一款小型且廉价的 SoC，具有原生 WiFi 和蓝牙（带 LE）功能。它们有各种口味和尺寸，但通常看起来像这样（在我手中作为尺寸参考）：

我拥有的这个特定版本是我在全球速卖通上找到的 this model 的中文仿制品。我买了一包 10 个，价格约为 70 美元。它使用 ESP32-WROOM-32D 芯片，并具有 USB-C 连接器以及固定到 GPIO-2（板上标记为 D2）的集成 LED。这对于测试非常有用。

无论如何，在为 ESP32 编写代码时，您可以选择 4 条不同的路径。

1.使用esp-idf编写C代码 2.编写micropython代码 3. 使用 C 外部函数和回调编写 C++ 代码（也使用 esp-idf） 4.编写Arduino代码

本文的目的是回顾每种方法的优点和缺点，以决定哪种方法最适合您。

标准 C

用 C 语言编写是在该芯片上进行固件开发的绝佳选择。 SDK esp-idf 文档齐全且功能强大。然而，用 C 语言编写意味着手动内存管理、难以阅读的代码以及非客观的编程范例。使用 C 语言做得到的是高效的代码和对硬件的直接访问。下面是一个使用 C 代码的简单 hello-world 类型的闪烁示例：

#include <stdio.h>
#include "freertos/FreeRTOS.h"
#include "freertos/task.h"
#include "driver/gpio.h"
#include "esp_log.h"
#include "led_strip.h"
#include "sdkconfig.h"

static const char *TAG = "example";
#define BLINK_GPIO 2
static uint8_t s_led_state = 0;

static void blink_led(void) {
    gpio_set_level(BLINK_GPIO, s_led_state);
}

static void configure_led(void) {
    ESP_LOGI(TAG, "Example configured to blink GPIO LED!");
    gpio_reset_pin(BLINK_GPIO);
    gpio_set_direction(BLINK_GPIO, GPIO_MODE_OUTPUT);
}

void app_main(void) {
    configure_led();
    while (1) {
        ESP_LOGI(TAG, "Turning the LED %s!", s_led_state == true ? "ON" : "OFF");
        blink_led();
        s_led_state = !s_led_state;
        vTaskDelay(CONFIG_BLINK_PERIOD / portTICK_PERIOD_MS);
    }

}

微型蟒蛇

Micropython 是 CPython 的一个端口，旨在在 ESP32 等 SoC 上运行。可以将其视为传统 Python 3 的子集。要使其正常工作，您需要将提供的 Micropython 固件刷新到芯片上，然后芯片通过 UART 连接为您提供交互式 REPL。还可以使用名为 adafruit-ampy 的工具将文件复制到文件系统上，以使它们在芯片启动时运行，而不是简单地生成 REPL，但如果您愿意，您可以对此进行自己的研究。

我对 Micropython 的感情很复杂。一方面，（对我而言）这是迄今为止对 ESP32 进行编程以执行简单任务（例如发出 http 请求）的最简单方法。然而，它在硬件访问方面受到限制，高度依赖于预构建的软件包，并且由于它需要解释器（Micropython 固件），因此它可用的程序和内存的大小也非常有限。

这是用 Micropython 编写的相同的眨眼示例：

import machine
import time
led = machine.Pin(2, machine.Pin.OUT)
while True:
led.value(1)
time.sleep(1)
led.value(0)
time.sleep(1)

正如您所看到的，它非常易于阅读和理解，这使得它对新用户非常有吸引力。

C++

这是一个奇怪的现象。由于 C++ 在设计上是 C 的超集，因此可以在 C++ 中编写代码并让它以与普通 C 相同的方式使用 esp-idf。不幸的是，有一些事情应该注意。

由于板上资源有限，C++动态内存管理可能是一个缺点
您需要使用 extern 语句来与 esp-idf 集成
混合两种语言时事情会变得棘手

这是用 C++ 编写的相同的闪烁示例：

#ifdef __cplusplus
extern "C" {
#endif
#include <esp_log.h>
#include <string>

#include <stdio.h>
#include "freertos/FreeRTOS.h"
#include "freertos/task.h"
#include "driver/gpio.h"
#include "sdkconfig.h"
#ifdef __cplusplus
}
#endif
static char tag[] = "cpp_helloworld";

extern "C"
{
	void app_main(void);
}

class Blink
{
  public:
	Blink(gpio_num_t blinkPin)
	{
		this->blinkPin = blinkPin;
		gpio_pad_select_gpio(blinkPin);
		gpio_set_direction(blinkPin, GPIO_MODE_OUTPUT);
	}

	void blinkTimes(int x)
	{
		ESP_LOGD(tag, "Blink Times %d", x);

		int delayMs = 50;
		int level = gpio_get_level(blinkPin);
		gpio_set_level(blinkPin, 0);
		vTaskDelay(1000 / delayMs);
		for (int i = 0; i < x; i++)
		{
			gpio_set_level(blinkPin, 1);
			vTaskDelay(1000 / delayMs);
			gpio_set_level(blinkPin, 0);
			vTaskDelay(1000 / delayMs);
		}
		gpio_set_level(blinkPin, level);
	}

  private:
	gpio_num_t blinkPin = GPIO_NUM_2;
};

void app_main(void)
{
	vTaskDelay(1);
	Blink blink(GPIO_NUM_2);
	blink.blinkTimes(5);
}

Arduino

Arduino很奇怪，我还没有完全理解它。 Arduino 作为一种语言是 C 语言的包装器和抽象层。arduino 的伟大之处在于它拥有广泛的库和支持，而且非常简单。 arduino 核心提供了 esp-idf 的几乎所有功能，以及 arduino 漂亮且易于阅读的语法。这样做的缺点是相当抽象并且有点争议。我看到的反对使用 arduino 编写 ESP32 代码的主要论点是，在编写大量代码时，它最终会成为一种负担，通常围绕着反对 setup() 和 loop() 函数的论点。

这是相同的示例，但在 arduino 中：

const int ledPin = 2;

void setup() {
  pinMode (ledPin, OUTPUT);
}

void loop() {
  digitalWrite (ledPin, HIGH);
  delay(1000);
  digitalWrite (ledPin, LOW);
  delay(1000);
}

太长了；博士

用 C 编写是 男子气概 和 凉爽的 做事的方式”，但是很痛苦。
用 C++ 编写与 C 语言相同，但适合那些“对普通 C 来说太酷了”的人。
使用 micropython 编写非常适合 小而简单 项目，例如发出快速 HTTP 请求。
用 Arduino 编写主要与 C 相同，但没有 男子气概 和 凉爽的 方面，并且使用起来非常容易，而且拥有更大的社区。