[02]ESP32-开发环境搭建-编译与烧写

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一、官方文档

环境搭建的步骤，乐鑫官方都有比较详细的文档，可以直接参考。本文对一些概念进行进一步的学习和探讨。

官方推荐使用Make(ESP-IDF v3.2)或CMake(ESP-IDF v3.3)命令行的方式编译和烧写程序，灵活性更高，参考：

• 详细安装步骤

对于不熟悉命令行操作，喜欢使用集成开发环境的开发者，也提供了IDE的配置指导：

• Eclipse编译与烧写环境搭建

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二、学习笔记

1. 自动切换启动模式的软件方案探究

1.1. 安装串口驱动

在第一节我们提到，V2的开发板使用CP2102实现USB转串口的通信（乐鑫原厂开发板大多使用该芯片，其他品牌开发板有些使用CH340），这款芯片在windows10系统中可以自动安装驱动，保持电脑联网，插入设备即可，在Ubuntu16.04、18.04中实测也是可以直接使用的。如果遇到驱动问题，可以在SILABS官网下载。CP210x USB to UART Bridge VCP Drivers

Windows系统可以从设备管理器，查看驱动是否成功安装。Linux系统可以使用dmesg指令查看，可以查找到如下信息，其中ttyUSB0就是我们刷固件要用到的端口号。

username@dd111:~$ dmesg
[ 3106.111239] usb 1-10: new full-speed USB device number 5 using xhci_hcd
[ 3106.241340] usb 1-10: New USB device found, idVendor=10c4, idProduct=ea60
[ 3106.241350] usb 1-10: New USB device strings: Mfr=1, Product=2, SerialNumber=3
[ 3106.241357] usb 1-10: Product: CP2102 USB to UART Bridge Controller
[ 3106.241363] usb 1-10: Manufacturer: Silicon Labs
[ 3106.241369] usb 1-10: SerialNumber: 0001
[ 3106.242743] cp210x 1-10:1.0: cp210x converter detected
[ 3106.242985] usb 1-10: cp210x converter now attached to ttyUSB0

1.2. 安装esptool.py

$ pip install esptool

官方esp-idf在进行make flash操作时，也是使用了这个工具

1.3. 查看esptool.py源代码

esptool.py：A serial utility to communicate & flash code to Espressif ESP8266 & ESP32 chips.

我们先进行一下芯片擦除操作，找一些线索

username@dd111:~$ sudo esptool.py --port /dev/ttyUSB0 erase_flash #可以不设置 --port， 默认为/dev/ttyUSB0
esptool.py v2.7 #esptool版本号
Serial port /dev/ttyUSB0 #操作的端口号 
Connecting...... #尝试连接，与bootloader通信
Detecting chip type... ESP32 #检测到ESP32
Chip is ESP32D0WDQ5 (revision 0) #芯片型号
Features: WiFi, BT, Dual Core, Coding Scheme None #该型号配置
Crystal is 40MHz #晶振频率
MAC: 30:ae:a4:80:05:10 #硬件MAC地址
Uploading stub...
Running stub... 
Stub running...
Erasing flash (this may take a while)...
Chip erase completed successfully in 1.1s
Hard resetting via RTS pin...

擦除的过程，我们没有对硬件进行任何操作，esptool.py完成了Download boot模式的启动（相当于按住boot，然后点击EN）。

根据输出信息顺藤摸瓜，终于在esptool.py文件中发现了实现这个机制的关键代码：

    def _setDTR(self, state):
        self._port.setDTR(state)

    def _setRTS(self, state):
        self._port.setRTS(state)
        # Work-around for adapters on Windows using the usbser.sys driver:
        # generate a dummy change to DTR so that the set-control-line-state
        # request is sent with the updated RTS state and the same DTR state
        self._port.setDTR(self._port.dtr)

        # issue reset-to-bootloader:
        # RTS = either CH_PD/EN or nRESET (both active low = chip in reset
        # DTR = GPIO0 (active low = boot to flasher)
        #
        # DTR & RTS are active low signals,
        # ie True = pin @ 0V, False = pin @ VCC.
        if mode != 'no_reset':
            self._setDTR(False)  # IO0=HIGH
            self._setRTS(True)   # EN=LOW, chip in reset
            time.sleep(0.1)
            if esp32r0_delay:
                # Some chips are more likely to trigger the esp32r0
                # watchdog reset silicon bug if they're held with EN=LOW
                # for a longer period
                time.sleep(1.2)
            self._setDTR(True)   # IO0=LOW
            self._setRTS(False)  # EN=HIGH, chip out of reset
            if esp32r0_delay:
                # Sleep longer after reset.
                # This workaround only works on revision 0 ESP32 chips,
                # it exploits a silicon bug spurious watchdog reset.
                time.sleep(0.4)  # allow watchdog reset to occur
            time.sleep(0.05)
            self._setDTR(False)  # IO0=HIGH, done

模拟BOOT按键被按下

            self._setDTR(False) 
            self._setRTS(True)   #DTR=0，RTS=1，IO0=0（相当于BOOT按键被按下）

模拟EN按键被按下

            self._setDTR(True)   # IO0=LOW
            self._setRTS(False)  # DTR=1，RTS=0，EN=0（硬件复位）

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这段代码在esp.connect()中调用，也就是esptool.py尝试连接时，就将ESP32设置成了Download boot模式。

2. menuconfig作用与原理探究

2.1. ESP-IDF menuconfig作用

make menuconfig 提供了图形化、交互式的配置环境，在Linux编程中用于配置内核。ESP-IDF也提供了这个功能，可用于：

1. 选择通信参数（串口号 波特率 烧写速度等）
2. 配置Bootloader
3. 配置组件参数
4. 配置编译器（优化等级，屏蔽warning等）
5. 配置自定义参数

2.2. 如何进入menuconfig？

只需要在工程目录下：

make menuconfig

使用键盘操作进入 Component config ---> Wi Fi --->

2.3. menuconfig修改了什么？

menuconfig操作完成之后，会在工程根目录下自动生成sdkconfig文件，之前的sdkconfig被重新命名为sdkconfig.old，用于恢复上一次的配置。同目录下还存在一个sdkconfig.defaults文件，用于保存初始配置。

sdkconfig会被编译系统进一步编译成sdkconfig.h，该文件保存在工程目录->build->include->sdkconfig.h 会被构建系统添加到全局头文件搜索路径。

sdkconfig也可以手动修改，但是要注意，不能在menuconfig图形界面启动时修改，图形界面上的修改会覆盖掉当前手动修改的内容。

2.4. menuconfig添加自定义选项

menuconfig生成的sdkconfig文件中具有一系列的宏定义，可以在工程文件中作为全局宏定义使用，那么我们是否能把自己的宏定义，添加到menuconfig选项中呢，答案是可以的。

menuconfig的自定义菜单项保存在当前工程的Kconfig.projbuild文件中，可以按照以下示例编写。我们这里定义了一个一级菜单“TEST Configuration”，二级菜单（宏定义变量名）“TEST_GPIO”，范围定义为0-34，默认为5，还可以添加help说明文件。

menu "TEST Configuration"

config TEST_GPIO
    int "TEST GPIO number"
	range 0 34
	default 5
	help
		test menuconfig

endmenu

效果如下：

2.4. 为什么使用make调用menuconfig？

虽然make常常被用于编译，但它不等同于编译命令。更广泛的可以理解为对一组命令（makefile）的调用。在ESP-IDF中包含了很多脚本工具，比如esptool.py、idf.py、idf_monitor.py等，每一个工具都有自己的指令集合，make对其做了进一步的封装，简化了使用。

例如：

make flash

其实相当于：

先调用gcc命令将代码编译成bin，再使用esptool烧写程序

sudo esptool.py --port /dev/ttyUSB0 erase_flash

如果添加自定义make参数，需要将命令参数添加到到makefile中的 .PHONY中，防止与文件名冲突（makefile 默认target为文件）

3. makefile包含哪些内容？

ESP工具链的make指令功能繁多，但是因为层级关系比较分明，makefile并不复杂，最小的makefile可以只有两行：

PROJECT_NAME := myProject
include $(IDF_PATH)/make/project.mk

• PROJECT_NAME是最终bin文件的名称
• project.mk用来管理系统定义的一系列make指令，project.mk中又调用了其他工具的makefile，如调用project_config.mk来支持make menuconfig，该文件一般不需要修改。

构建系统 (传统 GNU Make)