MicroPython 在 esp-idf (esp32) 上编译固件
esp32 编译 micropython 的固件相关的资料应该很多吧，我也会出一篇，但会额外讲一些 linux 的东西的。
资料将按照以下顺序进行说明。
- 什么是 esp-idf ？
- 配置 esp32 工具链
- 准备 micropython 仓库
- 建立 micropython for esp32 固件
注意，以下操作截图全部在 linux 下完成（but 我在虚拟机，方便截图），顺便一提，我写的资料，并不会考虑开发新手，如果有问题可以评论解答，但我是不会在写的内容中照顾他人的，随心所欲，但是有问题欢迎来提。
什么是 esp-idf ?
esp-idf 就是 esp32 的官方标准 SDK 支持，进入仓库看下 readme 即可，但在这里并非必要了解的知识。
往下看前请先准备 esp-idf 的官方文档，进入 快速开始 一章，按步骤开始部署开发环境。
配置 esp32 交叉编译工具链
因为在电脑上写的程序将要编译运行在 esp32 上，所以这必然就需要交叉编译工具链，所以写代码先需要先配置好编译环境。
值得一提的是官方的配置文档（/get-started/linux-setup）写的流程很好，所以照着做就行，但要注意的是，它们都是在 i686(i386) 或 ARM64 上的机器上跑的二进制（bin）文件，如果需要在类似树莓派的 arm linux 上编译，则需要重新编译工具链了。
请准备一台 linux 按上述官方配置文档配置完成后，在命令行下输入 xtensa-esp32-elf 然后按 tab 键补全系统命令，确认配置完成，如下图。
注意工具链相关的文件需要绑定到系统全局下，作为命令（符号）给 makefile 接入。
所以记得在 linux 环境变量里添加路径，例如配置文档里讲的，至此编译环境已经建立，注意，不同版本的 idf 可能会变更 工具链 ，所以编译出错的时候不妨检查检查 esp-idf 和 工具链 是否匹配。
export PATH="$HOME/esp/xtensa-esp32-elf/bin:$PATH";
至于如果你想编译工具链，可以继续看官方文档 从零开始设置 Linux 环境下的工具链 ，可喜可贺的是如今都有中文了鸭，上述我们设置的是编译后的二进制版本，如果想学习工具链的本质，就要亲自试试编译工具链了。
交叉编译工具链源码仓库 在这里 ，是很值得学习的开源代码呢。
准备 micropython 仓库
看到这里，我希望你已经按上述的文档和步骤，成功搭建 esp32 的编译环境和获取 esp-idf 源码。
如果发现 git clone 很慢，记得在尾巴添加 --depth=1 的命令，让它不要获取历史提交（commit），这样下载就会快很多了。
- 准备好工具链
xtensa-esp32-elf。 - 准备好开发 SDK 的仓库 esp-idf 。
- 看一眼 esp32 目录下的 readme.md 。
通过下述命令获取 micropython 的仓库。
$ git clone https://github.com/micropython/micropython --depth=1接着编译一下 mpy-coress ，用来给 Python 文件预编译为 bytecode 到固件里的工具链。
$ make -C mpy-cross然后初始化一下相关的子仓库。
$ git submodule init lib/berkeley-db-1.xx
$ git submodule update最后在编译（make）一下。
$ cd ports/esp32
$ make此时编译就开始了，会有如下滚动信息。
大致是这样的流程，但要注意的是我这里只是简化了操作，接着说一下下述几个注意点。
注意看 micropython/port/esp32 的 readme.md 。
有如下内容：
Setting up the toolchain and ESP-IDF
------------------------------------
There are two main components that are needed to build the firmware:
- the Xtensa cross-compiler that targets the CPU in the ESP32 (this is different to the compiler used by the ESP8266)
- the Espressif IDF (IoT development framework, aka SDK)
The ESP-IDF changes quickly and MicroPython only supports a certain version. The
git hash of this version can be found by running `make` without a configured
`ESPIDF`. Then you can fetch only the given esp-idf using the following command:
$ git clone https://github.com/espressif/esp-idf.git
$ git checkout
$ git submodule update --init --recursive
所以没事多看 readme ，比看一般人的博客强多了，所以我这里主要是交待一些编译的方法和常见错误的坑。
上述的意思很简单，就是 micropython 依赖于 esp-idf ，但是需要切换 esp-idf 的版本，也就是说随着 micropython 不一定会支持最新的 esp-idf 代码，如果出现错误，你需要通过 git checkout 切换版本号。
命令格式示范：git checkout
而尾巴的
# the git hash of the currently supported ESP IDF version
ESPIDF_SUPHASH := 6b3da6b1882f3b72e904cc90be67e9c4e3f369a9所以在 esp-idf 的目录下有如下操作（注意和 readme 有点点不同鸭）
$ cd esp-idf
$ git checkout 6b3da6b1882f3b72e904cc90be67e9c4e3f369a9
$ git submodule update --init --recursive那么现在就可以继续编译 esp32 的 micropython 了。
此时注意，虽然前面说过直接 make 是可以，但实际上官方的做法是额外在 ports/esp32 里准备一个 makefile ，并且区别于 Makefile 文件（Linux 文件区分大小写），按 readme 所述填下列内容即可。
ESPIDF = # such as ESPIDF = /root/esp-idf
BOARD = GENERIC
# PORT = /dev/ttyUSB0
# FLASH_MODE = qio
# FLASH_SIZE = 4MB
# CROSS_COMPILE = xtensa-esp32-elf-
include Makefile 注意这里可以指定填写你的 ESP-IDF 路径，这样做的好处就是不需要添加到系统环境变量中了，所以你可以同时拥有许多份不同工程用的 esp-idf 仓库，并且此时 make 命令调用的是 makefile ，接着 makefile 末尾将会调用 Makefile（即 include Makefile），其他内容可以选填（# 为注释），相当于预先为 Makefile 的执行载入环境变量。
此时就开始编译固件吧，编译成功如下图：
此时常用命令有如下（查阅 readme 可知）：
- 打开串口收发，组合 Ctrl + A 和 Ctrl + Q 退出串口（需要安装 picocom ）
$ picocom -b 115200 /dev/ttyUSB0- 擦除 esp32 中 flash 。
$ make erase- 编译后烧录 micropython 固件。
$ make deploy- 清理编译结果。
$ make clean- 组合命令，烧录完固件后打开串口。
$ make deploy && picocom -b 115200 /dev/ttyUSB0如下图运行结果：
顺手输入了 print('hello esp32') ，值得注意的是，这里也支持 tab 补全操作多多体验吧。
额外的信息
为什么固件只有一个 firmware.bin 文件？
固件编译后的 firmware.bin 文件产生在 port/esp32/build 文件夹，它是通过 makeimg.py 合成的，看一下就知道发生了什么。
import sys
OFFSET_BOOTLOADER = 0x1000
OFFSET_PARTITIONS = 0x8000
OFFSET_APPLICATION = 0x10000
files_in = [
('bootloader', OFFSET_BOOTLOADER, sys.argv[1]),
('partitions', OFFSET_PARTITIONS, sys.argv[2]),
('application', OFFSET_APPLICATION, sys.argv[3]),
]
file_out = sys.argv[4]
cur_offset = OFFSET_BOOTLOADER
with open(file_out, 'wb') as fout:
for name, offset, file_in in files_in:
assert offset >= cur_offset
fout.write(b'\xff' * (offset - cur_offset))
cur_offset = offset
with open(file_in, 'rb') as fin:
data = fin.read()
fout.write(data)
cur_offset += len(data)
print('%-12s% 8d' % (name, len(data)))
print('%-12s% 8d' % ('total', cur_offset))可以得知，firmware.bin 是由 bootloader + partitions + application 而来的一个单独的 bin ，即为固件，所以只需要在 0x1000 起始位置烧入 esp32 的 flash 里就可以运行 micropython 了。
如何编译 8M spiflash 的固件？
此外我们还需要知道如何编译带 SPIRAM 固件，通常来说，只需要修改 makefile 的 BOARD = GENERIC_SPIRAM。
ESPIDF = # such as ESPIDF = /root/esp-idf
BOARD = GENERIC_SPIRAM
include Makefile 不过你也可能会遇到一些问题，比如我修改了编译工具链里的一些头文件才编译通过的，所以得做好准备随时修改源码的准备趴。
至于我遇到了什么问题，唔，改一下编译中的文件之间的符号关系就好了。
编译后运行可以看到 Found 64MBit SPI RAM device ，然后查看 gc.mem_free() 可以看到 3997 * 4096 Byte，也就是 4M RAM ，如下图（带有 SPIRAM 的固件）。
下图就是对照的无 Flash 固件，可以看到 111 * 1024 的，用的是内部的 RAM （小于 384 KB）。
结语
最后，如果遇到在本文的流程下出现编译问题，可以留言，也可以直接问我。