ESP32 基本外设

发布于：2025-03-23 ⋅ 阅读:(152) ⋅ 点赞:(0)

1 基础知识

ESP32-WROOM-32

ESP32-WROOM-32模块搭载的核心芯片型号为 ‌ESP32-D0WDQ6
内置 ‌512KB SRAM‌，外扩 ‌4MB SPI Flash‌

ESP32：表示乐鑫公司的这一系列芯片产品，具有 Wi-Fi 和蓝牙功能，可用于物联网设备的开发等多种场景。
D0：通常表示芯片的封装形式或一些基础特性的标识。在 ESP32 系列中，不同的封装形式会有不同的代号，D0 可能代表了一种特定的封装类型，这种封装决定了芯片的引脚布局、尺寸等物理特性，以便适应不同的应用场景和电路板设计要求。
W：代表 Wi-Fi 功能，说明该芯片支持 Wi-Fi 通信协议，能够连接到无线网络，实现设备与互联网或其他网络设备之间的数据传输。
D：代表蓝牙功能，表明芯片集成了蓝牙模块，支持蓝牙通信，可用于与其他蓝牙设备进行短距离无线数据传输，比如连接手机、蓝牙传感器等。
Q6：可能是芯片的特定版本号或生产批次等相关标识，用于区分同一类型芯片在功能、性能或其他方面的细微差异，或者用于标识不同的生产批次，以便于生产管理和质量控制。

boot loader一般在0x1000开始的位置。
Flash的话，0x9000到0xD000是数据区，0xD000到0xF000是ota数据区，0xF000到0x10000是phy数据区，0x10000往后是工厂程序区和其他分区。

乐鑫芯片

在这里插入图片描述
在线选型工具

ESP32-S3结构

在这里插入图片描述

ESP32-32资源

在这里插入图片描述

ESp32命名

在这里插入图片描述

ESP32-S3-WROOM-1功能框图

在这里插入图片描述

地址映射

在这里插入图片描述

内存

上图①： Internal ROM（384KB）是只读存储器、不可编程 ，用来放系统底层的固件。
上图②： Internal SRAM（512 KB）是易失性存储器，可以快速响应 是易失性存储器，可以快速响应 是易失性存储器。
上图④和⑥： 上图④和⑥： 上图④和⑥： RTC Memory（16 KB）RTC 存储器以静态以静态 RAM（SRAM）方式实现。

外存

CPU 借助高速缓存（Cache）来访问外部存储器。 Cache 将根据内存管理单元（MMU）中的信息把 CPU 指令总线或数据总线的地址变换为访问片外 flash与片外 RAM 的实地址。

最大支持 1 GB 的片外 flash与 1GB 的片外 RAM。

外设

在这里插入图片描述

GDMA

GDMA 共有 10个独立的通道，其中包括 5个接收通道和 5个发送通道。这10 个通道被支持 GDMA 功能的外设所共享。

在这里插入图片描述

管脚

ESP32-S3 芯片有 45 个物理通用输入输出管脚（GPIO Pin）。

  • 45 个物理 GPIO 管脚的编号为 0~ 21、26~ 48
  • 模组只有 36 个实际引脚的物理 GPIO 管脚
    • 因为该模组的 Flash 和 PSRAM 使用了八线 SPI即 Octal SPI 模式，这些模式共占用了 12 个 GPIO 管脚。
    • 该模组还将 IO35、IO36、IO37引出，所以最终的管脚数量为 45-12+3

可配置外设模块的输入信号来源于任何的 GPIO 管脚，并且外设模块的输出信号也可连接到任意 GPIO 管脚

在这里插入图片描述在这里插入图片描述

flash和PSRAM

在这里插入图片描述
SRAM(ns)比PSRAM快几倍，PSRAM要远高于ROM。

复位

四种级别的复位方式，分别是CPU复位、内核复位、系统复位和芯片复位。
在这里插入图片描述在这里插入图片描述在这里插入图片描述 ESP32-S3上电复位时，它的复位源为芯片复位

ESP-ROM:esp32s3-20210327
Build:Mar 27 2021
rst:0x1 (POWERON),boot:0xb (SPI_FAST_FLASH_BOOT)
SPIWP:0xee
mode:DIO, clock div:1
load:0x3fce3810,len:0x17c0
load:0x403c9700,len:0xd7c
load:0x403cc700,len:0x300c
entry 0x403c992c

时钟

在这里插入图片描述
来源于8M的和40M的低高速晶振。
主频频率是由寄存器SYSTEM_SOC_CLK_SEL决定
在这里插入图片描述

Boot

strapping管脚，固定配置管脚。
在这里插入图片描述

启动模式

在这里插入图片描述BOOT0 引脚的电平状态与其他相关引脚（如 BOOT1）的电平状态组合，决定了微控制器从何处读取启动代码。
ESP32 启动模式为“SPI BOOT”是说从SPI flash启动。

内部闪存启动：这是最常用的启动模式。一般情况下，BOOT0 引脚接地（电平为 0），微控制器会从内部闪存中读取用户编写的程序代码并开始执行，适合设备正常运行阶段。
系统存储器启动：当 BOOT0 引脚接高电平（电平为 1），且 BOOT1 引脚配置为特定状态（通常为低电平）时，微控制器会从系统存储器启动。系统存储器中存放着厂商预装的引导程序，用于实现一些特定功能，如通过串口等方式对内部闪存进行程序烧录，即通常所说的在系统编程（ISP）功能。
SRAM 启动：某些情况下，可通过设置 BOOT0 和 BOOT1 引脚的电平组合来选择从 SRAM 启动。这种模式一般用于特殊调试或实验场景，因为 SRAM 掉电后数据会丢失，所以不会作为常规的启动方式。

中断

ESP32-S3 具有 99 个外部中断源，但每个 CPU 只有32 个中断。
实际上，CPU0 和 CPU1 的外部中断只有 26 个，剩下的 6 个中断均为内部中断。

启动流程

①：一级引导程序，它被固化在 ESP32-S3 内部的 ROM 中，它会从 flash 的 0x00 处地址加载二级引导程序至 RAM中。

  • 不可查看，不可修改
  • 做一些前期的准备工作（复位向量代码），然后从 flash 0x00 偏移地址中读取二级引导程序文件头中的配置信息

②：二级引导程序从 flash 中加载分区表和主程序镜像至内存中，主程序中包含了 RAM 段和通过 flash 高速缓存映射的只读段。

  • 可被修改和查看
  • bootloader_start.c 文件
    ③：应用程序启动阶段运行，这时第二个 CPU 和 freeRTOS 的调度器启动，最后进入app_main函数执行用户代码。

D:\AppInstall\EspInstall\Espressif\frameworks\esp-idf-v5.3

加载到VSCode

  • \components\bootloader/subproject/main/路径下找到 bootloader_start.c 文件,二级引导程序启动处。由一级引导调用。
    • call_start_cpu0 函数，bootloader程序
  • /components/esp_system/port/路径下的 cpu_star.c文件的call_start_cpu0 函数 ，由二级引导加载程序执行，并且从不返回。因此你看不到是哪个函数调用了它，它是从汇编的最底层直接调用的。
  • components\esp_system\startup.c 文件下调用 start_cpu0系统层初始化函数，到了这里，就完成了二级程序引导
  • 调用 esp_startup_start_app 函数进入三级引导程序

2 ESP-IDF

ESP - IDF（Espressif IoT Development Framework）是乐鑫为其旗下的 ESP32、ESP32 - S 系列、ESP32 - C 系列等芯片专门打造的物联网开发框架。

ESP-IDF编译系统流程

在这里插入图片描述
编译过程主要基于 Make 或 CMake 构建系统
esp-idf 文件夹
-
在这里插入图片描述
在这里插入图片描述在这里插入图片描述

IDF工程

ESP-IDF 工程借助 CMake 的可自定义性，创新地采用了“组件”式的设计。整个工程由多个组件组成，每个组件都像是一块积木，共同构建起完整的工程结构。

  • “main”组件，它包含了用户应用程序的入口函数。
  • 项目配置 保存在项目根目录下名为 sdkconfig的文件中，一个项目只能包含一个项目配置。
  • 应用程序是由 ESP-IDF 构建得到的可执行文件。一个项目通常包含项目应用程序和引导程序。
  • 组件（Components）是模块化且独立的代码，会被编译成静态库（.a 文件）并链接到应用程序。
  • ESP-IDF 并不是项目的一部分，它独立于项目，通过 IDF_PATH 环境变量（保存 esp-idf 目录的路径）链接到项目

项目工程分析

在这里插入图片描述

顶层项目 CMakeLists.txt 文件

  • CMake 用于学习如何构建项目的主要文件。
  • 这个文件中设置项目全局的 CMake 变量
  • CMakeLists.txt 文件会导入 /tools/cmake/project.cmake 文件， 由它负责实现构建系统的其余部分。

如下代码所示：

/* 必须放在 CMakeLists.txt 文件的第一行，
它会告诉 CMake 构建该项目所需要的最小版本号。ESP-IDF 支持 CMake 3.16 或更高的版本 */
cmake_minimum_required(VERSION 3.16)
/* 会导入 CMake 的其余功能来完成配置项目、检索组件等任务 */
include($ENV{IDF_PATH}/tools/cmake/project.cmake)
/* 会创建项目本身，并指定项目名称 */
project(myProject)

idf_component_register(SRCS "main.c" INCLUDE_DIRS ".")
  • 调用 idf_component_register 函数，开发者可以将组件添加到构建系统中。
  • SRCS 代表源文件列表，其中包括 .c、.cpp、.cc、.S 等类型的文件

main 目录 main.c定义了程序入口函数 app_main()

“sdkconfig” 项目配置文件，执行 idf.py menuconfig 时会创建或更新此文件，文件中保存了项目中所有组件（包括 ESP-IDF 本身）的配置信息。

3 GPIO

ESP-IDF 提供了丰富的 GPIO 操作函数
esp-idf-v5.1.2\components\driver\gpio路径下找到相关的 gpio.c 和 gpio.h 文件
配置 GPIO 的模式、上下拉等功能，其函数原型如下所示：

esp_err_t gpio_config(const gpio_config_t *pGPIOConfig)

网站公告

今日签到

点亮在社区的每一天
去签到

热门文章

最新发布