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《ESP32-S2 笔记》 ARDUINO 上的开发环境搭建

  • 硬件
  • 2022-01-05
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摘要

1. ESP32-S2简介

ESP32-S2 是一款安全可靠的低功耗、高集成 2.4 GHz Wi-Fi 系统级芯片 (SoC)，支持 Wi-Fi HT40 和多达 43 个 GPIO。ESP32-S2 搭载 Xtensa? 32-bit LX7 单核处理器，工作时钟频率高达 240 MHz。

ESP32-S2 具有行业领先的低功耗管理与射频性能、IO 功能和安全性能，是物联网、移动设备、可穿戴电子设备、智能家居等各种应用的理想选择。ESP32-S2 集成了 240 MHz Xtensa? 单核处理器，无需外接任何 MCU 即可独立满足各种互联设备的需求。

ESP32-S2 仍然沿用了乐鑫已经非常成熟的软件开发框架 ESP-IDF，可以实现性能和成本的平衡，为市场带来更高速、更安全的物联网连接解决方案。

CPU 和存储

  • Xtensa? 32-bit LX7 单核处理器
  • 7 级流水线架构
  • 时钟频率高达 240 MHz
  • 超低功耗协处理器
  • 320 KB SRAM，128 KB ROM，16 KB RTC 内存
  • 最大可支持 1 GB 外部 flash and SRAM
  • 独立的指令和数据 cache

WI-FI（连接）

  • 支持 IEEE 802.11 b/g/n 协议
  • 1x1 发送与接收
  • 支持 HT40，数据速率高达 150 Mbps
  • 支持 TCP/IP 联网、ESP-MESH 联网及 TLS 1.0、TLS 1.1、TLS1.2 等各种 - Wi-Fi 网络协议
  • 支持正常 Wi-Fi 数据包的 TOF 测距

IO 外设

  • 43 个 GPIO 口
  • 14 个电容式传感 IO
  • 支持 SPI、I2C、I2S、UART、ADC/DAC 和 PWM 等各种标准外设
  • 支持 LCD 接口（8-bit 并口 RGB、8080、6800 接口）
  • 支持 8-/16-bit DVP 图像传感器接口，最高时钟频率支持到 40 MHz
  • 支持全速 USB OTG

安全

  • 基于 RSA-3072 的可信应用程序引导
  • 基于 AES256-XTS 的 flash 加密技术，保护静止的敏感数据
  • 4096-bit eFuse 存储，其中 2048 bit 可用于应用程序
  • 支持数字签名外设，可用于私钥的安全存储和 RSA 签名的生成

最优功耗

  • ESP32-S2 通过选择时钟频率、占空比、Wi-Fi 操作模式和内部组件的单独电源控制，支持精细分辨率的电源控制。
    当启用 Wi-Fi 时，芯片只在需要时自动开启或关闭射频收发器，从而降低系统的- 总功耗。
  • 在 1% 占空比电流消耗下，超低功耗协处理器的空载模式为 5 μA ，空载模式为 7 μA。
  • 改进了 Wi-Fi 连接和 MCU 空闲模式的功耗。

我选用的ESP32-S2板卡为下图，它将USB和TTL下载都用Type-C接口引出，用来调试ESP32-S2的USB功能也是非常的方便：
1.jpg

2.环境搭建

2.1 下载板卡包

从Github上下载 arduino-esp32 的 esp32s2 分支:【地址】，下载完成后进行解压。
2.png

2.2 更新板卡包中ESP32-S2的下载工具

进行解压后，打开文件夹，可以发现目录如下：
3.png
然后进入tools目录，目录如下：
4.png
双击get.exe文件会弹出命令窗口，等待上几分钟，下载完成后窗口会自动关闭。

2.3 将板卡支持包放入ARDUINO

再将板卡支持包放入Arduino之前，首先你之前安装过ESP32的开发环境， 如果没有安装过，请跟着流程走：

  1. 首先下载ESP32的板卡包【地址】，解压后并按照下图目录放好，并且复制一份，并修改文件名为arduino-esp32-esp32s2，其中红色框出来的为你的Arduino软件的安装目录，如果不懂什么是安装目录，请自行搜索：
    5.png
  2. 接下来进入D:\Arduino\hardware\espressif\arduino-esp32-esp32s2目录，并将刚2.2步骤的文件夹下蓝色标记出来的文件拷贝到此目录中，如果弹出来 需要替换文件 ，点击全部替换即可，如果按照以上方式来的话，应该不会弹出。
    6.png

3. 测试程序

我的板子上有一个2020封装的WS2812灯珠，根据板子原理图查到引脚为WS2812->IO18，现在使用【FastLED】库点亮板载灯试试，先查看IO口的宏定义，其文件在D:\Arduino\hardware\espressif\arduino-esp32-esp32s2\variants\esp32s2\pins_arduino.h：

#ifndef Pins_Arduino_h
#define Pins_Arduino_h
#include <stdint.h>
#define EXTERNAL_NUM_INTERRUPTS 46
#define NUM_DIGITAL_PINS        48
#define NUM_ANALOG_INPUTS       20
#define analogInputToDigitalPin(p)  (((p)<20)?(esp32_adc2gpio[(p)]):-1)
#define digitalPinToInterrupt(p)    (((p)<48)?(p):-1)
#define digitalPinHasPWM(p)         (p < 46)
static const uint8_t TX = 43;
static const uint8_t RX = 44;
static const uint8_t SDA = 8;
static const uint8_t SCL = 9;
static const uint8_t SS    = 34;
static const uint8_t MOSI  = 35;
static const uint8_t MISO  = 37;
static const uint8_t SCK   = 36;
static const uint8_t A0 = 1;
static const uint8_t A1 = 2;
static const uint8_t A2 = 3;
static const uint8_t A3 = 4;
static const uint8_t A4 = 5;
static const uint8_t A5 = 6;
static const uint8_t A6 = 7;
static const uint8_t A7 = 8;
static const uint8_t A8 = 9;
static const uint8_t A9 = 10;
static const uint8_t A10 = 11;
static const uint8_t A11 = 12;
static const uint8_t A12 = 13;
static const uint8_t A13 = 14;
static const uint8_t A14 = 15;
static const uint8_t A15 = 16;
static const uint8_t A16 = 17;
static const uint8_t A17 = 18;
static const uint8_t A18 = 19;
static const uint8_t A19 = 20;
static const uint8_t T1 = 1;
static const uint8_t T2 = 2;
static const uint8_t T3 = 3;
static const uint8_t T4 = 4;
static const uint8_t T5 = 5;
static const uint8_t T6 = 6;
static const uint8_t T7 = 7;
static const uint8_t T8 = 8;
static const uint8_t T9 = 9;
static const uint8_t T10 = 10;
static const uint8_t T11 = 11;
static const uint8_t T12 = 12;
static const uint8_t T13 = 13;
static const uint8_t T14 = 14;
static const uint8_t DAC1 = 17;
static const uint8_t DAC2 = 18;
#endif /* Pins_Arduino_h */


然后打开Arduino软件，选择开发板：
7.png
从上表查到IO18的定义为：

static const uint8_t A17 = 18;
static const uint8_t DAC2 = 18;12

因此我们需要在程序中使用A17或者DAC2来作为WS2812的输出口：

#include <FastLED.h>FASTLED_USING_NAMESPACE// FastLED "100-lines-of-code" demo reel, showing just a few // of the kinds of animation patterns you can quickly and easily // compose using FastLED.  //// This example also shows one easy way to define multiple // animations patterns and have them automatically rotate.//// -Mark Kriegsman, December 2014#if defined(FASTLED_VERSION) && (FASTLED_VERSION < 3001000)#warning "Requires FastLED 3.1 or later; check github for latest code."#endif//#define DATA_PIN    A17 	//IO口#define DATA_PIN    DAC2	//IO口#define LED_TYPE    WS2811#define COLOR_ORDER GRB#define NUM_LEDS    1		//灯珠数目CRGB leds[NUM_LEDS];#define BRIGHTNESS          96#define FRAMES_PER_SECOND  120void setup() {
  delay(3000); // 3 second delay for recovery
  
  // tell FastLED about the LED strip configuration
  FastLED.addLeds<LED_TYPE,DATA_PIN,COLOR_ORDER>(leds, NUM_LEDS).setCorrection(TypicalLEDStrip);
  //FastLED.addLeds<LED_TYPE,DATA_PIN,CLK_PIN,COLOR_ORDER>(leds, NUM_LEDS).setCorrection(TypicalLEDStrip);

  // set master brightness control
  FastLED.setBrightness(BRIGHTNESS);}// List of patterns to cycle through.  Each is defined as a separate function below.typedef void (*SimplePatternList[])();SimplePatternList gPatterns = { rainbow, rainbowWithGlitter, confetti, sinelon, juggle, bpm };uint8_t gCurrentPatternNumber = 0; // Index number of which pattern is currentuint8_t gHue = 0; // rotating "base color" used by many of the patterns
  void loop(){
  // Call the current pattern function once, updating the 'leds' array
  gPatterns[gCurrentPatternNumber]();

  // send the 'leds' array out to the actual LED strip
  FastLED.show();  
  // insert a delay to keep the framerate modest
  FastLED.delay(1000/FRAMES_PER_SECOND); 

  // do some periodic updates
  EVERY_N_MILLISECONDS( 20 ) { gHue++; } // slowly cycle the "base color" through the rainbow
  EVERY_N_SECONDS( 10 ) { nextPattern(); } // change patterns periodically}#define ARRAY_SIZE(A) (sizeof(A) / sizeof((A)[0]))void nextPattern(){
  // add one to the current pattern number, and wrap around at the end
  gCurrentPatternNumber = (gCurrentPatternNumber + 1) % ARRAY_SIZE( gPatterns);}void rainbow() {
  // FastLED's built-in rainbow generator
  fill_rainbow( leds, NUM_LEDS, gHue, 7);}void rainbowWithGlitter() {
  // built-in FastLED rainbow, plus some random sparkly glitter
  rainbow();
  addGlitter(80);}void addGlitter( fract8 chanceOfGlitter) {
  if( random8() < chanceOfGlitter) {
    leds[ random16(NUM_LEDS) ] += CRGB::White;
  }}void confetti() {
  // random colored speckles that blink in and fade smoothly
  fadeToBlackBy( leds, NUM_LEDS, 10);
  int pos = random16(NUM_LEDS);
  leds[pos] += CHSV( gHue + random8(64), 200, 255);}void sinelon(){
  // a colored dot sweeping back and forth, with fading trails
  fadeToBlackBy( leds, NUM_LEDS, 20);
  int pos = beatsin16( 13, 0, NUM_LEDS-1 );
  leds[pos] += CHSV( gHue, 255, 192);}void bpm(){
  // colored stripes pulsing at a defined Beats-Per-Minute (BPM)
  uint8_t BeatsPerMinute = 62;
  CRGBPalette16 palette = PartyColors_p;
  uint8_t beat = beatsin8( BeatsPerMinute, 64, 255);
  for( int i = 0; i < NUM_LEDS; i++) { //9948
    leds[i] = ColorFromPalette(palette, gHue+(i*2), beat-gHue+(i*10));
  }}void juggle() {
  // eight colored dots, weaving in and out of sync with each other
  fadeToBlackBy( leds, NUM_LEDS, 20);
  byte dothue = 0;
  for( int i = 0; i < 8; i++) {
    leds[beatsin16( i+7, 0, NUM_LEDS-1 )] |= CHSV(dothue, 200, 255);
    dothue += 32;
  }}

点击上传程序，等待程序上传成功，即可发现LED布灵布灵的闪起来了呢：
8.jpg

4. 总结

到此我们的安装过程已经完成，可以进行ESP32-S2的开发了，但是现在很多库还没有对ESP32-S2进行适配，比如我尝试了下u8g2库去驱动OLED，就没有成功，因此还是有很多问题的哦，期待各开源库的完善~


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