ESP32-IDF开发笔记 | 01 - ESP-IDF开发环境搭建（2023.04.08更新）
| 更新内容 | 更新时间 |
|---|---|
| 2021.05.01 | 基于ESP32+IDF 4.4完成初稿 |
| 2023.03.12 | 基于IDF 5.0.1添加VScode IDF扩展安装、配置、使用方法 |
| 2023.04.07 | 增加VScode配置头文件路径方法 |
一、ESP32-C3模组
本想仗剑天涯走四方，奈何没有抢到票，五一假期只能宅咯，it is a sad story~
刚从安信可官方抢到手一块ESP32-C3F模组开发板，甚是便宜，上手体验一把！（链接）
ESP32-C3系列WIFI模组是一款高集成度的超低功耗 2.4G Wi-Fi和蓝牙BLE5的芯片，搭载 RISC-V 32 位单核处理器，工作频率高达160 MHz，内置安全硬件，支持二次开发。
该芯片主要有以下解决方案亮点：
- 一个完整的WI-FI子系统：支持Station模式、SoftAP模式、SoftAP+模式
- 一个蓝牙LE子系统：支持BLE5的特性、蓝牙mesh
- 32bit的RISC-V单核处理器：主频高达160MHz，四级流水线
- 存储能力：384KB片上ROM，400KB SRAM（16KB for Dcache），SPI接口可用于外扩flash
- 可信安全特性：Secure boot、Flash加密、4096-bit OTP、加解密硬件、随机数生成器、权限控制
- 丰富的外设接口：22xGPIOs、3xSPI、2xUART、1xI2C、1xI2S
安信可ESP32-C3F模组的引脚说明如图：
二、ESP32 C3硬件开发环境准备
搭建过程官方参考文档：快速入门 ESP32-C3
使用Micro USB线连接ESP32 C3F开发板到电脑即可，如图：
三、ESP32 C3软件开发环境搭建（Windows）
搭建过程官方参考文档：快速入门 ESP32-C3
软件开发的搭建有三种选择：
- 手动安装工具链
- 使用Eclipse插件
- 使用VScode插件
这里为了更清楚的上手ESP32 C3开发环境，手动在Windows上安装工具链。
1. 下载安装器
ESP-IDF 需要安装一些必备工具，才能围绕 ESP32-C3 构建固件，包括 Python、Git、交叉编译器、CMake 和 Ninja 编译工具等。
安装 ESP-IDF 必备工具最简易的方式是从 https://dl.espressif.com/dl/esp-idf/?idf=4.4 中下载 ESP-IDF 工具安装器。
安装程序会安装以下组件：
- 内置的 Python
- 交叉编译器
- OpenOCD
- CMake 和 Ninja 编译工具
- ESP-IDF
因为网络原因，安装过程中使用github下载会出问题，这里我选择ESP-IDF离线安装工具：
2. 使用安装器进行安装所需环境
下载完成之后双击开始安装。
同意协议：
等待安装前环境检查完成：
电脑中目前没有ESP-IDF，选择下载：
选择下载的ESP-IDF版本和安装位置：
选择ESP-IDF工具安装路径：
选择要安装的组件，全选：
确认要安装的信息。
接下来，等待下载安装完成：
安装完成之后如图：
安装完成之后，安装工具会在桌面创建下面三个快捷方式：
在ESP32-IDF工具安装目录可以看到所需工具链：
在ESP-IDF安装目录可以看到ESP-IDF环境：
3. 升级ESP-IDF环境
离线安装工具安装的ESP-IDF版本为v4.2，但本文中所使用的模组ESP32-C3在v4.3版本中支持，从乐鑫服务器下载v4.3发布版本：
- https://dl.espressif.com/dl/esp-idf/releases/esp-idf-v4.3-beta3.zip
下载之后解压，替换原来的所有内容：
3.1. 配置cmd环境
替换完成之后，运行 install.bat 进行安装，安装完成，再次打开IDF命令行工具：
可以正常使用。
3.2. 配置powershell
进入ESP-IDF安装路径，打开powershell：
运行安装脚本：
运行ESP-IDF powershell命令行，正常使用：
3.3. 在当前命令行使用
若要在当前命令行使用，执行ESP-IDF提供的环境变量设置脚本即可，在本文的安装情况下，powershell执行：
G:\develop_tools\ESP32-IDF\export.ps1
4. helloworld工程示例
4.1. 创建工程
从ESP-IDF安装目录中拷贝helloworld示例工程过来：
打开命令行，运行设置环境变量的脚本，设置好环境：
4.2. 配置工程
配置目标芯片：
idf.py set-target esp32c3
打开menuconfig配置界面：
idf.py menuconfig
特别注意！！！此处配置需要修改为Rev2！否则程序运行出错！
4.3. 编译工程
运行命令可以编译应用程序和所有 ESP-IDF 组件，接着生成 bootloader、分区表和应用程序二进制文件:
idf.py build
4.4. 烧录固件
使用命令，将刚刚生成的二进制文件 (bootloader.bin, partition-table.bin 和 hello-world.bin) 烧录到 ESP32-C3 开发板：
idf.py -p PORT [-b BAUD] flash
- port是端口号，可以在【设备管理器】中看到，这里是COM9；
- BAUD是波特率，默认波特率为 460800；
烧录命令为：
idf.py -p COM9 flash
4.5. 查看串口信息
idf.py -p PORT monitor
同样，port是端口号，可以在【设备管理器】中看到。
这里是COM9，命令为：
idf.py -p COM9 monitor
5. VScode IDF扩展安装
上述操作都是在命令行中完成的，可以借助VSCode+IDF扩展搭建一个可视化环境。
5.1. 安装IDF扩展
在VSCode扩展市场搜索IDF，点击安装即可。
5.2. 配置IDF扩展
按Ctrl + Shift + P打开命名面板，进入IDF配置界面：
选择高级配置：
设置组件下载服务器、ESP-IDF源码路径、ESP-IDF工具所在路径，点击Install安装：
设置使用本地已经存在的ESP-IDF工具：
出现这个界面时，表示配置成功，否则重来。
5.3. 使用VSCode扩展
使用VScode打开之前的helloworld工程，在VScode下边栏会出现一排工具按钮：
5.3.1. 配置工程
小齿轮是配置工程（menuconfig），可视化配置，非常方便：
比如设置CPU主频：
设置完之后点击右上角保存即可。
5.3.2. 编译工程
小圆柱形按钮是编译整个工程，编译日志会显示在终端：
5.3.3. 烧写固件
点击最前面的串口号，选择要使用的串口：
点击小闪电形按钮，选择下载模式为串口下载：
选择之后就会自动下载：
5.3.4. 查看串口日志
点击小电脑的图标，打开监视器，查看串口日志：
5.3.4. 一键编译、烧写、打开串口
修改源码之后，点击小火苗的按钮，可以一键编译、烧写、打开串口。
5.3.5. 配置头文件路径
在.vscode路径下新建c_cpp_properties.json文件，填充如下内容，在includePath中添加自己的ESP-IDF框架源码所在路径：
{"configurations": [{"includePath": ["${workspaceFolder}/**","I:/MCU/ESP32/ESP-IDF/Espressif/frameworks/esp-idf-v5.0.1/**"]}],"version": 4
}
四、ESP32 C3软件开发环境搭建（Linux）
搭建过程官方参考文档：快速入门 ESP32-C3
这里我使用的系统为Ubuntu 20.04。
1. 安装前的准备
sudo apt-get updatesudo apt-get install git wget flex bison gperf python3 python3-pip python3-setuptools cmake ninja-build ccache libffi-dev libssl-dev dfu-util libusb-1.0-0
2. 获取 ESP-IDF
因为ESP-C3在v4.3中才支持，这里选择release/v4.3发布包下载。
mkdir -p ~/esp
cd ~/esp
wget https://dl.espressif.com/dl/esp-idf/releases/esp-idf-v4.3-beta3.zip
下载到文件后解压：
upzip esp-idf-v4.3-beta3.zip
将解压出的文件夹重命名为esp-idf：
mv esp-idf-v4.3-beta3 esp-idf
3. 安装额外的工具
除了 ESP-IDF 本身，还需要安装 ESP-IDF 使用的各种工具，比如编译器、调试器、Python 包等。
很多工具在国内pip源没有，所以提前换为官方源：
pip3 config set global.index-url https://pypi.python.org/simple/
下面的命令将 ESP-IDF 所需的编译工具默认安装在用户的根目录中，即 Linux 中的$HOME/.espressif。
其中第二行命令设置在安装工具时优先选择 Espressif 下载服务器。
cd ~/esp/esp-idf
export IDF_GITHUB_ASSETS="dl.espressif.com/github_assets"
./install.sh
安装成功之后：
4. 设置环境变量
编辑shell用户配置文件：
vim ~/.bashrc
复制并粘贴以下命令到 shell 配置文件中：
alias get_idf='. $HOME/esp/esp-idf/export.sh'
刷新配置文件：
source ~/.bashrc
现在可以在需要的时候，在任何终端窗口中运行 get_idf 来设置或刷新 esp-idf 环境：
get_idf
5. 新建工程
在目录esp下新建project目录：
cd ~/esp
mkdir project
将esp-idf下的helloworld示例工程复制过来：
cp -r ../esp-idf/examples/get-started/hello_world ./
示例工程新建完成。
进入示例工程：
cd hello_world
在当前终端设置idf环境：
get_idf
6. 配置工程
配置目标芯片为ESP-C3：
idf.py set-target esp32c3
默认配置存在bug，进入menuconfig配置界面：
idf.py menuconfig
按s保存后，按esc退出。
7. 编译工程
idf.py build
8. 在 Linux 中添加用户到 dialout
当前登录用户应当可以通过 USB 对串口进行读写操作。在多数 Linux 版本中，您都可以通过以下命令，将用户添加到 dialout 组，从而获许读写权限：
sudo usermod -a -G dialout $USER
请重新登录，确保串口读写权限生效。
9. 烧录固件
开发板使用串口连接到Linux主机，在linux下串口设备号以 /dev/tty 开始，通过插拔前后的不同找出设备号：
找出设备号后，使用下面的命令烧录：
idf.py -p /dev/ttyUSB0 flash
烧写成功。
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