旧玩具

这是一块两年前的小板子，因为 ESP32 足够便宜而且有方便的 wifi 功能，而且这一款甚至带有 CAN 收发器，所以购入。在 ESP 中 CAN 接口叫做 TWAI ，官方代码库(早期也叫 CAN，现在改掉了)、资料等都找不到 CAN 相关字样，应该是没交版权费，功能上是一模一样的。

两年前使用 Arduino IDE 做了一点点简单的功能-网络桥接啥的，然后因为 Arduino IDE 或者 ESP-IDF 过于简单或者过于复杂而劝退。当然也是没有什么实际需求懒得继续研究。

之前花 200 大洋咨询别人一些问题的时候，别人就力荐我全面使用 PlatformIO ，当然我完全没当回事。现在重新把玩这个玩具，发现 PlatformIO 环境虽然不符合我的开发美学，但确实有其独到之处，足够简单足够应用。虽然各种编译过程各种环境都藏着不让人看，但当我们把所有知识类的开发经验抛开，只专注于实现某种应用，这玩意可太棒了。

下面是我这两周玩出的成果。

[ 懒得录改天再说 ]

整体理解

PlatformIO 是一个集成了编译链、python环境、包管理器(他自有的)、下载算法、调试器等等所有开发所需的东西的一个平台。

因为大而全，所以基于 PlatformIO 的开发项目是相对封闭的，所有的指令或者其他操作都应该在 PlatformIO CLI 中进行，在 vscode 的蚂蚁头 PlatformIO 图标下，可以在 QUICK ACCESS->Misellaneous-> PlatformIO Core CLI 打开 PlatformIO CLI 终端，在其中打指令例如 pio --help 、which python才是调用集成环境中的东西。

而关于在此平台下载的 Libraries，也不要想着改库，照着包的 Examples 用就好了，否则在平台更新时可能会自动将你的修改给还原导致丢失代码。必须要增改功能的包自行放在项目的 lib 文件夹中，平台会自动监测和添加编译指令。

另外都使用这样的平台了，就别想着 JTAG 单步调试了，我进行了很多尝试在这方面耗费大量的时间，但总是有这样那样的问题，另外芯片的引脚资源也不够用，完全不能支持额外的四个引脚拿来调试。

基础入门

环境配置

PlatformIO 首先需要有 vscode ，然后在 vscode 中左下角齿轮新建一个空的配置文件，建议初建是全空，甚至不要有主题插件。

在插件市场找到 PlatformIO IDE 下载即可。

安装完成后左侧会出现蚂蚁头，这就是整个 PlatformIO IDE 环境了。

点开蚂蚁头，可以在 QUICK ACCESS->PIO Home->Platforms 找到所有支持的板子平台。

其中比较常用的就是 Espressif32、Espressif8266，其他的芯片关键词都可以搜出来，只有这两个 esp32、esp8266 居然搜不到，当然一共也没几个，手动看一圈就好了。点开需要的平台，Install 就好了。

在某个 Platform 第一次下载时，他会提示你下载许多他依赖的小工具，不要担心，这些都会集合下载在他自有的文件夹中，不会影响我们自己的文件结构。如果下载过慢或者失败(顺利的话一分钟以内就完成了)，需要挂 VPN。

创建项目

点开蚂蚁头，可以在 QUICK ACCESS->PIO Home->Project & Configuration 看到此平台下的所有项目，新环境是没有的，点击 Create New Project 新建一个。

Name 随便起，Board 搜索开发板或芯片开头几个字母大部分都可以搜到，Framework 推荐直接选 arduino 就好。

没有下载的 Platform 会自动下载。

创建后大概是这样的结构

name
├── .pio
├── .vscode
├── include
├── lib
└── src
    └── main.cpp
└── test
└── platformio.ini

我们实际的 main.cpp 文件在 src 文件夹下，暂时不理会。

lib 文件夹用于存放自己引入非平台管理的库，假如你想要改一个库的源码，应该将这个库放在lib 文件夹中，平台会自动处理源码和头文件路径的。

打开 platformio.ini 并进行一些调整。

[env:pico32]
platform = espressif32
board = pico32
framework = arduino
; 增加以下两句
build_flags = -I src 
build_type = release

build_flags 是额外添加的编译标志，这里表示将 src 文件夹也加入 include path，便于我们在 src 文件夹也可以创建头文件。

build_type 是不必介绍了吧，改为发布版可以节省一些资源供我们使用，毕竟 arduino 天生就会浪费很多资源。

后续开发

首先再整理一下项目，找到 src/main.cpp 清理为如下的样子。仅保留基本的 setup 和 loop 函数，arduino 中 setup 函数会先运行一次，随后 loop 函数不断运行。

#include <Arduino.h>

void setup( )
{
}

void loop( )
{
}

在 src 下新建两个文件 McuInit.cpp 、SysTask.cpp，并且整理为如下内容。

McuInit 用于一些应用模块的初始化配置，例如示例的串口模块，在 arduino 中实际上没有外设概念，直接操作 MCU 的外设功能可能会引起冲突；

SysTask 用于一些可能有时序相关的工作，例如每 100ms 扫描一次 wifi 这种，在 loop 函数中无法精确把握时序；

而原有的 loop 函数则用于时序无关以尽可能快的速度运行的工作，例如刷新 UI。

#include <Arduino.h>

extern void McuInit(void);
extern void SysTask(void *parameter);

//
void setup( )
{
    McuInit( );

    xTaskCreate(SysTask,   /*任务函数*/
                "SysTask", /*带任务名称的字符串*/
                8192,      /*堆栈大小，单位为字节*/
                NULL,      /*作为任务输入传递的参数*/
                1,         /*任务的优先级*/
                NULL);     /*任务句柄*/
}

void loop( )
{
}

lib 文件夹塞进所有用到的外部库，平台会自动添加其中的源文件和头文件路径。

点开蚂蚁头，可以在 QUICK ACCESS->PIO Home->Libraries 找到平台推荐的一些库，点开想要使用的库，"Add to Project"可以加入项目，随后直接按照库的 Examples 使用就好，这个平台自带的库管理器添加的库，源码不太好寻，也不用在意。

鸣谢

本项目用到的库。

库本身的库管理器-

• ESP32CAN：CAN 通信收发应用的包装，比原生 TWAI API 方便 Demo 31: How to use Arduino ESP32 CAN interface
• SerialCommands：一个极简串行指令解析栈，方便制造自己的指令控制 ppedro74/Arduino-SerialCommands
• PubSubClient：MQTT 的极简协议栈 knolleary/pubsubclient: A client library for the Arduino Ethernet Shield that provides support for MQTT.
• CircularBuffer：方便轻量的环形 FIFO 管理 rlogiacco/CircularBuffer: Arduino circular buffer library
• mpu6050：MPU6050 陀螺仪驱动库 ElectronicCats/mpu6050: MPU6050 Arduino Library

lib 文件夹引入的库

• u8g2：超轻量图形库，经过改造支持 128X80 分辨率。 olikraus/u8g2: U8glib library for monochrome displays, version 2
• MiaoUI：超轻量 UI 框架，结合 u8g2 方便地实现显示效果。 JFeng-Z/MiaoUI: MiaoUI 是一个基于 u8g2 的单色 OLED 菜单 UI 框架。MiaoUI使用 C 语言实现，采用双向链表结构，使用非线性动画、移植方便、内存占用较小、能够快速部署，适用于具有小型OLED屏幕的嵌入式设备。
• MultiButtonPro：超轻量按键库，单按键多事件回调用于支持相对丰富的操作。 stbanana/MultiButton: Button driver for embedded system. Expand development based on existing projects.

其他

Note

由于路由器、网络环境的限制，这些 MCU 无法直接暴露自己的公网IP(或者很麻烦和无法随处手持)，建议往服务器转发方向研究，比如 MQTT 服务器中转。

搭项目框架 3~4 天，研究 JTAG 调试 2~3 天，代码填充 2~3 天，这玩意弄起来还是很快的。

在 PlatformIO CLI 中可以使用这些指令进行一些操作。

检查芯片整体设置，例如 JTAG 功能是否开启。这个指令来自 espressif 工具链。

espefuse -p COM11 summary

烧录固件，例如将 your.bin 烧录到 0x1000 处。这个指令来自 espressif 工具链。

esptool -p COM11 write_flash 0x1000 your_firmware.bin

检查所有已安装的库和包。这个指令来自 PlatformIO 平台。

pio pkg list

至于其他指令，类似 pio --help 、esptool --help 这样加上 --help 都可以层层往下查。

一些额外的参考资料

ESPCoredump with Arduino Framework – Hpsaturn --- ESPCoredump with Arduino Framework – Hpsaturn

些许困难

屏幕驱动与陀螺仪驱动都需要 I2C 接口，而这些在库封装中没有提及如何兼容(当然使用的前提是芯片有两个 I2C 外设)。I2C 外设在 ESP 代码库中叫做 Wire.h，宗旨是其中一个底层需要调用 Wire 对象，而另一个调用 Wire1。

屏幕图形库使用 u8g2，修改到 128*80 分辨率已经不易，再修改使用对象太麻烦。而 MPU6050 则提供了这样的绑定接口。在定义 MPU6050 对象时使用这样的语句 MPU6050 accelgyro(MPU6050_DEFAULT_ADDRESS, &Wire1); 其中传参1是依据构造函数的默认，传参2提供绑定的 Wire1 指针。

应用笔记

链接器脚本

ESP32 通常的开发方式都不支持像通常的 C/C++ 编译器那样指定精细完备的链接器脚本，而需要使用他自己格式的一个 csv 文件作为分区表，一个示例类似如下。其中 Offset 列可以不填，那么会自动计算紧密的偏移量。

对于 Type 列，数值 0 与 app 等效，相当于 *(.text) 程序代码段。

在 PlatformIO 平台中可以通过在 platformio.ini 增加 board_build.partitions = partitions.csv 字段进行指定。否则使用平台默认。

详情可参考官方文档(虽然也是藏着掖着没什么营养) 分区表 - ESP32 - — ESP-IDF 编程指南 v5.5 文档

Name 中的 ffat 用于支持 FFat.h 库的应用，也就是将一部分 flash 作为内置文件系统，可以存储一些 test.txt、log,txt 这种格式化的信息。

# ESP-IDF Partition Table
# Name,   Type, SubType, Offset,  Size, Flags
# bootloader.bin,,          0x1000, 32K
# partition table,          0x8000, 4K

nvs,      data, nvs,      0x9000,  20K,
otadata,  data, ota,      0xe000,  8K,
ota_0,    0,    ota_0,   0x10000,  1408K,
ota_1,    0,    ota_1,           ,  1408K,
uf2,      app,  factory,        ,  256K,
ffat,     data, fat,            ,  924K,
coredump, data, coredump,       ,36k,

我的应用例程

一些单文件示例，用于展示常用API

# Name,     Type, SubType, Offset,    Size
nvs,        data, nvs,     0x9000,   20K
otadata,    data, ota,     0xE000,    8K
ota_0,      app,  ota_0,   0x10000, 1024K
ota_1,      app,  ota_1,   0x110000,1024K
ffat,       data, fat,     0x210000,1624K
coredump,   data, coredump,0x3A8000, 64K

#include "FFat.h"

void listDir(fs::FS &fs, const char *dirname, uint8_t levels)
{
    Serial.printf("Listing directory: %s\r\n", dirname);

    File root = fs.open(dirname);
    if(!root)
    {
        Serial.println("- failed to open directory");
        return;
    }
    if(!root.isDirectory( ))
    {
        Serial.println(" - not a directory");
        return;
    }

    File file = root.openNextFile( );
    while(file)
    {
        if(file.isDirectory( ))
        {
            Serial.print("  DIR : ");
            Serial.println(file.name( ));
            if(levels)
            {
                listDir(fs, file.path( ), levels - 1);
            }
        }
        else
        {
            Serial.print("  FILE: ");
            Serial.print(file.name( ));
            Serial.print("\tSIZE: ");
            Serial.println(file.size( ));
        }
        file = root.openNextFile( );
    }
}

void setup( )
{
    Serial.begin(115200);

    // 格式化FFat分区
    if(!FFat.begin(true))
    { // true参数表示格式化
        Serial.println("An Error has occurred while mounting FFat");
        return;
    }

    // 创建和写入文件
    File file = FFat.open("/test.txt", FILE_WRITE);
    if(!file)
    {
        Serial.println("Failed to open file for writing");
        return;
    }
    file.println("Hello, ESP32 with FFat!");
    file.close( );

    // 读取文件
    file = FFat.open("/test.txt");
    if(!file)
    {
        Serial.println("Failed to open file for reading");
        return;
    }
    while(file.available( ))
    {
        Serial.write(file.read( ));
    }
    file.close( );
    
    // 调试串口打印出现在的文件结构
    listDir(FFat, "/", 0);
}

void loop( )
{
    // 不需要在loop中做任何事情
}