ESP32玩具

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AI·GEN

关键洞察

这篇文章上次修改于，可能部分内容已经不适用，如有疑问可询问作者。

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 ]

~~最近天天听徐良、许嵩、汪苏泷，又玩这么傻逼的芯片，感觉回到了年轻的时候，头好痒要长斜刘海了。~~

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

CodeBlock Loading...

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。

CodeBlock Loading...

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。

CodeBlock Loading...

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。

CodeBlock Loading...

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。

CodeBlock Loading...

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

CodeBlock Loading...

检查所有已安装的库和包。这个指令来自 PlatformIO 平台。

CodeBlock Loading...

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。

CodeBlock Loading...

我的应用例程

一些单文件示例，用于展示常用API

需要分区表包含 ffat name ，示例的分区表如下

CodeBlock Loading...

旧玩具

下面是我这两周玩出的成果。

[ 懒得录改天再说 ]

~~最近天天听徐良、许嵩、汪苏泷，又玩这么傻逼的芯片，感觉回到了年轻的时候，头好痒要长斜刘海了。~~

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。

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。

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

CodeBlock Loading...

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

CodeBlock Loading...

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( )
{
}

CodeBlock Loading...

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( )
{
}

CodeBlock Loading...

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。

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

CodeBlock Loading...

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

CodeBlock Loading...

检查所有已安装的库和包。这个指令来自 PlatformIO 平台。

pio pkg list

CodeBlock Loading...

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

应用笔记

链接器脚本

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,

CodeBlock Loading...

我的应用例程

一些单文件示例，用于展示常用API

需要分区表包含 ffat name ，示例的分区表如下

# 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

CodeBlock Loading...

#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
}

CodeBlock Loading...