ESP-IDF

ESP-IDF 简介及环境搭建（VSCode专栏）

ESP-IDF（Espressif IoT Development Framework）是乐鑫（Espressif）推出的开源物联网开发框架，专门用于其ESP32系列芯片的开发。ESP-IDF提供了构建物联网应用的必要工具和库，包括Wi-Fi、蓝牙、外设驱动、文件系统、网络协议栈、加密、安全和实时操作系统（FreeRTOS）等。

下面描述只适用于使用VSCode + ESP-IDF环境搭建

• PS:
  • 如若希望使用Eclipse 编辑器来作为主力开发环境，请点击链接下载Espressif-IDE安装，并替换ESP-IDF版本≥v5.3.1
  • 若下述安装ESP-IDF过程中出现TSL Error、Network Error等报错、异常等情况，请重新清理目录文件夹、确保网络环境稳定无代理污染等并重新进行安装。所需时间较长，请耐心等待。

先决条件

1. 如果您使用的是 Mac 或 Linux，请安装以下ESP-IDF 先决条件。如果您使用的是 Windows，请忽略此步骤。

安装VSCode

1. 打开VSCode官网的下载页面，选择对应系统和系统位数进行下载
   
   
2. 运行安装包后，其余均可以默认安装，但这里为了后续的体验建议，建议在此处勾选框中的1、2、3项
   
   
   • 第一、二项开启后，可以直接通过鼠标右键文件或者目录打开VSCode，可以提高后续的使用体验
   • 第三项开启后，选择打开方式时，可以直接选择VSCode

安装ESP-IDF插件

1. 打开VSCode，点击插件管理器，并搜索ESP-IDF进行下载安装，如图：
   
   
2. 安装好后左侧工具栏有Espressif的Logo就是插件，点击进入插件（会有一小段时间用于加载程序），选择“EXPRESS”进行快速安装，如图：
   
   

安装ESP-IDF开发环境

1. 进入EXPRESS安装界面，确认好ESP-IDF 版本≥v5.3.1发布版本、ESP-IDF 目录和ESP-IDF 工具目录后，点击Install，耐心等待安装步骤完成,如图：
   
   
2. 如果是国内用户，可以选择下载服务器为Espressif，安装过程比较缓慢，确保网络状态良好，可耐心等待安装完成，
3. 
   
4. 安装过程展示：
   
   
5. 安装完成标志：
   
   

入门（Getting Start）

学习一门语言或开发环境的最好方式是从入门开始，在本章节详细介绍如何创建项目、从现有项目开发、以及嵌入式经典教程HelloWorld和常用接口I2C的使用

一个ESP-IDF项目的基本结构介绍

• 打开ESP-IDF插件，点击New project，选择ESP-IDF示例——>sample_project——>点击创建
  
  
• 新建并在窗口中打开可以查看到VSCode的结构如

├── CMakeLists.txt
├── main
│   ├── CMakeLists.txt
│   └── main.c
└── README.md                  

ESP-IDF工程项目详解

• 组件（Component）:ESP-IDF中的组件是构建应用的基本模块，每个组件通常是相对独立的代码库或库，能实现特定的功能或服务，可以被应用程序或是其他组件重复使用，类似于Python开发中的库的定义。
  • 组件的引用：Python开发环境中引入库只需要“import 库名或路径”即可，而ESP-IDF基于C语音基础，引入库是通过CMakeLists.txt进行配置和定义的。
  • 当我们使用在线组件时，通常使用idf.py add-dependency <componetsName>来为项目添加在线组件，这会生成一个idf_component.yml文件用于管理组件。
  • CmakeLists.txt的作用：ESP-IDF编译时编译工具CMake会首先通过读取工程目录的顶层CMakeLists.txt的内容来读取构建规则，识别需要编译的内容。当在CMakeLists.txt中引入了需要的组件、程序后，编译工具CMake会根据索引导入每个所需要编译的内容。编译过程如：

VSCode 用户界面底部工具栏说明

当我们打开一个ESP-IDF工程时，底部会自动加载环境，对于ESP32-P4-WIFI6的开发，底部工具栏也是一个非常重要的，如图示： 

1. ESP-IDF开发环境版本管理器，当我们的工程需要区分开发环境版本时，可以通过安装不同版本的ESP-IDF来分别管理，当工程使用特定版本时，可以通过使用它来切换
2. 设备烧录COM口，选择以将编译好的程序烧录进芯片上
3. set-target 芯片型号选择，选择对应的芯片型号，如：ESP32-P4-WIFI6需要选择esp32p4为目标芯片
4. menuconfig，点击修改sdkconfig配置文件内容
5. fullclean 清理按钮，当工程编译报错或其他操作污染编译内容时，通过点击清理全部编译内容
6. Build 构建工程，当一个工程满足构建时，通过此按钮进行编译
7. flash烧录按钮，当一个工程Build构建通过时，选择对应开发板COM口，点击此按钮可以将编译好的固件烧录至芯片
8. monitor开启烧录口监控，当一个工程Build——>Flash后，可通过点击此按钮查看烧录、调试口输出的log，以便观察应用程序是否正常工作
9. Build Flash Monitor 一键按钮，用于连续执行Build——>Flash——>Monitor，常被称作小火苗

HelloWorld 示例

了解完VSCode 用户界面底部工具栏说明后，通过Hello World工程可以快速入门和了解ESP32开发环境的基础项目。它演示了如何使用ESP-IDF来创建一个基本的应用程序，并且涵盖了ESP32的开发流程，包括编译、烧录和监视器调试的步骤。

1. 打开示例工程HelloWorld后，设置好目标端口、芯片类型(此处注意，选择好芯片类型时右下角有加载动作，这是ESP-IDF正在执行idf.py set-target esp32p4的操作指令，它需要从包管理器拉取对应芯片的架构包环境，需要一定时间处理，请一定要耐心等待，如果此时点击构建等操作会有报错！！！)
2. 通过底部工具一键构建、烧录、监视，可以查看到终端输出Hello World!
   
   
3. 代码内容解析
   1. 代码中仅有一个app_main主函数，通过条件判断来确定打印内容输出，并在末尾添加了循环，实现10s重启芯片。
   2. app_main函数是ESP-IDF（Espressif IoT Development Framework）开发框架中用户应用程序的入口点。它是ESP-IDF项目的核心函数，相当于C语言标准程序中的main函数。在ESP32开发中，app_main函数是由实时操作系统（FreeRTOS）调度的第一个任务，这也是用户代码执行的起始点。

I2C

I2C是一个较常用的串行通信总线，它可以通过两条线进行通信，一根数据线（SDA, Serial Data）和一根时钟线（SCL, Serial Clock），并支持多主多从模式。在ESP32-P4上一共有2个I2C总线接口，芯片内部通过 GPIO 交换矩阵可配置使用任意 GPIO 管脚，这个特性可以让我们自由的使用任意 GPIO 作为I2C的引脚控制，当然ESP32-P4 I2C支持Slave、Master模式，以下主要使用 I2C 主机（Master）模式，用于 ESP32-P4 启动通信、控制并向从设备（可以是任何I2C接口的传感器）发送数据请求或接收数据。 ESP32-P4-WIFI6的I2C引脚默认使用SCL(GPIO8)、SDA(GPIO7)

ESP-IDF中，I2C总线需要i2c_master_bus_config_t指定配置：

• i2c_master_bus_config_t::clk_source选择 I2C 总线的源时钟，使用默认I2C时钟源（通常都使用默认时钟源）则为I2C_CLK_SRC_DEFAULT即可
• i2c_master_bus_config_t::i2c_port设置控制器使用的 I2C 端口，正如上述说明，ESP32-P4的I2C是有两个的，当有两个不同的I2C需要同时启用，则需要使用其来区分
• i2c_master_bus_config_t::scl_io_num设置串行时钟总线 （SCL） 的 GPIO 编号，在ESP32-P4-WIFI6上，为 8
• i2c_master_bus_config_t::sda_io_num设置串行数据总线 （SDA） 的 GPIO 编号，在ESP32-P4-WIFI6上，为 7
• i2c_master_bus_config_t::glitch_ignore_cnt设置 Master Bus 的 Glitch Period，如果线路上的 Glitch Period小于此值，可以过滤掉，通常值为 7
• i2c_master_bus_config_t::enable_internal_pullup启用内部 pullups，在ESP32-P4-WIFI6上，已经有额外的I2C上拉，无需启用内部上拉

经上所述，I2C配置为：

   i2c_master_bus_config_t i2c_bus_config = {
       .clk_source = I2C_CLK_SRC_DEFAULT,
       .i2c_port = I2C_NUM_0,
       .scl_io_num = 8,
       .sda_io_num = 7,
       .glitch_ignore_cnt = 7,
       .flags.enable_internal_pullup = false,
   };

1. 打开i2c_tools工程，选择好COM口和芯片型号，点击进入设置，这里会打开一个新的标签：SDK Configuration editor也就是menuconfig，我们直接在搜索栏中搜索I2C，看到此时内容已经检索，并且示例例程中的SCL GPIO Num、SDA GPIO Num已经对应上了SCL(GPIO8)、SDA(GPIO7)
2. 接下来可以直接通过点击编译、烧录、监视，完成后会在终端查看到命令菜单，当我们执行i2cdetect后，会打印出所有的I2C地址，如果有设备存在则会显示数字（I2C地址 18 设备是板载的ES8311 Codec音频芯片，此芯片会在I2S部分详细说明），如图：
   
   
3. 上述步骤已经实现了I2C设备通信的基础，在I2C通信协议设备中，常常需要通过I2C总线向对应地址的设备写寄存器配置以实现I2C设备的功能，此时我们需要在程序中写好I2C设备的初始化程序以便驱动I2C设备。不同的I2C设备存在不同的I2C地址，在开发中我们可以通过i2ctools工具查询接入的I2C地址，然后通过阅读其芯片手册查询寄存器、配置等内容实现I2C总线的通信。

进阶（Intermediate）

WIFI联网示例

ESP32-P4本身不带WIFI/BT功能，而ESP32-P4-WIFI6 通过 SDIO 连接了一块ESP32-C6 模组来拓展WIFI功能。ESP32-C6作为Slave，通过一系列指令集支持 ESP32-P4 作为 Host 通过SDIO 来使用WIFI 6/BT 5功能，通过添加两个组件后，可以做到无缝使用esp_wifi。

// 在一个WIFI工程下，通过ESP-IDF组件管理工具添加下述两个组件
idf.py add-dependency "espressif/esp_wifi_remote"
idf.py add-dependency "espressif/esp_hosted"

1. 打开wifistation工程，进行组件的添加
   
   
2. 如上图所示，是添加组件的具体步骤
   1. 打开ESP-IDF Terminal。
   2. 在 Terminal 里将所需要的组件进行添加
   3. 成功添加后，在工程项目中的main文件夹中会多出一个idf_component.yml，此文件的作用已经在ESP-IDF工程目录章节说明过是用于管理项目组件的
   4. 打开后，可以看到已经添加上了espressif/esp_hosted: "*"和espressif/esp_wifi_remote: "*"两个组件，在构建项目时，它们会被添加到项目中
3. 接下来可以通过点击 打开设置，输入Example检索，这里设置好要连接WIFI的ssid和password，注意ESP32-C6是支持2.4GHz的WiFi-6，在选择目标WiFi时要确认好频率是2.4GHz的，修改完之后需要保存，否则会出错！
   
   
4. 接下来可以直接通过点击编译、烧录、监视，完成后会在终端查看到如下结果，此时ESP32-P4-WIFI6已经接入WIFI并且联网了：
   

MIPI-DSI点屏示例

ESP32-P4-WIFI6使用ESP32-P4NRW32芯片，具有以下新特性：

• 符合MIPI-DSI协议，使用 D-PHY v1.1 版本，最高 2-lane x 1.5Gbps（共3Gbps）
• 支持RGB888、RGB565、YUV422输入
• 支持RGB888、RGB666、RGB565输出
• 使用 video mode 输出视频流，支持输出固定图像 pattern

MIPI-DSI图像处理还可以使用2D-DMA控制器处理，支持PPA和JPEG编解码外设。

MIPI-DSI LCD驱动原理

所需硬件

• 10.1寸显示屏及其配件
• ESP32-P4-MINI【主机】

点屏步骤

1. 7寸屏幕驱动已封装为组件，组件位置位于ESP Component Registry
   
2. 打开工程后，选择esp32p4核心，接下来可以直接通过点击编译、烧录、监视，完成后可以查看屏幕已经点亮刷新色条了：

高级（Advanced）

LVGL HMI人机交互

本示例展示了ESP32-P4通过MIPI DSI接口将LVGL图像显示，可充分体现ESP32-P4强大的图像处理能力

所需硬件

• 10.1寸显示屏及其配件
• ESP32-P4-MINI【主机】

点屏步骤

1. 7寸屏幕驱动已封装为组件，组件位置位于ESP Component Registry
   
2. 打开工程后，选择esp32p4核心，接下来可以直接通过点击编译、烧录、监视，完成后可以查看屏幕：

综合玩法（Expert Techniques）

ESP-Phone

本示例基于 ESP_Brookesia，展示了一个类似 Android 的界面，其中包含许多不同的应用程序。该示例使用了开发板的 MIPI-DSI 接口、MIPI-CSI 接口、ESP32-C6、SD 卡和音频接口。基于此示例，可以基于 ESP_Brookesia 创建一个使用案例，从而高效开发多媒体应用程序。

所需硬件

• 配套10.1寸显示屏及其配件
• OV5647或SC2336摄像头及排线
• 8Ω 2W 喇叭
• ESP32-P4-MINI【主机】

点屏步骤

1. 配套10.1寸屏幕驱动已封装为组件，组件位置位于ESP Component Registry
   使用idf.py add-dependency "waveshare/esp_lcd_jd9365_10_1"来向你的工程中添加组件。
2. 打开工程后，选择esp32p4核心，接下来可以直接通过点击编译、烧录、监视，完成后可以查看屏幕：

资料

原理图

• ESP32-P4-Mini原理图

示例程序

• ESP32-P4-Mini示例程序

数据手册

• ESP32-P4 Datasheet(中文)
• ESP32-P4 Datasheet(英文)
• ESP32-P4 技术参考手册（中文）
• ESP32-P4 技术参考手册（英文）

软件

• flash_download_tool_3.9.7