簡述

上手了一塊樂鑫科技官方推出的ESP32-S3-DevKitC-1開發板，發現 ESP32-S3 的綜合效能較比前兩代有著非常明顯的提升，wifi與藍芽功能，更充足的外設擴充套件能力，可以看出其在未來物聯網開發應用中將佔有更大的地位與應用場景。

micropython實現了大部分python 3 特性和語法，易學易上手，驗證程式效果無需編譯直接下載進晶片執行。有python基礎的自然知道好用，沒python基礎的，上手難度也絕對遠低於其他程式語言，在開源社群有多年積累的豐富資源，程式碼易讀性高，理解快，就如同python一樣擁有極強的生命力與應用價值。

micropython團隊在GitHub上的程式碼維護是很積極的，晶片支援，功能更新，BUG修復，所以掌握自行編譯最新的micropython韌體是很有必要的。

在此總結一番 micropython 開發環境的搭建，ESP32-S3 的韌體編譯，燒錄的一整套流程，以便大家上手應用。

Linux

Linux系統目前對於 micropython 來說是必須的。

如果已經有在用的Linux系統就可直接進行後續步驟，如果正在使用Windows系統則推薦一條上手Linux最便利的路徑，安裝  VMware虛擬機器+Ubuntu系統 。

其他上手Linux的方法多不勝數，各種虛擬機器，各色Linux發行版本百花齊放，但若說目前最低門檻我認為就是這條，僅需在搜尋引擎裡搜尋  VMware Ubuntu 即可獲取很成熟的配置經驗與資源。

關於軟體本體及系統映象檔案建議直接從各自的官方網站上獲取，安全可靠。

esp-idf環境搭建

ESP32系列晶片的開發絕大部分都是經由樂鑫科技提供的SDK軟體開發工具包  esp-idf 來進行的， micropython 也需要應用此SDK。

可以直接參考樂鑫科技的  esp-idf中文快速入門指南 來搭建。

以下是簡要彙總。

首先需要在home目錄下建立一個資料夾。

開啟一個  Terminal 終端 輸入以下命令建立資料夾：

mkdir -p ~/esp

進入這個資料夾：

cd ~/esp

輸入以下兩個命令之中的一個，從github上克隆esp-idf到這個資料夾裡，建議用後面一個命令，  --depth=1 命令可以使得克隆時不用獲取歷史提交（commit），對於這樣一個大型專案來說可以極大減少下載時間。將  https 替換為  git 則有可能解決各種下載失敗的問題，如何還是不行則需要再另尋他方，網路疑難雜症容易使人頭疼腦熱:(

git clone --recursive 

git clone --recursive git://github.com/espressif/esp-idf.git --depth=1

進入esp-idf資料夾：

cd ~/esp/esp-idf

輸入以下命令安裝 ESP-IDF 使用的各種工具，比如編譯器、偵錯程式、Python 包等，可以一次單獨只為一個晶片型號配置，如  ./install.fish esp32s3 ,建議直接用以下命令全部安裝，一勞永逸：

./install.sh all

如果遭遇網路問題，多次嘗試無果後，也可以試試替換下載源到 Espressif 下載伺服器：

cd ~/esp/esp-idfexport IDF_GITHUB_ASSETS="dl.espressif.com/github_assets"./install.sh all

倉庫克隆和工具安裝都弄好後，在需要執行 ESP-IDF 的終端視窗執行以下命令即可，例如在micropython開始編譯之前就必須要使其執行起來：

. $HOME/esp/esp-idf/export.sh

執行後輸入命令  idf.py --help 可以檢視幫助，  idf.py --version 檢視當前版本，  idf.py --list-targets 檢查當前支援的晶片型號。

在Ubuntu中為esp-idf建立快捷命令

用命令來開啟檔案並修改對於不熟悉linux的生手來說還需要多加學習和適應，我們可以利用好 Ubuntu 比較完善的圖形化操作介面，如同在windows裡修改檔案一般來修改linux裡的檔案，為esp-idf建立快捷命令。

在Ubuntu桌面開啟home資料夾（一般它的名字是你的使用者名稱），在右上角的選項欄中開啟顯示隱藏檔案。

雙擊這個  .bashrc 檔案，即可用文字編輯器開啟它。

在其最後一行，輸入以下命令並儲存檔案。

# get run esp-idf alias get_idf='. /home/wind/esp/esp-idf/export.sh'

開啟一個終端，輸入以下命令使之生效：

source ~/.bashrc

以後在任何終端中輸入以下命令即可執行ESP-IDF：

get_idf

這比前文提到的要容易記憶很多，也可以自行替換成任何與其他命令不衝突的命令文字來使用。

micropython環境搭建

可以直接參考 GitHub:micropython/port/esp32中的描述來搭建，以下是中文簡述，不想看英文的可以參考一下。

克隆micropython倉庫到本地，我選擇在  esp 資料夾中再建立一個  mpy 資料夾來放置。

在一個終端中開啟要放置micropython的資料夾：

cd ~/esp/mpy

輸入以下命令克隆倉庫：

git clone git://github.com/micropython/micropython --depth=1

進入micropython目錄中：

cd micropython/

先輸入以下命令編譯一下 mpy-coress ，這是為了構建MicroPython交叉編譯器，以便將一些內建指令碼預編譯為位元組碼，這隻需要做一次：

make -C mpy-cross

再開啟ESP32的目錄：

cd ports/esp32

輸入以下命令初始化子模組，這隻需要做一次：

make submodules

韌體編譯

確認ESP-IDF已經執行後，在  ports/esp32 目錄中可以立即輸入以下命令嘗試編譯一個預設設定的ESP32的micropython韌體出來：

make

一切順利的話會在此目錄中出現一個  build-GENERIC 資料夾，且內涵一個  firmware.bin 檔案，這就是適用於ESP32晶片的micropython韌體。

如果並不順利，需要先檢查ESP-IDF是否啟動，檢查ESP-IDF是否是最新版，檢查ESP-IDF所用相關工具是否都安裝完備，極大部分問題都是由於ESP-IDF或其相關工具出問題所導致的。

選擇linux系統也有考慮這部分原因，ESP-IDF在linux系統中配置起來最輕鬆穩定不容易產生各種疑難雜症。

確認可以正常編譯後，就可以開始做ESP32-S3晶片的韌體編譯了。

在  ports/esp32 目錄可以找到一個  Makefile 檔案，前文中  make 命令就是直接執行其內部的命令，開啟它進行編輯。

第6行設定要編譯的型號，此處改成  GENERIC_S3 即可設定為ESP32S3了，此時儲存檔案後就可以去終端用  make 命令開始編譯。

關於此  Makefile 檔案，我們可以稍微再瞭解得細緻一些，以便後續自行修改與使用。

第6行  BOARD ?= 指向的是  ports/esp32/boards 目錄下的資料夾名稱，開啟後可以看到已經有不少micropython官方支援的板型，在  BOARD ?= 後面填入對應板型的資料夾名即可在終端使用  make 命令編譯適用於對應板型的韌體。

第12行  PORT ?= 用於設定將要燒錄韌體的裝置介面。

第13行  BAUD ?= 用於設定波特率，這將改變燒錄速度，也可能對燒錄穩定性有影響。

建議在第33行下面增加一行程式碼，這將在每次使用  make 命令編譯時，在最開始將應用ESP-IDF的  idf.py menuconfig 命令開啟工程配置視窗，方便調整晶片的各項功能，在以後熟悉修改工程配置檔案後可以刪除此行，如果編譯時不需要修改配置也可以直接按一下鍵盤的  esc 鍵退出，後續將自動完成編譯。

idf.py $(IDFPY_FLAGS) menuconfig

第44行後面的程式碼比較容易直觀理解，例如在終端中使用  make clean 命令等同於  idf.py fullclean 命令，完全刪除工程資料夾內的所有檔案。

韌體燒錄

對於ESP32-S3晶片，目前ESP-IDF尚且不支援通過晶片的USB介面來將韌體燒錄進flash，暫不知道為什麼擦除flash卻可以，推測後期ESP-IDF的更新會支援，屆時本文也將更新相應內容。

如果是使用樂鑫科技官方的FLASH下載工具  flash_download_tool 在Windows PC平臺則可以直接通過ESP32-S3晶片USB介面將韌體燒錄進flash。

無論用什麼方法，在對flash進行操作前，要保證晶片進入  韌體下載模式 ，對於ESP32-S3-DevKitC-1開發板，進入韌體下載模式的按鍵順序是：

按住BOOT鍵，按一下RESET鍵並鬆開，鬆開BOOT鍵。

其他裝置或是出現的問題則需要參考ESP-IDF程式設計指南中關於 燒錄過程中可能遇到的問題的描述或者是晶片手冊上的描述。

以下將簡述兩種燒錄方法。

Ubuntu終端make命令燒錄

目前在Ubuntu系統中使用終端命令的方法暫且只支援通過ESP32-S3晶片的UART串列埠燒錄韌體到flash。通常需要一個 ch340 或 cp2102 晶片將UART串列埠轉換為USB與系統連線，ESP32-S3-DevKitC-1開發板自帶一個，通過其UART轉USB的介面與PC的USB介面連線即可。

燒錄前要確認一下系統是否識別到裝置，通常需要先在VMware虛擬機器中做好USB連線的相關設定才行。

在不接入待燒錄的裝置的情況下，先在終端中輸入以下命令檢視當前所有裝置：

ls /dev/tty*

接入裝置，再輸入此命令，正常的話可以看到多出一個USB裝置，如果僅有接入這一個裝置，通常就是  ttyUSB0 ，在  Makefile 檔案中無需修改介面名，若是別的就需要做出相應修改並儲存。

確認當前終端裡ESP-IDF執行中，且韌體編譯已經完成，ESP32-S3晶片處於韌體下載模式。

先用擦除命令擦除當前晶片的flash，再用燒錄命令將韌體燒錄進flash中。

make erase

make deploy

如果遇到許可權問題，使用如下命令獲取此USB介面的許可權：

sudo chmod 777 /dev/ttyUSB0

Windows FLASH下載工具燒錄

將  firmware.bin 檔案從其對應的工程資料夾中拷貝出來，放到Windows系統下的資料夾裡。VMware虛擬機器拷貝檔案很容易，在Ubuntu裡選擇檔案並複製，再到Windows的資料夾裡貼上即可將其拷貝出來，可以修改一下檔名以便記錄是用於什麼晶片，在什麼時候編譯的。

開啟樂鑫科技的FLASH下載工具，選擇晶片，選擇燒錄介面的模式，這裡就可以選擇USB，使用晶片自帶的usb介面燒錄，如果是ESP32-S3-DevKitC-1開發板就直接用USB口，而不用UART轉接出的USB。

在燒錄前先確認ESP32-S3晶片是否已經設定為韌體下載模式，ESP32-S3晶片是否已被Windows識別，可以到裝置管理器中檢視對應串列埠名，如果沒有則需要先排除一下是否自動連線到虛擬機器的系統裡了，如果有則要斷開其與虛擬機器的連線。

在晶片處於韌體下載模式的條件下，修改COM介面為對應的介面，新增韌體，對於ESP32-S3晶片要設定flash起始地址為  0x0 ，具體見下圖。

可以修改BUAD波特率加快下載速度，但對穩定性可能有影響。

設定好後，先點選  ERASE 按鈕擦除flash，擦除完成後再點選  START 燒錄韌體進flash中。

簡單驗證韌體是否有效

推薦使用  PuTTY 串列埠除錯軟體，無論在Linux或是Windows中都可以下載使用，操作便捷。

在Linux系統如Ubuntu的終端裡使用如下命令安裝PuTTY：

sudo apt-get install putty

在終端輸入  putty 命令即可開啟，也可直接在應用程式列表找到它。

在Windows系統中，可以在 PuTTY官網下載到64位的  putty.exe 檔案，執行即可，無需安裝。

PuTTY設定方法如圖：

需要注意前面編譯的micropython韌體預設將除錯資訊輸出在晶片的USB介面而不是UART序列介面，所以此時需要將直連晶片的USB介面與PC連線。

在Linux中，此時的裝置介面名稱應為  ttyACM0 ，而在Windows中則是一個COM埠，具體名稱需檢視裝置管理器再對於填入。

Speed 一定要設定為  115200 ，這是晶片設計決定的。

點選  Open 即可開啟一個視窗，一般此時並無資訊，建議用組合按鍵  ctrl + D 軟體重啟micropython，可看到如下資訊。

這就是micropython的  REPL互動式直譯器 。

可以直接在此處鍵入micropython程式碼，例如：

print("Hello Wind~")

如果沒有得到類似上圖的資訊，亂碼或是無響應，則需要回頭去檢查編譯燒錄等各項設定流程是否有差錯了。

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