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Arduino IDE中ESP32S3運行參數(shù)意義

2023-08-23 23:27 作者:搞嵌入式的老徐 0人讀過 | 我要投稿

????用Arduino IDE開發(fā)ESP32S3也有一段時間了，有時候也是跟著別人的教程去搗弄出現(xiàn)效果，很多時候有些東西還是不清不楚的，最近想操作ESP32S3模組封內(nèi)的SPI FLASH，卻發(fā)現(xiàn)操作涉及到FLASH的IO都會導(dǎo)致復(fù)位，有可能ESP32S3對于FLASH設(shè)置了一些保護吧，畢竟ESP32S3也將某些代碼存放于SPI FLASH，這樣想也是蠻合理的。具體原因，研究出來，我也會發(fā)帖子分享給大家。

????到這里的時候，我就知道我不能太著急了，要知其然知其所以然，所以先把Arduino IDE的一個小坑填一下，就是Arduino IDE中ESP32S3的運行參數(shù)配置，不管是Arduino IDE 1.x版本還是2.x版本都是有相同的配置。

????當我們想要ESP32S3開發(fā)板能夠運行到最佳狀態(tài)，那就需要理解配置項的含義，充分發(fā)揮芯片的性能。

????接下來，就來研究一下這個運行參數(shù)，如下圖：

????這個配置是在“工具”下，選擇了ESP32S3開發(fā)板后，會出現(xiàn)的。

1、USB CDC On Boot（USB Communications Device Class On Boot）

ESP32S3芯片內(nèi)置USB接口，支持USB CDC，說明可以跳過USB轉(zhuǎn)串口芯片對模組進行下載。有兩個選項：Enable：這種選項是要在沒有串口芯片的情況下選擇；Disable：有串口芯片，選擇Disable。

注意：當USB CDC On Boot選擇為Enable，但是板子又有串口芯片，這時候串口是不能使用的，也就是無法收發(fā)串口信息。Enable選項通常是在省成本的板子，沒有USB轉(zhuǎn)串口芯片上使用這個配置，否則板載有串口芯片都選擇使用Disable即可。

科普：Enable情況下，如何下載程序:

首先手動進入下載模式：首先按住BOOT按鈕，然后再按住RESET按鈕，再放開RESET按鈕，最后再放開BOOT按鈕；

需要配置USB CDC On Boot -> Enabled，Upload Mode -> UART0/Hardware CDC，USB Mode -> USB-OTG(TinyUSB)；

Arduino IDE中編譯、上傳代碼到開發(fā)板中，然后需要手動Reset開發(fā)板重啟；

2、CPU Frequency

該選項顧名思義就是讓你設(shè)置CPU的時鐘頻率，有6個頻率可供選擇。

想讓CPU性能拉滿，肯定是全速的240MHz，這時候耗能也就越多，所以假如想降低功耗，那得降低CPU主頻，這里選擇的依據(jù)就要看你的使用場景。學習時，不考慮耗能，直接選擇240MHz即可，在最佳性能下運行。

注意：

① 240MHz(WiFi)、160MHz(WiFi)、80MHz(WiFi)三個選項是可以保證ESP32 S3的WIFI/BT功能正常運行的CPU頻率

②?40MHz、20MHz、10MHz頻率有點低，無法使WIFI/BT功能正常運行，只能保證CPU運行基本功能? ? ?????

3、Core Debug Level

該選項是用于選擇要打印到串口的Arduino內(nèi)核調(diào)試日志等級，有6個選擇可供選擇。

None：不打印輸出任何內(nèi)核調(diào)試日志

Error：僅打印內(nèi)核調(diào)試中錯誤級別的日志

Warn：僅打印內(nèi)核調(diào)試中警告級別及其以上等級的日志

Info：僅打印內(nèi)核調(diào)試中信息級別及其以上等級的日志

Debug：僅打印內(nèi)核調(diào)試中調(diào)試級別機器人以上等級的日志

Verbose：打印內(nèi)核調(diào)試中所有的日志

這里的區(qū)別，可以去觀看一下“孤立二進制“UP主的日志視頻，網(wǎng)址如下：

https://www.bilibili.com/video/BV1KG4y1d7Ed/?spm_id_from=333.788&;vd_source=25989f02cab22f31785cd801f0edd0f8

我們一般情況無需關(guān)注內(nèi)核中日志信息，除非是自己開發(fā)一些底層代碼時，與內(nèi)核中相關(guān)功能有關(guān)，才需要打開內(nèi)核調(diào)試日志，一般情況下建議直接選擇None即可

4、USB DFU On Boot(The USB Device Firmware Upgrade On Boot)

該選項是配置是否在ESP32 S3啟動時，通過USB接口來升級固件。

如果需要就選擇Enable，否則就Disable。一般情況不需要升級固件，平時選擇Disable即可。

當需要這個功能來升級固件的時候，步驟如下：

① 手動進入下載模式：首先按住BOOT按鈕不松開，然后按住RESET按鈕，然后再放開RESET按鈕，最后松開BOOT按鈕

②?配置USB DFU：在Arduino IDE中配置USB Mode -> USB-OTG(TinyUSB)，USB DFU On Boot -> Enable

③?在Arduino IDE中upload固件到開發(fā)板中，在上傳完成后，需要手動Reset開發(fā)板

這種方式無法將調(diào)試信息輸出到串口，如果需要輸出信息到串口，還是建議前面介紹的USB CDC功能，如果單單只想實現(xiàn)上傳升級固件，這個未嘗不是一個好辦法。

5、Erase All Flash Before Sketch Upload

該選項是決定在Arduino IDE中上傳代碼時，是否需要把整個FLASH空間擦除。

Enable就是需要全面擦除FLASH；Disable就是不需要。這兩者最直觀的感覺就是下載時間，flash需要全面的話，慢了一倍多，最深層的原因就是FLASH的擦寫次數(shù)是有限的，建議是選擇Disable。

6、Events Run On

該選項是配置Arduino中斷事件在ESP32 S3的哪一個內(nèi)核上運行，由于ESP32 S3有兩個內(nèi)核，分別為Core 0和Core 1，所以我們就可以將涉及到中斷相關(guān)的事件處理代碼放到單獨的內(nèi)核上運行，這樣就可以防止正常業(yè)務(wù)代碼到運行，不用再被打斷，這樣程序運行時效率更高，可以做到實時處理外部中斷事件。

這個選項跟后面的Event Run On選項就決定了雙核的運行情況。

7、Flash Mode

該選項是配置ESP32 S3芯片與Flash通信的模式，不同的Flash芯片，這里可以配置不同的通信模式和速度。

QIO（Quad I/O Fast Read）：使用四根SPI邏輯線用于Flash的讀取和寫入；

DIO（Dual I/O Fast Read）：使用兩根SPI邏輯線用于Flash的讀取和寫入；

OPI（Octal I/O）：使用八根SPI邏輯線用于Flash的讀取和寫入

這里就要看模組的情況，自己對號入座即可，如下圖：

我開發(fā)板的模組是N8R8，所以FLASH使用的是QSPI接口，當然選擇SPI接口也可以，這里的QIO和DIO都可以選擇，只不過QIO會比DIO快一點，所以選擇QIO 120MHz就可以了。至于什么時候選擇OPI，這就要看FLASH的容量了，假如容量大于16MB的話，這時候可以考慮使用OPI接口。

8、Flash Size

該選項是選擇當前ESP32 S3上掛載的Flash容量大小，要根據(jù)實際的大小來選擇，可以配置的參數(shù)如下:

我開發(fā)板的模組是N8R8，所以FLASH容量是8MB。注意：這里的'B'指的是字節(jié)，而'b'指的是位。

9、JTAG Adapter

該選項是用來配置JTAG Adapter的，使用JTAG調(diào)試程序會更加的精細，我們可以設(shè)置短點、單步調(diào)試、查看變量等來調(diào)試程序，能夠幫助我們迅速的定位問題，可以配置的參數(shù)如下:

還沒有在Arduino IDE中使用過調(diào)試功能，目前官方支持調(diào)試的板子并沒有ESP32S3，需要自行去魔改實現(xiàn)，并且聽說存在BUG，所以這里我就用比較愚笨，但是比較見效的“printf大法”，這里直接設(shè)置Disable即可。后面在VSCode開發(fā)，我再來介紹如何debug調(diào)試ESP32S3。

10、Arduino Run On

該選項是為了配置Arduino Core任務(wù)代碼所運行的ESP32 S3內(nèi)核，這里的配置可以跟前面Events Run On所配置的內(nèi)核不同，那么就可以在ESP32 S3兩個內(nèi)核上同時運行中斷處理函數(shù)和Arduino Core任務(wù)代碼。當然也可以選擇成一樣的內(nèi)核，那么這樣就可以節(jié)約一個內(nèi)核的電量消耗，可以一定程度上降低功耗。

11、USB Firmware MSC On Boot(USB Firmware Mass Storage Class On Boot)

該選項是配置當使用USB連接到ESP32 S3開發(fā)板后，電腦上會彈出一個類似U盤的存儲盤，這樣我們就可以很方便的拉一個新的固件到這個存儲盤里，這就是更新固件的一種新方法。有玩過STM32的小伙伴應(yīng)該不陌生，就是讀卡器實驗，簡單來說，就是在FLASH中移植了文件系統(tǒng)了。當你用USB線連接開發(fā)板的USB口，你的電腦就會出現(xiàn)SPI FLASH模擬的磁盤，如下圖：

還是新手的話，建議直接Disable即可，后面用到文件系統(tǒng)的時候，再開就行了。

12、Partition Scheme

該選項配置磁盤分區(qū)的方案，就是將FLASH空間合理規(guī)劃。在Arduino IDE中為我們設(shè)定好了幾個預(yù)設(shè)好的方案，我們根據(jù)實際情況選擇對應(yīng)的方案即可，具體配置如下圖所示：

我使用的是8M with spiffs（3MB APP/1.5MB SPIFFS），這里會有1.5MB 文件系統(tǒng)自身用到的，然后3MB空間是文件系統(tǒng)支配使用的，你可以隨意將小于這個容量的文件塞進去。

當然也是支持自行創(chuàng)建自己的分區(qū)方案，這里就是創(chuàng)建一個.csv(comma-separeted values)文件，具體我也沒有研究，研究后也會寫帖子進行分享，大家可以先看官方教程，網(wǎng)址如下：

https://docs.espressif.com/projects/esp-idf/zh_CN/v5.1/esp32s3/api-reference/storage/nvs_partition_gen.html?highlight=csv

13、PSRAM

該選項為了配置外接的PSRAM的SPI連接方式，有些ESP32 S3開發(fā)板只有內(nèi)部帶的512KB SRAM的話，沒有外掛PSRAM對內(nèi)存擴容，那這里直接選擇Disabled即可。如果是外掛了PSRAM，那就要根據(jù)PSRAM的容量大小來選擇對應(yīng)的SPI通信方式，具體參數(shù)如下圖所示：

N8R8模組的PSRAM是8M大小的，而且通過下圖可以看到是OPI接口，所以這里直接選擇OPI PSRAM

14、Upload Mode

該選項就是為了配置使用哪種接口來上傳Arduino代碼到ESP32 S3開發(fā)板中，具體可以配置的參數(shù)如下：

UART0/Hardware CDC：配置USB CDC On Boot為Disabled，表示使用UART0上傳代碼（即板載的USB轉(zhuǎn)串口芯片）；當設(shè)置USB CDC On Boot為Enabled時，那就表明使用USB Hardware CDC方式來上傳代碼，我們在最上面介紹USB CDC On Boot參數(shù)時，介紹過如何使用這種方式怎么使用；

USB-OTG CDC(TinyUSB)：這里需要先清楚TinyUSB是什么，TinyUSB 是用于嵌入式系統(tǒng)的開源跨平臺USB主機 / 設(shè)備堆棧，旨在實現(xiàn)無動態(tài)分配的內(nèi)存安全和延遲所有中斷事件的線程安全，然后在非ISR任務(wù)功能中進行處理。目前在ESP32 S3芯片上已經(jīng)成功移植了TinyUSB協(xié)議棧，其實簡單來理解的話，就是使用軟件模擬出一個Hardware CDC來上傳程序。使用該模式時，也要修改USB Mode為USB-OTG(TinyUSB)，這里要想上傳代碼到話，就需要手動進入下載模式了，稍微麻煩一點，但是好處就是開發(fā)板只要插上電腦，那么就不需要找到對應(yīng)的USB設(shè)備掛載點了，因為通信協(xié)議是USB協(xié)議，此時系統(tǒng)中就會出現(xiàn)下圖所示的設(shè)備。