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Banana PI BPI-Leaf S2,ESP32-S2 搭建 micropython 开发环境,固件编译,烧录

原创 软件结构 作者:BananaPi开源硬件 时间:2021-11-24 16:13:53 0 删除 编辑

简述

micropython实现了大部分python 3 特性和语法,易学易上手,验证程序效果无需编译直接下载进芯片运行。有python基础的自然知道好用,没python基础的,上手难度也绝对远低于其他编程语言,在开源社区有多年积累的丰富资源,代码易读性高,理解快,就如同python一样拥有极强的生命力与应用价值。

micropython团队在GitHub上的代码维护是很积极的,芯片支持,功能更新,BUG修复,所以掌握自行编译最新的micropython固件是很有必要的。

在此总结一番 micropython 开发环境的搭建,ESP32-S2 的固件编译,烧录的一整套流程,以便大家上手应用。

Linux

Linux系统目前对于 micropython 来说是必须的。

如果已经有在用的Linux系统就可直接进行后续步骤,如果正在使用Windows系统则推荐一条上手Linux最便利的路径,安装  VMware虚拟机+Ubuntu系统 。

其他上手Linux的方法多不胜数,各种虚拟机,各色Linux发行版本百花齐放,但若说目前最低门槛我认为就是这条,仅需在搜索引擎里搜索  VMware Ubuntu 即可获取很成熟的配置经验与资源。

关于软件本体及系统镜像文件建议直接从各自的官方网站上获取,安全可靠。

esp-idf环境搭建

ESP32系列芯片的开发绝大部分都是经由乐鑫科技提供的SDK软件开发工具包  esp-idf 来进行的, micropython 也需要应用此SDK。

可以直接参考乐鑫科技的  esp-idf中文快速入门指南 来搭建。

以下是简要汇总。

首先需要在home目录下创建一个文件夹。

打开一个  Terminal 终端 输入以下命令创建文件夹:

mkdir -p ~/esp

进入这个文件夹:

cd ~/esp

输入以下两个命令之中的一个,从github上克隆esp-idf到这个文件夹里,建议用后面一个命令,  --depth=1 命令可以使得克隆时不用获取历史提交(commit),对于这样一个大型项目来说可以极大减少下载时间。将  https 替换为  git 则有可能解决各种下载失败的问题,如何还是不行则需要再另寻他方,网络疑难杂症容易使人头疼脑热:(

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

进入esp-idf文件夹:

cd ~/esp/esp-idf

输入以下命令安装 ESP-IDF 使用的各种工具,比如编译器、调试器、Python 包等,可以一次单独只为一个芯片型号配置,如  ./install.fish esp32s2 ,建议直接用以下命令全部安装,一劳永逸:

./install.sh all

如果遭遇网络问题,多次尝试无果后,也可以试试替换下载源到 Espressif 下载服务器:

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

仓库克隆和工具安装都弄好后,在需要运行 ESP-IDF 的终端窗口运行以下命令即可,例如在micropython开始编译之前就必须要使其运行起来:

. $HOME/esp/esp-idf/export.sh

运行后输入命令  idf.py --help 可以查看帮助,  idf.py --version 查看当前版本,  idf.py --list-targets 检查当前支持的芯片型号。

在Ubuntu中为esp-idf创建快捷命令

用命令来打开文件并修改对于不熟悉linux的生手来说还需要多加学习和适应,我们可以利用好 Ubuntu 比较完善的图形化操作界面,如同在windows里修改文件一般来修改linux里的文件,为esp-idf创建快捷命令。

在Ubuntu桌面打开home文件夹(一般它的名字是你的用户名),在右上角的选项栏中开启显示隐藏文件。

双击这个  .bashrc 文件,即可用文本编辑器打开它。

在其最后一行,输入以下命令并保存文件。

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

打开一个终端,输入以下命令使之生效:

source ~/.bashrc

以后在任何终端中输入以下命令即可运行ESP-IDF:

get_idf

这比前文提到的要容易记忆很多,也可以自行替换成任何与其他命令不冲突的命令文本来使用。

micropython环境搭建

可以直接参考 GitHub:micropython/port/esp32中的描述来搭建,以下是中文简述,不想看英文的可以参考一下。

克隆micropython仓库到本地,我选择在  esp 文件夹中再创建一个  mpy 文件夹来放置。

在一个终端中打开要放置micropython的文件夹:

cd ~/esp/mpy

输入以下命令克隆仓库:

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

进入micropython目录中:

cd micropython/

先输入以下命令编译一下 mpy-coress ,这是为了构建MicroPython交叉编译器,以便将一些内置脚本预编译为字节码,这只需要做一次:

make -C mpy-cross

再打开ESP32的目录:

cd ports/esp32

输入以下命令初始化子模块,这只需要做一次:

make submodules

固件编译

确认ESP-IDF已经运行后,在  ports/esp32 目录中可以立即输入以下命令尝试编译一个默认设置的ESP32的micropython固件出来:

make

一切顺利的话会在此目录中出现一个  build-GENERIC 文件夹,且内涵一个  firmware.bin 文件,这就是适用于ESP32芯片的micropython固件。

如果并不顺利,需要先检查ESP-IDF是否启动,检查ESP-IDF是否是最新版,检查ESP-IDF所用相关工具是否都安装完备,极大部分问题都是由于ESP-IDF或其相关工具出问题所导致的。

选择linux系统也有考虑这部分原因,ESP-IDF在linux系统中配置起来最轻松稳定不容易产生各种疑难杂症。

确认可以正常编译后,就可以开始做ESP32-S2芯片的固件编译了。

在  ports/esp32 目录可以找到一个  Makefile 文件,前文中  make 命令就是直接执行其内部的命令,打开它进行编辑。

第6行设置要编译的型号,此处改成  ESP32_S2_WROVER 即可设置为ESP32S2了,此时保存文件后就可以去终端用  make 命令开始编译。

关于此  Makefile 文件,我们可以稍微再了解得细致一些,以便后续自行修改与使用。

第6行  BOARD ?= 指向的是  ports/esp32/boards 目录下的文件夹名称,打开后可以看到已经有不少micropython官方支持的板型,在  BOARD ?= 后面填入对应板型的文件夹名即可在终端使用  make 命令编译适用于对应板型的固件。

第12行  PORT ?= 用于设置将要烧录固件的设备接口。

第13行  BAUD ?= 用于设置波特率,这将改变烧录速度,也可能对烧录稳定性有影响。

建议在第33行下面增加一行代码,这将在每次使用  make 命令编译时,在最开始将应用ESP-IDF的  idf.py menuconfig 命令打开工程配置窗口,方便调整芯片的各项功能,在以后熟悉修改工程配置文件后可以删除此行,如果编译时不需要修改配置也可以直接按一下键盘的  esc 键退出,后续将自动完成编译。

idf.py $(IDFPY_FLAGS) menuconfig

第44行后面的代码比较容易直观理解,例如在终端中使用  make clean 命令等同于  idf.py fullclean 命令,完全删除工程文件夹内的所有文件。

固件烧录

对于ESP32-S2芯片,既支持通过芯片的USB接口来将固件烧录进flash,也支持通过uart串口来烧录。

如果是使用乐鑫科技官方的FLASH下载工具  flash_download_tool 在Windows PC平台则可以直接通过ESP32-S2芯片USB接口将固件烧录进flash。

无论用什么方法,在对flash进行操作前,要保证芯片进入  固件下载模式 ,对于ESP32-S2开发板,进入固件下载模式的按键顺序是:

按住BOOT键,按一下RESET键并松开,松开BOOT键。

其他设备或是出现的问题则需要参考ESP-IDF编程指南中关于 烧录过程中可能遇到的问题的描述或者是芯片手册上的描述。

以下将简述两种烧录方法。

Ubuntu终端make命令烧录

烧录前要确认一下系统是否识别到设备,通常需要先在VMware虚拟机中做好USB连接的相关设置才行。

在不接入待烧录的设备的情况下,先在终端中输入以下命令查看当前所有设备:

ls /dev/tty*

接入设备,再输入此命令,正常的话可以看到多出一个USB设备,如果仅有接入这一个设备,通常就是  ttyACM0 ,在  Makefile 文件需要做出相应修改并保存。

确认当前终端里ESP-IDF运行中,且固件编译已经完成,ESP32-S2芯片处于固件下载模式。

先用擦除命令擦除当前芯片的flash,再用烧录命令将固件烧录进flash中。

make erase
make deploy

如果遇到权限问题,使用如下命令获取此USB接口的权限:

sudo chmod 777 /dev/ttyACM0

Windows FLASH下载工具烧录

将  firmware.bin 文件从其对应的工程文件夹中拷贝出来,放到Windows系统下的文件夹里。VMware虚拟机拷贝文件很容易,在Ubuntu里选择文件并复制,再到Windows的文件夹里粘贴即可将其拷贝出来,可以修改一下文件名以便记录是用于什么芯片,在什么时候编译的。

打开乐鑫科技的FLASH下载工具,选择芯片,选择烧录接口的模式,这里选择USB。

%E5%BE%AE%E4%BF%A1%E6%88%AA%E5%9B%BE_20211123153516

在烧录前先确认ESP32-S2芯片是否已经设置为固件下载模式,ESP32-S2芯片是否已被Windows识别,可以到设备管理器中查看对应串口名,如果没有则需要先排除一下是否自动连接到虚拟机的系统里了,如果有则要断开其与虚拟机的连接。

在芯片处于固件下载模式的条件下,修改COM接口为对应的接口,添加固件,对于ESP32-S2芯片要设置flash起始地址为  0x1000 ,具体见下图。

可以修改BUAD波特率加快下载速度,但对稳定性可能有影响。

设置好后,先点击  ERASE 按钮擦除flash,擦除完成后再点击  START 烧录固件进flash中。

简单验证固件是否有效

推荐使用  PuTTY 串口调试软件,无论在Linux或是Windows中都可以下载使用,操作便捷。

在Linux系统如Ubuntu的终端里使用如下命令安装PuTTY:

sudo apt-get install putty

在终端输入  putty 命令即可打开,也可直接在应用程序列表找到它。

在Windows系统中,可以在 PuTTY官网下载到64位的  putty.exe 文件,运行即可,无需安装。

PuTTY设置方法如图:

需要注意前面编译的micropython固件默认将调试信息输出在芯片的USB接口而不是UART串行接口,所以此时需要将直连芯片的USB接口与PC连接。

在Linux中,此时的设备接口名称应为  ttyACM0 ,而在Windows中则是一个COM端口,具体名称需查看设备管理器再对于填入。

Speed 一定要设置为  115200 ,这是芯片设计决定的。

点击  Open 即可打开一个窗口,一般此时并无信息,建议用组合按键  ctrl + D 软件重启micropython,可看到如下信息。

这就是micropython的  REPL交互式解释器 。

可以直接在此处键入micropython代码,例如:

print("Hello Wind~")

如果没有得到类似上图的信息,乱码或是无响应,则需要回头去检查编译烧录等各项设置流程是否有差错了。

对本文有任何疑问的地方,欢迎留言提问,不一定及时回复,但总会回复的~


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