Overview

ワンコイン WiFi Arduinoとして ESP8266 は大変有名ですが、この後継として、 WiFi だけでなく、Bluetooth も加わり、 Dual Core になって、かつ、GPIOなどのperipheralも充実した後継の ESP-WROOM-32 でましたよね。

(ESP8266での参考: GWだし、ESP8266関係の記事をまとめながら、IoT framework作ってみる)

ただ、ピンのピッチが通常の2.54mmから、ハーフピッチの1.27mmということや、長い休みもなかったので、放置していましたが、 ESP32-DevKitC ESP-WROOM-32開発ボードも購入し、GWなので、遊んでみることにします。

このDevKitは、LDO や USB-UART bridge も基板上に乗っているので、単にmicro USBとPCを接続するだけで、開発を始められるという便利なものです。そして、十分に小さいので、サイズを追い求める以外はこれで十分かもしれません。最初からピンヘッダーも出ていますのでブレッドボードに挿して色々と試してみるのにも適しています。

おさらい

W-ROOM-32 や ESP32-DevKitC の pin配列

以下からわかるように、ESP32-DevKitCは基本的にW-ROOM-32のpinを全てpin headerに出してくれているようです。

ESP-WROOM-32 : http://akizukidenshi.com/download/ds/espressifsystems/esp_wroom_32_datasheet_en.pdf
ESP32-DevKitの回路図 : http://akizukidenshi.com/download/ds/espressifsystems/ESP32-Core-Board-V2_sch.pdf

W-ROOM-32 pin	W-ROOM-32 Desc	ESP32-DevKitC pin	ESP32-DevKitC	Mux
1	GND	J3:7 & J3:1	GND
2	3V3	J2:1	VDD33	2.2-3.6V / Average 80mA
3	EN	J2:2	EN	Active High
4	SENSOR_VP	J2:3	SENSOR_VP	GPI36, ADC_H, ADC1_CH0, RTC_GPIO0
5	SENSOR_VN	J2:4	SENSOR_VN	GPI39, ADC_H, ADC1_CH3, RTC_GPIO3
6	IO34	J2:5	IO34	GPI34, ADC1_CH6, RTC_GPIO4
7	IO35	J2:6	IO35	GPI35, ADC1_CH7, RTC_GPIO5
8	IO32	J2:7	IO32	GPIO32, XTAL_32K_P, ADC1_CH4, TOUCH9, RTC_GPIO9
9	IO33	J2:8	IO33	GPIO33, XTAL_32K_N, ADC1_CH5, TOUCH8, RTC_GPIO8
10	IO25	J2:9	IO25	GPIO25, DAC_1, ADC2_CH8, RTC_GPIO6, EMAC_RXD0
11	IO26	J2:10	IO26	GPIO26, DAC_2, ADC2_CH9, RTC_GPIO17, EMAC_RXD1
12	IO27	J2:11	IO27	GPIO27, ADC2_CH7, TOUCH7, RTC_GPIO17, EMAC_RX_DV
13	IO14	J2:12	IO14	GPIO14, ADC2_CH6, TOUCH6, RTC_GPIO16, MTMS, HSPICLK, HS2_CLK, SD_CLK, EMAC_TXD2
14	IO12	J2:13	IO12	GPIO12, ADC2_CH5, TOUCH5, RTC_GPIO15, MTDI, HSPIQ, HS2_DATA2, SD_DATA2, EMAC_TXD3
15	GND	J2:14	GND
16	IO13	J2:15	IO13	GPIO13, ADC2_CH4, TOUCH4, RTC_GPIO14, MTCK, HSPID, HS2_DATA3, SD_DATA3, EMAC_RX_ER
17	SD2	J2:16	SD2	GPIO9, SD_DATA2, SPIHD, HS1_DATA2, U1RXD
18	SD3	J2:17	SD3	GPIO10, SD_DATA3, SPIWP, HS1_DATA3, U1TXD
19	CMD	J2:18	CMD	GPIO11, SD_CMD, SPICS0, HS1_CMD, U1RTS
20	CLK			GPIO6, SD_CLK, SPICLK, HS1_CLK, U1CTS
21	SD0	J3:18	SD0	GPIO7, SD_DATA0, SPIQ, HS1_DATA0, U2RTS
22	SD1	J3:17	SD1	GPIO8, SD_DATA1, SPID, HS1_DATA1, U2CTS
23	IO15	J3:16	IO15	GPIO15, ADC2_CH3, TOUCH3, MTDO, HSPICS0, RTC_GPIO13, HS2_CMD, SD_CMD, EMAC_RXD3
24	IO2	J3:15	IO2	GPIO2, ADC2_CH2, TOUCH2, RTC_GPIO12, HSPIHD, HS2_DATA1, SD_DATA0
25	IO0	J3:14	IO0	GPIO0, ADC2_CH1, TOUCH1, RTC_GPIO11, CLK_OUT1, EMAC_TX_CLK
26	IO4	J3:13	IO4	GPIO4, ADC2_CH0, TOUCH0, RTC_GPIO10, HSPIHD, HS2_DATA1, SD_DATA1, EMAC_TX_ER
27	IO16	J3:12	IO16	GPIO16, HS1_DATA4, U2RXD, EMAC_CLK_OUT
28	IO17	J3:11	IO17	GPIO17, HS1_DATA5, U2TXD, EMAC_CLK_OUT_180
29	IO5	J3:10	IO5	GPIO5, VSPICS0, HS1_DATA6, EMAC_RX_CLK
30	IO18	J3:9	IO18	GPIO18, VSPICLK, HS1_DATA7
31	IO19	J3:8	IO19	GPIO19, VSPIQ, U0CTS, EMAC_TXD0
32	NC
33	IO21	J3:6	IO21	GPIO21, VSPIHD, EMAC_TX_EN
34	RXD0	J3:5	RXD0	GPIO3, U0RXD, CLK_OUT2
35	TXD0	J3:4	TXD0	GPIO1, U0TXD, CLK_OUT3, EMAC_RXD2
36	IO22	J3:3	IO22	GPIO22, VSPIWP, U0RTS, EMAC_TXD1
37	IO23	J3:2	IO23	GPIO23, VSPID, HS1_STROBE
38	GND	J3:7 & J3:1	GND
		J2:19	EXT_5V

Peripherals

Interface	Channels	Description
ADC	16 ports	2ch 12bit SAR ADCs (6+10)
Ultra Low Noise Analog	2ch	60dB gain by using larger capacitors
DAC	2ch	8bit
Touch	10ch	Capacitive touch sensor
SD/SDIO/MMC Host Controller	1ch	SD memory card v3.01. 4bit
SDIO Slave	1ch	SDIO2.0 slave
Motor PWM	3ch of 16bit timers generated PWM wave form
LED PWM	16ch	80MHz/16bits
UART	3ch	2ch UART (U0/U1/U2)
I2C	2ch	master/slave
I2S/LCD	1ch	Stereo I/O , Parallell LCD data output
Ir	8ch	8ch IR transmitter transmitter / receiver
Parallel QSPI	3ch	Standard SPI, Dual SPI, Quad SPI
General Purpose SPI	1ch	64byte FIFO and DMA.
EMAC	1ch	Ethernet MAC with MII/RMII interface
JATG	1ch	Muxed with IO12-15

Backup original ROM

まずは、出荷時に焼かれているfirmwareをbackupしておきましょう。

esptool.py

今はesprissifにメンテされているesptoolで行いましょう。

$ git clone https://github.com/espressif/esptool.git
$ cd esptool

DevKitは32MBitsなので、4MBなので、

$ ./esptool.py --chip esp32 --port /dev/tty.SLAB_USBtoUART  --baud 921600 read_flash 0x0000 4194304 ../esp32.bin

M5StickCの場合は以下のようにbaudrateを落としてみてください。
$ python3 ./esptool.py --chip esp32 --port /dev/tty.usbserial-xxx --baud 115200 read_flash 0x0000 4194304 ../esp32-m5stickc.bin

で、とりあえず、全バックアップ。

start addr	descritption
0x1000	bootloader.bin
0x8000	partitions_singleapp.bin
0x10000	your app

開発環境のsetup

ESP8266 では、 Arduinoとして使う方が多いですが、せっかくesprissifが、FreeRTOSベースの
IoT Development Framework を公開してくれているので、今回はそれを使ってみましょう。

参考:
* http://www.espressif.com/sites/default/files/documentation/esp-idf_getting_started_guide_en.pdf
* http://esp-idf.readthedocs.io/en/latest/get-started/macos-setup-scratch.html

CP210x driver install (optional)

ESP32-DevKitにはCP210xが搭載されていますので、USB UARTのドライバーの準備が必要です。
(よく使われているので既に環境構築済みの方はskip可能)

http://jp.silabs.com/products/development-tools/software/usb-to-uart-bridge-vcp-drivers などをご参考

Required Package の install (optional)

(よく使われているので既に環境構築済みの方はskip可能)

$ brew install flex bison gperf
$ brew install gnu-sed gawk binutils gperftools gettext wget help2man libtool autoconf automake

brew updateして、$ Error: /usr/local must be writable!　が出る場合は、

$ sudo chgrp -R admin /usr/local
$ sudo chmod -R g+w /usr/local
$ brew update
$ brew upgrade

などで対策を。

install toolchain

ESP32 IDFには必須。
versionはとりあえず以下をinstallしてみて、version incompatibleと出た場合は、expectと出ているversionを入れてください。

$ wget https://dl.espressif.com/dl/xtensa-esp32-elf-osx-1.22.0-61-gab8375a-5.2.0.tar.gz
$ tar zxvf xtensa-esp32-elf-osx-1.22.0-61-gab8375a-5.2.0.tar.gz -C ~/bin
$ vi ~/.bash_profile

~/.bash_profile

export PATH=~/bin/xtensa-esp32-elf/bin:$PATH

$ source ~/.bash_profile
$ xtensa-esp32-elf-gcc --version
xtensa-esp32-elf-gcc (crosstool-NG crosstool-ng-1.22.0-61-gab8375a) 5.2.0
Copyright (C) 2015 Free Software Foundation, Inc.
This is free software; see the source for copying conditions.  There is NO
warranty; not even for MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.

pdfに入っているversionは古いので、新しいこの5.2.0が、4/30/2017時点では必要でした。

Download ESP-IDF

$ git clone --recursive https://github.com/espressif/esp-idf

~/.bash_profile

export IDF_PATH=~/work/esp-idf

$ source ~/.bash_profile

example を buildする

$ cp -r ~/work/esp-idf/examples/get-started/hello_world ~/work
$ cd ~/work/hello_world
$ make menuconfig

Default serial port を /dev/cu.SLAB_USBtoUART に設定 (ESP32-DevKitCのようにCP2102場合)

$ make all
$ make flash

で焼けるみたいです。

make flash
Flashing binaries to serial port /dev/cu.SLAB_USBtoUART (app at offset 0x10000)...
esptool.py v2.0-beta3
Connecting........_
Uploading stub...
Running stub...
Stub running...
Configuring flash size...
Auto-detected Flash size: 4MB
Flash params set to 0x0220
Compressed 15824 bytes to 9223...
Wrote 15824 bytes (9223 compressed) at 0x00001000 in 0.8 seconds (effective 155.0 kbit/s)...
Hash of data verified.
Compressed 363152 bytes to 171924...
..snip..
Wrote 3072 bytes (82 compressed) at 0x00008000 in 0.0 seconds (effective 2140.0 kbit/s)...
Hash of data verified.

Leaving...
Hard resetting...

こんな風に。

実行

$ screen /dev/tty.SLAB_USBtoUART 115200

で、terminalを開いて

ets Jun  8 2016 00:22:57

rst:0xc (SW_CPU_RESET),boot:0x13 (SPI_FAST_FLASH_BOOT)
configsip: 0, SPIWP:0x00
clk_drv:0x00,q_drv:0x00,d_drv:0x00,cs0_drv:0x00,hd_drv:0x00,wp_drv:0x00
mode:DIO, clock div:2
load:0x3fff0008,len:8
load:0x3fff0010,len:4404
load:0x40078000,len:11092
load:0x40080000,len:252
entry 0x40080034
I (45) boot: ESP-IDF v2.0-rc1-725-g07b61d5 2nd stage bootloader
I (45) boot: compile time 22:01:22
I (46) boot: Enabling RNG early entropy source...
I (64) boot: SPI Speed      : 40MHz
I (77) boot: SPI Mode       : DIO
I (89) boot: SPI Flash Size : 4MB
I (101) boot: Partition Table:
I (113) boot: ## Label            Usage          Type ST Offset   Length
I (135) boot:  0 nvs              WiFi data        01 02 00009000 00006000
I (159) boot:  1 phy_init         RF data          01 01 0000f000 00001000
I (182) boot:  2 factory          factory app      00 00 00010000 00100000
I (205) boot: End of partition table
I (218) boot: Disabling RNG early entropy source...
I (235) boot: Loading app partition at offset 00010000
I (761) boot: segment 0: paddr=0x00010018 vaddr=0x00000000 size=0x0ffe8 ( 65512) 
I (762) boot: segment 1: paddr=0x00020008 vaddr=0x3f400010 size=0x0660c ( 26124) map
I (778) boot: segment 2: paddr=0x0002661c vaddr=0x3ffb0000 size=0x02ae4 ( 10980) load
I (808) boot: segment 3: paddr=0x00029108 vaddr=0x40080000 size=0x00400 (  1024) load
I (831) boot: segment 4: paddr=0x00029510 vaddr=0x40080400 size=0x12a7c ( 76412) load
I (893) boot: segment 5: paddr=0x0003bf94 vaddr=0x400c0000 size=0x00000 (     0) load
I (894) boot: segment 6: paddr=0x0003bf9c vaddr=0x00000000 size=0x0406c ( 16492) 
I (914) boot: segment 7: paddr=0x00040010 vaddr=0x400d0018 size=0x28a68 (166504) map
I (940) cpu_start: Pro cpu up.
I (951) cpu_start: Starting app cpu, entry point is 0x40080d30
I (0) cpu_start: App cpu up.
I (984) heap_alloc_caps: Initializing. RAM available for dynamic allocation:
I (1006) heap_alloc_caps: At 3FFAE2A0 len 00001D60 (7 KiB): DRAM
I (1027) heap_alloc_caps: At 3FFB60A8 len 00029F58 (167 KiB): DRAM
I (1048) heap_alloc_caps: At 3FFE0440 len 00003BC0 (14 KiB): D/IRAM
I (1069) heap_alloc_caps: At 3FFE4350 len 0001BCB0 (111 KiB): D/IRAM
I (1091) heap_alloc_caps: At 40092E7C len 0000D184 (52 KiB): IRAM
I (1112) cpu_start: Pro cpu start user code
I (1169) cpu_start: Starting scheduler on PRO CPU.
Hello world!
Restarting in 10 seconds...
I (204) cpu_start: Starting scheduler on APP CPU.
Restarting in 9 seconds...
Restarting in 8 seconds...
Restarting in 7 seconds...
Restarting in 6 seconds...
Restarting in 5 seconds...
Restarting in 4 seconds...

みたいになっていれば成功です。

つづく。

開発環境構築

Eclipse

Eclipseを使って開発が可能です. しかし全てではなく、 make menuconfig みたいのは必須です。

コード開発支援
build
flash

IDF Monitor

$ make monitor

基本的にはserial terminalプログラムです.
- 関数名の自動表示 (0x4________ のようなアドレスを、addr2line を使って、関数名やコードの場所を示しま
- Ctrl+J : Exit
- Ctrl+T Ctrl-H : help
- Ctrl+T Ctrl+F : Quick compile & Flash : make flash
- Ctrl+T Ctrl+A : Quick compile & Flash : make app-flash
- Ctrl+T Ctrl+R : Quick Reset

GDBStub

$ make menuconfig

AtComponent config -> ESP32-specific -> Panic handler behaviour, select Invoke GDBStub

optionが有効な際には、idf_monitor経由で利用できます。

参考 : Mac の screen の　終了のさせ方

screen の画面で control + a を押して、次に k を押し、Really kill this window [y/n] と表示されるので、 y

Appendix

ESP32 hardware

Datasheet : http://www.espressif.com/sites/default/files/documentation/esp32_datasheet_en.pdf
Pin list : http://www.espressif.com/sites/default/files/documentation/esp32_chip_pin_list_en.pdf
Pin out : http://www.espressif.com/en/support/download/documents?keys=ESP32+Pinout&field_type_tid%5B%5D=13
Technical Reference Manual : http://www.espressif.com/sites/default/files/documentation/esp32_technical_reference_manual_en.pdf
Hardware Design Guide : http://www.espressif.com/sites/default/files/documentation/esp32_hardware_design_guidelines_en.pdf
ESP32 / ESP32-DevKit Schematic : http://esp-idf.readthedocs.io/en/latest/hw-reference/modules-and-boards.html#esp32-core-board-v2-esp32-devkitc
Errata : http://espressif.com/sites/default/files/documentation/eco_and_workarounds_for_bugs_in_esp32_en.pdf
start guide : http://www.espressif.com/sites/default/files/documentation/esp-idf_getting_started_guide_en.pdf

ESP32 Software

ESP32 (ESP-WROOM-32) 事始め