开始使用 Espressif ESP32-WROOM-32SE（预览版） - FreeRTOS
概览先决条件设置 Espressif 硬件设置开发环境建立串行连接下载并配置 FreeRTOS构建、刷写和运行 FreeRTOS 演示项目
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开始使用 Espressif ESP32-WROOM-32SE（预览版）

按照本教程的说明开始使用 Espressif ESP32-WROOM-32SE。仅在预览版中支持 ESP32-WROOM-32SE（带有 Microchip ATECC608A 安全元件），它不属于官方发布的 FreeRTOS。ESP32-WROOM-32SE 目前可供购买的可能性有限。请联系 sales@espressif.com 以获取主板。

注意

ESP32-WROOM-32SE 的 FreeRTOS 端口不支持以下功能：

  • 对称多处理 (SMP)

  • 在线配置向导 (OCW)

概览

该教程将指导您完成以下步骤：

  1. 将主板连接到主机。

  2. 在您的主机上安装软件，以开发和调试微控制器主板的嵌入式应用程序。

  3. 将 FreeRTOS 演示应用程序交叉编译为二进制映像。

  4. 将应用程序二进制映像加载到您的主板中，然后运行该应用程序。

  5. 使用串行连接监控和调试正在运行的应用程序。

先决条件

在 Espressif 主板上开始使用 FreeRTOS 之前，您需要设置您的 AWS 账户和权限。

要创建 AWS 账户，请参阅创建和激活 AWS 账户。

要将 IAM 用户添加到您的 AWS 账户，请参阅 IAM 用户指南 中的添加用户。要向您的 IAM 用户授予 AWS IoT 和 FreeRTOS 的权限，请将以下 IAM 托管策略附加到您的 IAM 用户：

  • AmazonFreeRTOSFullAccess

    允许对 IAM 用户的所有 FreeRTOS 资源 (freertos:*) 进行完全访问。

  • AWSIoTFullAccess

    允许对 IAM 用户的所有 IoT 资源 (iot:*) 进行完全访问。

将 AmazonFreeRTOSFullAccess 策略附加到您的 IAM 用户

  1. 导航到 IAM 控制台。

  2. 在导航窗格中，选择 Users (用户)

  3. 在搜索文本框中输入您的用户名，然后从列表中选择该名称。

  4. 选择 Add permissions。

  5. 选择直接附加现有策略。

  6. 在搜索框中，输入 AmazonFreeRTOSFullAccess，从列表中选择，然后选择下一步: 审核。

  7. 选择 Add permissions。

将 AWSIoTFullAccess 策略附加到您的 IAM 用户

  1. 导航到 IAM 控制台。

  2. 在导航窗格中，选择 Users (用户)。

  3. 在搜索文本框中输入您的用户名，然后从列表中选择该名称。

  4. 选择 Add permissions。

  5. 选择直接附加现有策略。

  6. 在搜索框中，输入 AWSIoTFullAccess，从列表中选择，然后选择下一步: 审核。

  7. 选择 Add permissions。

有关 IAM 的更多信息，请参阅 IAM 用户指南。

有关策略的更多信息，请参阅 IAM 权限和策略。

设置 Espressif 硬件

有关设置 ESP32-WROOM-32SE 开发主板硬件的信息，请参阅 ESP32-DevKitC 入门指南。

注意

请勿按照 Espressif 指南的入门部分进行操作。改为按以下步骤操作。

设置开发环境

要与您的主板进行通信，您需要下载并安装工具链。

设置工具链

要设置工具链，请按照适用于您的主机操作系统的说明操作：

重要

当您到达 Next Steps (后续步骤) 下的“Get ESP-IDF”说明时，停止并返回到此页面上的说明。

请确保已从系统中清除 IDF_PATH 环境变量，然后再继续操作。如果您已按照 Next Steps (后续步骤) 下的“Get ESP-IDF (获取 ESP-IDF)”说明执行操作，则会自动设置此环境变量。

注意

3.3 版的 ESP-IDF（FreeRTOS 所使用的版本）不支持最新版本的 ESP32 计算机。您必须使用与 3.3 版的 ESP-IDF 兼容的编译器。请参阅前面的链接。要检查编译器版本，请运行以下命令。

xtensa-esp32-elf-gcc --version

安装 CMake

需要 CMake 生成系统来为此设备生成 FreeRTOS 演示和测试应用程序。FreeRTOS 支持版本 3.13 及更高版本。

您可以从 CMake.org 下载最新版本的 CMake。提供源代码和二进制分发。

有关将 CMake 与 FreeRTOS 结合使用的详细信息，请参阅将 CMake 与 FreeRTOS 结合使用。

建立串行连接

  1. 要在您的主机和 ESP32-WROOM-32SE 之间建立串行连接，请安装 CP210x USB to UART Bridge VCP 驱动程序。您可以从 Silicon Labs 下载这些驱动程序。

  2. 按照建立与 ESP32 的串行连接中的步骤操作。

  3. 建立串行连接后，记下主板连接的串行端口。在构建演示时需要用到它。

下载并配置 FreeRTOS

设置您的环境后，您可以从 GitHub 下载 FreeRTOS。有关说明，请参阅 README.md 文件。ESP32-WROOM32-SE 的代码只能在 GitHub 上的开发分支 feature/esp32-wroom-32se 上提供。

重要

ATECC608A 设备具有一次性初始化功能，该功能在首次运行项目时（在调用 C_InitToken 期间）被锁定到设备上。但是，FreeRTOS 演示项目和测试项目的配置不同。如果设备在演示项目配置期间被锁定，则并非测试项目中的所有测试都会成功。

  1. 按照 配置 FreeRTOS 演示 中的步骤配置 FreeRTOS 演示项目。跳过最后一步格式化您的 AWS IoT 凭证，然后改为执行以下步骤。

  2. Microchip 提供了多种脚本工具来帮助设置 ATECC608A 部件。导航到 freertos/vendors/microchip/secure_elements/app/example_trust_chain_tool 目录并打开 README.md 文件。

    请按照 README.md 文件中的说明预置您的设备。这些步骤包括：

    1. 创建证书颁发机构并将其注册到 AWS。

    2. 在 ATECC608A 上生成您的密钥，并导出公有密钥和设备序列号。

    3. 为设备生成证书并将该证书注册到 AWS。

  3. 按照 开发人员模式密钥预置 的说明，将 CA 证书和设备证书加载到设备上。

构建、刷写和运行 FreeRTOS 演示项目

您可以使用 CMake 生成构建文件，使用 Make 构建应用程序二进制文件，使用 Espressif 的 IDF 实用程序刷写主板。

在 Linux 或 macOS 上构建 FreeRTOS

如果您使用的是 Windows，则可以跳至 在 Windows 上构建 FreeRTOS。

使用 CMake 生成构建文件，然后使用 Make 构建应用程序。

使用 CMake 生成演示应用程序的构建文件

  1. 导航到 FreeRTOS 下载目录的根目录。

  2. 在命令行窗口中，输入以下命令以生成构建文件。

    cmake -DVENDOR=espressif -DBOARD=esp32_plus_ecc608a_devkitc -DCOMPILER=xtensa-esp32 -S . -B your-build-directory
    注意

    要构建用于调试的应用程序，请添加 -DCMAKE_BUILD_TYPE=Debug 标志。

    要生成测试应用程序构建文件，请添加 -DAFR_ENABLE_TESTS=1 标志。

    Espressif 提供的代码使用轻型 IP (lwIP) 堆栈作为默认网络堆栈。要改用 FreeRTOS+TCP 网络堆栈，请将 –DAFR_ESP_FREERTOS_TCP 标记添加到 CMake 命令。

    要为非供应商提供的代码添加 lwIP 依赖项，请将以下行添加到您的自定义 WiFi 组件的 CMake 依赖性文件 CMakeLists.txt 中。 

    # Add a dependency on the bluetooth espressif component to the common component
set(COMPONENT_REQUIRES lwip)

使用 Make 构建应用程序

  1. 导航到 build 目录。

  2. 在命令行窗口中，输入以下命令以通过 Make 构建应用程序。

    make all -j4
    注意

    每当您在 aws_demos 项目和 aws_tests 项目之间切换时，都必须使用 cmake 命令构建生成文件。

在 Windows 上构建 FreeRTOS

在 Windows 上，必须为 CMake 指定构建生成器。否则，CMake 默认为 Visual Studio。Espressif 正式推荐使用 Ninja 构建系统，因为它适用于 Windows、Linux 和 MacOS。您必须在本机 Windows 环境（如 cmd 或 PowerShell）中运行 CMake 命令。不支持在虚拟 Linux 环境（如 MSYS2 或 WSL）中运行 CMake 命令。

使用 CMake 生成构建文件，然后使用 Make 构建应用程序。

使用 CMake 生成演示应用程序的构建文件

  1. 导航到 FreeRTOS 下载目录的根目录。

  2. 在命令行窗口中，输入以下命令以生成构建文件。

    cmake -DVENDOR=espressif -DBOARD=esp32_plus_ecc608a_devkitc -DCOMPILER=xtensa-esp32 -GNinja -S . -B your-build-directory
    注意

    要构建用于调试的应用程序，请添加 -DCMAKE_BUILD_TYPE=Debug 标志。

    要生成测试应用程序构建文件，请添加 -DAFR_ENABLE_TESTS=1 标志。

    Espressif 提供的代码使用轻型 IP (lwIP) 堆栈作为默认网络堆栈。要改用 FreeRTOS+TCP 网络堆栈，请将 –DAFR_ESP_FREERTOS_TCP 标记添加到 CMake 命令。

    要为非供应商提供的代码添加 lwIP 依赖项，请将以下行添加到您的自定义 WiFi 组件的 CMake 依赖性文件 CMakeLists.txt 中。 

    # Add a dependency on the bluetooth espressif component to the common component
set(COMPONENT_REQUIRES lwip)

构建应用程序

  1. 导航到 build 目录。

  2. 在命令行窗口中，输入以下命令以调用 Ninja 来构建应用程序。

    ninja

    或者，使用通用 CMake 接口来构建应用程序。

    cmake --build your-build-directory
    注意

    每当您在 aws_demos 项目和 aws_tests 项目之间切换时，都必须使用 cmake 命令构建生成文件。

刷写并运行 FreeRTOS

使用 Espressif 的 IDF 实用程序 (freertos/vendors/espressif/esp-idf/tools/idf.py) 刷写您的主板、运行应用程序并查看日志。

要擦除主板的闪存，请导航到 freertos 目录并输入以下命令。 

./vendors/espressif/esp-idf/tools/idf.py erase_flash -B build-directory

要将应用程序二进制文件刷写到您的主板，请使用 make。 

make flash

您也可以使用 IDF 脚本以刷写主板。

./vendors/espressif/esp-idf/tools/idf.py flash -B build-directory

如需监控，请使用以下命令：

./vendors/espressif/esp-idf/tools/idf.py monitor -p /dev/ttyUSB1 -B build-directory
提示

您也可以组合使用这些命令。

./vendors/espressif/esp-idf/tools/idf.py erase_flash flash monitor -p /dev/ttyUSB1 -B build-directory

在 AWS 云上监控 MQTT 消息

您可以使用 AWS IoT 控制台中的 MQTT 客户端监控您的设备发送到 AWS 云的消息。

使用 AWS IoT MQTT 客户端订阅 MQTT 主题

  1. 登录 AWS IoT 控制台。

  2. 在导航窗格中，选择测试以打开 MQTT 客户端。

  3. 在 Subscription topic (订阅主题)中，输入 iotdemo/#，然后选择 Subscribe to topic (订阅主题)。