搭建 ESP32-CAM 开发环境

Posted on 2021-05-05

1 前言

自从去年入坑 NodeMCU 以来，这种只要十几块钱，却功能强大的硬件就深深吸引了我。

随着对单片机学习的深入，只是控制普通元器件已经无法满足我了，所以又剁手了 ESP32-CAM，并准备基于它做个小项目。

不同于 NodeMCU 基于 LUA 脚本的开发模式，开发 ESP32-CAM 的功能，主要基于 espressif 提供的 SDK —— “espidf”，使用 C/C++ 语言编写，因此就需要一个便利的集成开发环境。

本文将介绍开发环境的搭建过程，并且按照国际惯例编写了一个 Hello world 程序，在设备上运行。

2 硬件

2.1 清单

主板：

ESP32-CAM

配件：

400 孔面包板
串口板
导线若干

因误操作而烧掉的电源降压模块（R.I.P.）：

后使用 USB 线直连电脑，作为 5V 输入电源。

2.2 组装

以下是 ESP32-CAM 的针脚定义（摘自官网）：

需要连接的几个接口如下：

主板针脚	对接针脚
`5V`	5V 电源正极。
`GND`（任意）	5V 电源负极。
`GPIO1`	串口板的 `RXI` 针脚，有些串口板也标作 `TXD`。
`GPIO3`	串口板的 `TXO` 针脚，有些串口板也标作 `RXD`。
`GND`（任意）	串口板的 `GND` 针脚。
`GPIO0`	烧录固件时，与主板任意 `GND` 针脚连接，其他时候悬空。

最终连接效果如下图：

3 软件

推荐在 macOS 或者 Linux 系统上开发，本文以 macOS 为例。

3.1 清单

这里列出本文涉及到的软件，及文中使用的版本。

minicom v2.8: 串口通信工具，比系统自带的 cu 命令要好用，可通过 brew 安装。
platformio v5.1.1: 单片机开发工具包，整合了多种芯片平台的 SDK 和 Toolchain，可通过 brew 安装。
VSCode (Visual Studio Code) v1.55.2: 代码编辑器。
- 插件: C/C++ v1.3.1
- 插件: PlatformIO IDE v2.3.2

虽然在 JetBrains CLion 中也有 platformio 的插件，但是与 espidf 的最新版（v4.X）不兼容，因此最终选择了 VSCode。

4 开发固件

4.1 创建项目

点击左边的工具栏的蚂蚁图标，或状态栏的”🏠” 图标，进入 PIO Home：

点击 “New Project” 新建项目，Board 选择 AI Thinker ESP32-CAM，Framework 选择 Espressif IoT Development Framework：

第一次创建项目需要等待一段时间，因为 platformio 会去下载必要的 SDK 和 Toolchian。创建完成后，会自动跳到文件目录界面。

打开 src 目录下的 “main.c”，这里的 app_main 函数就是整个项目的入口：

4.2 编写代码

在 espidf 中，也提供了 printf 函数，它会将字符串输出到串口中。

这里不止打印一句简单的”Hello”，也通过 espidf 的 API 检索一些系统信息，一并打印出来：

#include <stdio.h>
#include <esp_system.h>

void app_main() {
    // Print hello message
    printf("Hello, ESP!\n");

    // Get ESP chip info
    esp_chip_info_t info;
    esp_chip_info(&info);
    printf("Model Type: %d / Core Num: %d\n", info.model, info.cores);

    // Get WiFi MAC address
    uint8_t mac[6];
    esp_read_mac(mac, ESP_MAC_WIFI_STA);
    printf("WiFi MAC: ");
    for (size_t i = 0; i < 6; i++) {
        if (i == 0) {
            printf("%02x", mac[i]);
        } else {
            printf(":%02x", mac[i]);
        }
    }
    printf("\n");
}

4.3 编译固件

点击 VSCode 状态栏中的✓图标，编译固件：

第一次编译会比较费时，因此要对整个 SDK 进行编译，而后面每次构建只会编译变更的文件。

4.4 烧写固件

烧写固件前，首先需要将主板的 GPIO0 针脚与 GND 针脚连接，进入烧写模式，然后上电：

点击 VSCode 状态栏中的→图标，烧写固件：

platformio 会自动检测主机上连接的串口接口。并默认使用找到的第一个端口。如需指定其他端口，可编辑项目根目录下的配置文件 “platformio.ini”，添加配置 upload_port

[env:esp32cam]
platform = espressif32
board = esp32cam
framework = espidf

; Custom UART port
upload_port=/dev/tty.usbserial-gggggggg1

烧写完成后，断开供电，并断开 GPIO0 针脚与 GND 针脚的连接，然后按一下主板背面的 RST 按钮。

ESP32-CAM 并没有提供 RST 针脚（至少我没找到），所以每次烧录固件后，都需要要手工按一下 RST 按钮……

4.5 运行固件

首先在主机上执行如下命令，监控串口的输出：

1	minicom -D /dev/tty.usbserial-gggggggg1 -b 115200

这里面的 /dev/tty.usbserial-gggggggg1 是我主机上的串口设备，使用其他串口板时，需要对照修改，一般是”/dev/“目录下，以”tty.usb” 开头的某个设备。

然后给主板上电，从 minicom 的界面中，将看到如下输出：

5 总结

整个搭建开发环境的过程没踩到什么坑（~~除了被我烧掉的变压模块~~），主要得益于 platformio 的强大。

其实网上搜到的针对 ESP 芯片的开发，大多是基于 Arduino IDE 的，我也不记得当初自己是怎么找到 platformio 的，不过一试之下 ——

真香！

在演示程序中，只调用了几个获取系统信息的 API，实际上 espidf 的功能非常丰富，而且提供了完善的文档和丰富的示例代码，对开发者非常友好。

主要功能的开发，基本上对照着文档即可完成，等后面踩到坑了，再写篇文章来记录吧。