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[嵌入式]SDK物联网开发平台入门学习笔记

前言

本文以ESP-12F模组开办板为例，学习ESP8266 SDK 相关使?方法，包括编译前的准备、SDK 的编译和固件的下载，程序编写等。如有错误，请联系。
作者：孙韶辉

一、概述

SDK使用框图：
在这里插入图片描述

1.HDK（模组及开发板等硬件设备）

ESP8266 Hardware Development Kit（HDK）包括芯片 ESP8266EX、ESP8266模组以及 ESP8266开发板（比如NodeMcu）等硬件设备。用户使用烧录工具下载编译好的固件到硬件设备上。

2.ESP8266 SDK

ESP8266 Software Development Kit（SDK）是乐鑫为开发者提供的物联网（IOT）应用开发平台，包括基础平台以及上层应用开发示例等。

SDK的基础平台按照是否基于操作系统可分为：Non-OS 和 RTOS 两个版本。

版本	介绍
non-OS	Non-OS SDK 是不基于操作系统的 SDK，提供 IOT_Demo 和 AT 的编译
RTOS	RTOS SDK基于FreeRTOS，引入OS多任务处理机制（不学习）

3.ESP8266 FW

ESP8266 Firmware (FW) 是一些可直接下载到 ESP8266 HDK 中的 BIN 文件，用户可以选择下载 Firmware Over-The-Air（FOTA，支持云端升级）和 non-FOTA（不支持云端升级）的 BIN 文件。

文件列表	是否必选	说明	Non-FOTA	FOTA
esp_init_data_default.bin	必选	初始化射频参数，在 SDK 根目录中提供。	√	√
blank.bin	必选	初始化系统参数，在 SDK 根目录中提供。	√	√
eagle.flash.bin	必选	主程序，编译代码生成	√	×
eagle.irom0text.bin	必选	主程序，编译代码生成	√	×
boot.bin	必选	Bootloader，在 SDK 根目录中提供。	×	√
user1.bin	初次使?用必选	主程序，编译代码生成	×	√
user2.bin	升级时使	主程序，编译代码生成	×	√

注意区分 Non-FOTA 和 FOTA 分别需要烧录哪些文件。这里主要学习 Non-FOTA

4.ESP8266 工具集

编译器

编译ESP8266 SDK需要使用Linux操作系统,若使用Windows操作系统,建议使用VirtualBox作为ESP8266虚拟机。为了简编译操作,乐鑫已编译SDK所需要的工具安装到虚机中。用户只需安装虚机,导入ESP8266编译器(OVA镜像文件)即可直接编译ESP8266 SDK

固件下载工具

ESP8266 DOWNLOAD TOOL工具是由乐鑫官方开发的固件下载工具,用户可根据实际的编译方式和Flash的容量,将多个BIN文件一键下载到ESP8266母板(开发板或者模组)的SPI Flash中。

串口调试工具

串口调试工具可以通过标准RS-232端口直接与ESP8266建立通信。对于不带有物理串口的PC,可以使用USB转串口模块来虚拟出一个串口设备。用户可以直接在串口终端输入命令和实时查看相关打印信息。

二、硬件准备

这里我用的是esp-12f做的开发板

三、软件准备

在这里插入图片描述

1.Non-OS SDK

在这里插入图片描述

Non-OS SDK内容

bin:编译生成的BIN文件,可直接下载到Flash中。
documents: SDK相关的文档或链接。
driver lib:外设驱动的库文件,如: UART,12C和GPIO等。后面我们会把这里重命名为 app目录开发我们的用户程序
examples:可供用户二次开发的示例代码,如1oT Demo等。
include: SDK自带头文件,包含了用户可使用的相关API函数及其他宏定义,用户无需修改。需要什么直接调用头文件
ld:链接时所需的脚本文件,若无特殊需求,用户无需修改。
lib: SDK提供的库文件。
tools:编BIN文件所需的工具,用户无需修改。
third_party：第三方库，可以忽略

bin：编译生成的 BIN 文件，可直接下载到 Flash 中

在这里插入图片描述

2.软件环境搭建 —— 安信可一体化开发环境

在这里插入图片描述
运行IDE文件

点开这里，然后点import，

修改下，编译方式选择Cross GCC，不然会报错

3.编译nonos-Template

命名下载下来的SDK文件，这个APP就是我们编写程序的地方
在这里插入图片描述
然后进入examples内

复制这个文件夹内的东西，替换掉APP内的，然后删除掉examples文件夹

然后打开third_party文件，将Makefile命名为Makefile.bak
然后重新导入编译器中，这样就配置完毕
当我们导入成功工程之后，首次编译模板工程看看

正常的编译步骤：

Clean Project
Build Project

出现这个编译成功

四、Flash布局

布局说明

在这里插入图片描述

存储大小位置修改

用户可以通过修改ESP8266-NONOS-SDKId/eagle.app.v6.ld文件来改变eagle.iromOtext.bin的上限值,即修改文件中iromo-o-seg参数的len字段,如图4-2中红色标示。
不同版本SDK中irom0.text文件的地址也不同。用户必须查阅eagle.app.v6.ld文件,确保将eagle.irom0.text.bin下载到正确的地址。图4-2中蓝色标示即为eagle.irom0.text.bin的地址。
在这里插入图片描述
不不同的 Flash 容量量，len 的值和修改后 eagle.irom0text.bin 的存储上限值如表 4-1 所示。

ESP8266 目前系统程序区最大支持 1024 KB。

下载地址

在这里插入图片描述
一般烧录，请使?工具 ESP Flash Download Tool，建议按照烧录地址从低到高按顺序排列列烧录。

烧录工具

进入 Windows系统。
2·双击ESP-DOWNLOAD-TOOL.exe打开Flash工具。

参照这表，依次从低位到高位烧入

在这里插入图片描述

五：SDK程序架构

1.普通单片机的程序运行是基于“主循环”的方式

main.c文件中:
int main (void) //程序入口
{
初始化.: // 10口、定时器、设置中断
while(1)
{
… //主循环,完成程序功能
}
return 0;
}
void xxxIRQHandler (void)//中断函数
{
…//执行中断处理

}

2.ESP8266的SDK编程是基于“内核回调”的方式

user main.c文中:


void user_init (void);    // ESP8266内核为用户提供的初始化接口:用户的【应用功能初始化】入口、
{
  ....初始化;         //IO口、定时器、设置中断...
 }

//用户看不见，不能修改
/*-------------------------------------------------*/
{
  ..........                  //内核初始化
  user_init()                  //执行用户的初始化设定
  while()
  {
  //执行内核功能
  //执行用户功能，.比如:用户初始化中设定了1s定时,那么在这里将会进行定时器计时
  }
}


/*-----------------------------------------------------
  回调函数            当满足一定条件时，内核调用这些回调函数
------------------------------------------------------*/
   void xxxcb(void)     //例如:这是1s定时的回调函数,那么内核1s计时完成,就会调用此函数
   {
   .......//LED闪烁    //例如:在此函数中用户可以让LED以2S的频率闪烁
  }



/*-----------------------------------------------------------
任务函数               如果安排了任务,在系统空闲时,内核会调用任务函数
----------------------------------------------------------*/
void xxx Task (void)
{
......
}



/*----------------------------------------------------------
中断到来执行函数
-------------------------------------------------------------*/
void xxx_IRQHandler (void)  //当触发中断时，进入终端函数
{
  ......                     //执行中断处理
  }

3.乐鑫官方SDK API使用说明

参考资料《ESP8266 Non-OS SDK API》

1.简介说明

Non-OS SDK简介Non-OS SDK为用户提供了一套应用程序编程接口(AP),能够实现ESP8266的核心功能改,例如数据接收/发送、TCPIP功能、硬件接口功能,以及基本的系统管理功能等。用户不必关心底层网络,如Wi-Fi,TCP/IP等的具体实现,只需要专注于物联网上层应用的开发,利用相应接口实现各种功能即可。
ESP8266物联网平台的所有网络功能均在库中实现,对用户不透明。用户应用的初始化功能可以在user-main.c中实现。
void user-init(void)是上层程序的入口函数,给用户提供一个初始化接口,用户可在该函数内增加硬件初始化、网络参数设置、定时器初始化等功能。
? 对于ESP8266-NONOS-SDK-v3.0.0及之后版本,请在user-main.c增加函数 void ICACHE-FLASHATTR user-pre-init(void) ,并且在user-pre-init中注册自己的partition table.
? 对于ESP8266NONOS-SDK-v1.5.2至ESP8266NONOS-SDK-v2.2.1之间的版本,请在user-main.c增加函数void user-rf-pre-init(void)和uint32user_rf-cal_sector_set(void),可参考10TDemo的user-main.c。用户可在user_rf_pre_init中配置RF初始化, RF设置接口为system_phy_set_rfoption,或者在Deep-sleep前调用system_deep-sleep-set_option,如果设置为RF不打开,则ESP8266 Station及SoftAP均无法使用,请勿调用Wi-F相关接口及网络功能。RF关闭时, Wi-Fi射频功能和网络堆栈管理API均无法使用。
对于ESP8266NONOS-SDK-v2.1.0及之后版本,用户如果并未使用DIO-To-QIO flash,可以在user-main.c中增加空函数void user-spi-flash-dio-to-qio-pre-init(void)来优化iRAM空间。SDK中提供了对JSON包的处理API,用户也可以采用自定义数据包格式, 自行对数据进行处理。

2. 代码结构

Non-OS SDK中的代码结构具有以下特征:,
Non-OS SDK不像基于RTOS的应用程序支持任务调度。Non-OS SDK使用四种类型的函数:

应用函数
回调函数
用户任务
中断服务程序(Interrupt Service Routines, ISR)

应用函数
类似于嵌入式C编程中的常用C函数。这些函数必须由另一个函数调用。应用函数在定义时建议添加ICACHE-FLASH-ATTR宏,相应程序将存放在flash中,被调用时才加载到cache运行。而如果添加了IRAM_ATTR宏的函数,则会在上电启动时就加载到iRAM中
回调函数
是指不直接从用户程序调用的函数,而是当某系统事件发生时,相应的回调函数由non-OS SDK内核调用执行。这使得开发者能够在不使用RTOS或者轮询,事件的情况下响应实时事件。
要编写回调函数,用户首先需要使用相应的register_cb API注册回调函数。回调函数的示例包括定时器回调函数和网络事件回调函数。
中断服务程序(ISR)
是一种特殊类型的回调函数。发生硬件中断时会调用这些函数。当使能中断时,必须注册相应的中断处理函数。请注意, ISR必须添加IRAM_ATTR。
用户任务
可以分为三个优先级: 0,1、2,任务优先级为2>1>0,即Non-OSSDK最多只支持3个用户任务,优先级分别为0、1、2·用户任务一般用于函数不能直接被调用的情况下。要创建用户任务,请参阅本文档中的system_os_task()的API描述。例如, espconn-disconnect() API不能直接在espconn的回调函数中调用,因此建议开发者可以在espconn回调中创建用户任务来执行espconn_disconnect.

六. 调用API,添加源文件

参考资料《ESP8266 Non-OS SDK API》

1. 调用到的2个接口及头文件

在这里插入图片描述

在这里插入图片描述
在编写程序前，要调用这2接口的头文件

2. 串口打印“Hello world”和版本信息

在初始化函数中写入我们要用的程序

user_init(void)
{
	os_printf("\r\n-----------\r\n");
	os_printf("SDK version: %s \n", system_get_sdk_version());//串口打印SDK版本
	os_printf("\r\nHello World\r\n");
	os_printf("\r\n------------\r\n");

}

下载
在这里插入图片描述
打开串口助手

3. 设置串口信息

如何设置串口的波特率、数据格式？需要调用串口驱动函数

在这里插入图片描述
将此串口C文件复制添加到我们的工程里

将头文件也同样的复制添加到我们的工程内

然后打开编译器，刷新

能看到这三个，说明已经将文件成功添加进工程了
然后在程序调用头文件

打开串口C文件
在这里插入图片描述

当波特率!=74880时, ESPB266复位后,会打印一些信息(乱码),这是正常的。因为内核在初始化时,会默认从UART_0打印一些初始化信息。
使用40MHz晶振时,该段打印波特率为115200T
使用26MHz晶振时,该段打印波特率为74880 (ESP-12F)
在这里插入图片描述
调整波特率以后，上面系统初始化文件为乱码为正常

七.看门狗

参考资料《ESP8266 Non-OS SDK API》
如前所述, non-OS SDK不支持抢占任务或进程切换。因此开发者需要自行保证程序的正确执行,用户代码不能长期占用CPU,否则会导致看门狗复位, ESP8266重启。
如果某些特殊情况下,用户线程必须执行较长时间(比如大于500 ms) ,建议经常调用system-soft-wdt_feed（) API来喂软件看门狗,而不建议禁用软件看门狗。

1. 看门狗函数

在这里插入图片描述

2.函数所调用的头文件

在这里插入图片描述

3. 程序模拟用户长时间占用CPU，看门狗重启

在这里插入图片描述
看门狗启动，系统一直复位重启

4.调用喂狗程序

在这里插入图片描述

八.ESP8266的延迟函数delay

1.delay函数

在这里插入图片描述

2.调用的头文件

在这里插入图片描述

3.编写延迟秒函数

在这里插入图片描述

4 .串口打印函数

在这里插入图片描述
每隔一秒，串口接受到一个信息

九.设置8266的GPIO接口为输出模式

参考技术资料《ESP8266 Non-OS SDK API》《ESP8266-技术参考手册》
《ESP8266-管脚清单》《ESP8266物联网开发板原理图》

1.实现功能

让LED2 闪烁
在这里插入图片描述
开发板原理图👆

1.设置IO口功能

1.需要调用的头文件及C文件

在这里插入图片描述

2.管脚功能选择

在这里插入图片描述

PIN_FUNC_SELECT(PERIPHS_IO_MUX_MTDI_U,FUNC_GPI012);

参数里，前面是代表管脚，后面代表实现的功能。
在这里插入图片描述
main.c函数中调用头文件

3.ESP-12F和ESP8266芯片管脚位置和名称对应图

ESP-12F 模组共接出16 个接口，如管脚示意图，管脚功能定义表是接口定义。此图为模组背面视角

在这里插入图片描述
ESP-12F 管脚示意图
表管脚功能定义

ESP8266 芯片管脚位置名称及对应图

在这里插入图片描述

参考官方资料，GPIO4第一个功能为IO口
在这里插入图片描述
官方说明

2.设置IO口为输出模式

在这里插入图片描述
函数位置

1.实例

   //管脚功能选择(注意:参数1 【PINNAME】管脚名、参数2 【FUNC】管脚功能)
    PIN_FUNC_SELECT(PERIPHS_IO_MUX_GPIO4_U,0);  //将GPIO4设置为IO口
    //将相应管脚设为输出模式,并输出对应电平(参数1 【gpio_no】、参数2:输出电平)
    GPIO_OUTPUT_SET(GPIO_ID_PIN(4), 1);
```c
user_init(void)
{
	u8 LED=1;
	uart_init(115200,115200);//串口0，串口1
    os_delay_us(1000);
	os_printf("\n\r----------------------");
	os_printf("\n\rHello,Wolrd");
	os_printf("\n\rSDK version: %s \n", system_get_sdk_version());
    os_printf("\r------------------------\n\r");
   //管脚功能选择(注意:参数1 【PINNAME】管脚名、参数2 【FUNC】管脚功能)
    PIN_FUNC_SELECT(PERIPHS_IO_MUX_GPIO4_U,0);  //将GPIO4设置为IO口
    //将相应管脚设为输出模式,并输出对应电平(参数1 【gpio_no】、参数2:输出电平)
    GPIO_OUTPUT_SET(GPIO_ID_PIN(4), 1);

   /*******************************************************************************************
    * 注意: 【PIN NAME】【FUNC】【gpio_no】不要混淆
    *【PIN NAME】                管脚名称                "PERIPHS_IO_MUX" + "管脚名
    *【FUNC】                   管脚功能                 功能序号-1
    *【gpio_no】                I0端口序号                GPI0 ID PIN (10端口序号)
    *
    *********************************************************************************************/
  while(1)
  {
	   system_soft_wdt_feed();
	   LED=!LED;
	   delayms(500);
	   os_printf("\n\rhello,孙韶辉");
	   GPIO_OUTPUT_SET(GPIO_ID_PIN(4), LED);
  }

}

补充理解：经测试，【gpio_no】可直接写GPIO口的序列号 4可以运行，不一定要用官方的宏定义，太麻烦
在这里插入图片描述

3.设置管脚为输入模式（读引脚状态）

1:思路

设置管脚功能属性是IO口还是其他

设置管脚输入输出宏输出输入或关闭

设置IO口为上拉或下拉

while循环

喂狗函数

判断读取端口状态函数

执行函数

循环

2：函数库各函数官方解释

设置管脚功能属性是IO口还是其他
设置管脚输入输出宏输出输入或关闭
设置IO口为上拉或者下拉
喂狗函数
获取IO口状态
执行函数

LED点亮

3.实例

user_init(void)
{
	//u8 LED=1;
	uart_init(115200,115200);//串口0，串口1
    os_delay_us(1000);
	os_printf("\n\r----------------------");
	os_printf("\n\rHello,Wolrd");
	os_printf("\n\rSDK version: %s \n", system_get_sdk_version());
    os_printf("\r------------------------\n\r");
   //管脚功能选择(注意:参数1 【PINNAME】管脚名、参数2 【FUNC】管脚功能)
    PIN_FUNC_SELECT(PERIPHS_IO_MUX_GPIO4_U ,0);  //将GPIO4设置为IO口
    //将相应管脚设为输出模式,并输出对应电平(参数1 【gpio_no】、参数2:输出电平)
   // GPIO_OUTPUT_SET(GPIO_ID_PIN(4), 1); //将GPIO4设置为高电平
    PIN_FUNC_SELECT(PERIPHS_IO_MUX_GPIO0_U,0);//将GPIO0设置为IO口
    GPIO_OUTPUT_SET(GPIO_ID_PIN(0), 1); //将IO口设置为高电平，
    PIN_PULLUP_DIS(PERIPHS_IO_MUX_GPIO0_U);//设置IO0使能，禁止上拉
   // PIN_PULLUP_EN(PERIPHS_IO_MUX_GPIO0_U);//设置IO使能，打开上拉
   /*******************************************************************************************
    * 注意: 【PIN NAME】【FUNC】【gpio_no】不要混淆
    *【PIN NAME】                管脚名称                "PERIPHS_IO_MUX" + "管脚名
    *【FUNC】                       管脚功能                 功能序号-1
    *【gpio_no】                I0端口序号                GPI0 ID PIN (IO端口序号)
    *
    *********************************************************************************************/
  
    
  while(1)
  {
	   system_soft_wdt_feed(); //喂狗函数
	  // LED=!LED;
	   if(  GPIO_INPUT_GET(4)==0)
	   {
		   os_printf("\n\rhello,孙韶辉");
		   GPIO_OUTPUT_SET(GPIO_ID_PIN(4), 0);//打开LED
	   }
	   else
	   {
		   GPIO_OUTPUT_SET(GPIO_ID_PIN(4),1);//关闭LED
	   }

  }

}