ESP32

Материал из Википедии — свободной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
ESP32

ESP32 — серия недорогих микроконтроллеров с низким энергопотреблением. Представляют собой систему на кристалле с интегрированным Wi-Fi и Bluetooth контроллерами и антеннами. В серии ESP32 используется микроконтроллерное ядро Tensilica Xtensa LX6 в вариантах с двумя и одним ядром. В систему интегрирован радиочастотный тракт: симметрирующий трансформатор, встроенные антенные коммутаторы, радиочастотные компоненты, малошумящий усилитель, усилитель мощности, фильтры и модули управления питанием. ESP32 создан и разработан компанией Espressif Systems, китайской компанией, расположенной в Шанхае, а производится компанией TSMC по техпроцессу 40 нм. Серия является преемником микроконтроллеров ESP8266.

Особенности[править | править код]

Функциональная блок-схема ESP32.

ESP32 включают в себя:[1]

  • Микроконтроллер и управление
    • Tensilica Xtensa LX6 двухъядерный (или одноядерный) 32-разрядный процессор, с тактовой частотой 160 или 240 МГц и производительностью до 600 DMIPS (Dhrystone MIPS)
    • Сопроцессор с ультранизким энергопотреблением
  • Память: 520 КБ памяти SRAM
  • Беспроводная связь:
  • Периферийные интерфейсы:
  • Безопасность:
  • Управление питанием:
    • Линейный регулятор с низким уровнем падения напряжения
    • Индивидуальнное питание для RTC
    • потребление 5-2,5 мкА в режиме «глубокий сон»
    • Пробуждение по прерыванию от GPIO, таймера, измерению АЦП, прерыванию емкостного сенсорного датчика
    • Рабочее напряжение от 2,2 в до 3,6 В
    • От −40 °C до + 125 °C рабочая температура
    • Максимальная скорость передачи данных 150 Мбит/с при 11n HT40, 72 Мбит/с при 11n HT20, 54 Мбит/с @ 11g, и 11 Мбит/с при 11b
    • Максимальная мощность передачи 19,5 дБм @ 11b, 16,5 дБм @ 11 г, 15,5 дБм @ 11n
    • Минимальная чувствительность приемника-98 дБм
    • Устойчивая пропускная способность UDP 135 Мбит/с


Wi-fi
802.11 n (2.4 GHz), up to 150 Mbps
802.11 e: QoS for wireless multimedia technology
WMM-PS, UAPSD
A-MPDU and A-MSDU aggregation
Block ACK
Fragmentation and defragmentation
Automatic Beacon monitoring/scanning
802.11 i security features: pre-authentication and TSN
Wi-Fi Protected Access (WPA)/WPA2/WPA2-Enterprise/Wi-Fi Protected Setup (WPS)
Infrastructure BSS Station mode/SoftAP mode
Wi-Fi Direct (P2P), P2P Discovery, P2P Group Owner mode and P2P Power Management
UMA compliant and certified
Antenna diversity and selection
Compliant with Bluetooth v4.2 BR/EDR and BLE specification
Bluetooth
Class-1, class-2 and class-3 transmitter without external power amplifier
Enhanced power control
+10 dBm transmitting power
NZIF receiver with −98 dBm sensitivity
Adaptive Frequency Hopping (AFH)
Standard HCI based on SDIO/SPI/UART
High speed UART HCI, up to 4 Mbps
BT 4.2 controller and host stack
Service Discover Protocol (SDP)
General Access Profile (GAP)
Security Manage Protocol (SMP)
Bluetooth Low Energy (BLE)
ATT/GATT
HID
All GATT-based profile supported
SPP-Like GATT-based profile
BLE Beacon
A2DP/AVRCP/SPP, HSP/HFP, RFCOMM
CVSD and SBC for audio codec
Bluetooth Piconet and Scatternet


ESP32 vs ESP8266:

ESP32 ESP8266
Ethernet MAC Interface Не поддерживается
GPIOs für 10 Touch-Sensoren Не поддерживается
Temperatur-Sensor (on-chip) Не поддерживается
Remote-Controller-Funktionalität Не поддерживается
Hall-Sensor Не поддерживается
Digital-to-Analog Converter (DAC) Не поддерживается
CAN 2.0 Не поддерживается
Аналогово-Цифровой Преобразователь (АЦП): 16 Каналов с 12-Бит

SAR-ADC с малошумящим усилителем (Low-Noise Amplifier, LNA)

10-bit АЦП, без LNA
2 I2C-Интерфейс 1 I2C-Интерфейс
16 каналов для ШИМ (до 78 кГц при 10-битной точности) 8 каналов для ШИМ (до 1кГц)
GPIOs (General-Purpose Input/Output, интерфейс ввода/вывода общего назначения): 36 GPIOs: 17
4 SPI-Интерфейса с Quad-SPI и максимальной частотой 80 MHz 3 SPI-Интерфейса с Quad-SPI и максимальной частотой 80 MHz


Корпус планарный (QFN)[править | править код]

ESP32 размещается в планарном корпусе (QFN) с 49 контактами различного размера. В частности, 48 контактов по периметру и один большой тепловой контакт (масса) посредине.

Версии[править | править код]

SoC ESP32 выпускается в планарном корпусе QFN размерами 6×6 мм либо 5×5 мм.

Модель Количество ядер Встроенная флеш-память, МБ Размер микросхемы Описание
ESP31B 2 0 6×6 мм Предрелизный SoC для бета-тестов; снят с производства
ESP32-D0WDQ6 2 0 6×6 мм Первая версия чипа ESP32
ESP32‑D0WD 2 0 5×5 мм Чип с уменьшенным корпусом, аналог ESP32-D0WDQ6
ESP32‑D2WD 2 2 5×5 мм Вариант с 2 МБ (16 Мбит) встроенной флеш-памяти
ESP32‑S0WD 1 0 5×5 мм Вариант с одним ядром

ESP32-D0WDQ6 содержит два малой мощности Xtensa® 32-бит LX6 микропроцессоров. Внутренняя память включает:

  • 448 КБ ПЗУ для загрузки и основных функций.
  • 520 Кб (8 КБ RTC быстрая память в комплекте) on-chip SRAM для данных и инструкций.
  • 8 КБ SRAM в RTC, который называется RTC быстрой памяти и хранения данных используется для; это для доступа к нему со стороны Главный процессор во время загрузки RTC из режима глубокого сна.
  • 8 КБ SRAM в RTC, который называется медленной памятью RTC и может быть доступен со-процессором во время режима глубокого сна.
  • 1 кбит eFuse, из которых 256 бит используются для системы (MAC-адрес и конфигурация чипа) и остальные 768 бит зарезервированы для клиентских приложений, включая шифрование флэш-памяти и идентификатор чипа.

[Внешняя FLASH и SRAM]

ESP32 поддерживает до четырех 16-мб внешней flash QSPI и SRAM с аппаратным шифрованием на основе AES to Защита программ и данных разработчиков.

ESP32 может получить доступ к внешней flash QSPI и SRAM через скоростные каналы.

  • До 16 Мб внешней флэш-памяти сопоставлены с кодовым пространством ЦП, поддерживающим 8, 16 и 32-бит доступа. Поддерживается выполнение кода.
  • До 8 Мб внешней flash/SRAM карты памяти на ЦП пространства данных, поддержка 8, 16 и3 2-бит доступа. Чтение данных поддерживается на флэш-памяти и SRAM. Запись данных поддерживается на SRAM.
  • ESP32-WROVER интегрирует 4-16 Мб внешней SPI flash. 4-мб SPI flash может быть карта памяти на процессор пространство, поддерживающие 8, 16 и 32 бит доступа. Поддерживается выполнение кода.
  • В дополнение к 4-16 МБ SPI flash, ESP32-WROVER также интегрирует 4-8 Мб PSRAM для большего пространства памяти.

[Кварцевые генераторы]

  • Микропрограмма ESP32 Wi-Fi/BT может поддерживать только кварцевый генератор 40 МГц.

[RTC и управление низким потреблением]

С использованием современных технологий управления питанием ESP32 может переключаться между различными режимами питания (См. таблицу ниже).

[Мощность режимы/Power modes]

  • Active mode / Активный режим: чип радио включен. Чип может получать, передавать или слушать.
  • Modem-sleep mode / Режим сна модема: ЦП работает и часы настраиваются. Базовая полоса Wi-Fi/BluetoothИ радио отключено.
  • Light-sleep mode / Режим сна: ЦП приостановлен. Память RTC и периферийные устройства RTC, а также ULPСопроцессор работает. Все события пробуждения (MAC, хост, таймер RTC или внешние прерывания) будут пробуждать до chip.
  • Deep-sleep mode / Режим глубокого сна: Только память RTC и периферийные устройства RTC включены. Wi-Fi и Bluetooth данные соединения хранятся в памяти RTC. Сопроцессор ULP может работать.
  • Hibernation mode / Режим гибернации: внутренний 8 МГц осциллятор и co-процессор ULP отключены. RTC восстановления памяти выключена. Только один таймер RTC на медленных часах и некоторые GPIOs RTC активны. Таймер RTC или GPIOs RTC могут разбудить чип в режиме спячки.

[Сон/Sleep Patterns]

  • Association sleep pattern / Шаблон Association sleep: режим питания переключается между активным режимом, модемом и LightsleepРежим во время этого сна CPU, Wi-Fi, Bluetooth и радио просыпаются на заранее определенном Интервалы для сохранения соединения Wi-Fi/BT живыми.
  • ULP sensor-monitored pattern / ULP датчик-контролируемый шаблоном: Главный процессор находится в режиме глубокого сна. Комбинированный процессор ULPИзмерение датчиков и Пробуждение основной системы на основе данных, собранных с датчиков.
Режимами питания при сне
Power mod Active Modem-sleep Light-sleep Deep-sleep Hibernation
Sleep pattern Association sleep pattern ULP sensor-monitored pattern -
CPU ON ON PAUSE OFF OFF
Wi-Fi/BT baseband and radio ON OFF OFF OFF OFF
RTC memory and RTC peripherals ON ON ON ON OFF
ULP co-processor ON ON ON ON/OFF OFF

Модули[править | править код]

Модуль ESP32-PICO-D4 системы в корпусе (system-in-a-package) сочетает в себе микросхему ESP32, кварцевый генератор, микросхему флэш-памяти, фильтрующие конденсаторы и радиочастотные контакты. Применяется корпус QFN размером 7×7 мм.

Модель Количество ядер Встроенная флеш-память, МБ Размер модуля Описание
ESP32-PICO-D4 2 4 7×7 mm2 Includes ESP32 chip, crystal oscillator, flash memory, filter capacitors, and RF matching links.[3]


Печатные платы[править | править код]

Модульные SMT платы[править | править код]

Модули SMT платы на основе ESP32 содержат ESP32 SoC и предназначены для легкого интегрирования в другие платы. Измеряемые инвертированные F-антенные конструкции используются для трассировки антенны PCB на модулях, перечисленных ниже. Кроме флэш-памяти, некоторые модули включают псевдостатическую оперативную память (pSRAM).

Производитель Название Антенна Флеш-память, МБ pSRAM, МБ Описание
Espressif ESP-WROOM-03 PCB trace 4 0 Не производится, для бета-тестов.[4][5][6][7][8] FCC Part 15.247 tested (FCC ID: 2AC7Z-ESP32).[9]
ESP32-WROOM-32 PCB trace 4 0 Первый публичный вариант модуля от Espressif.[10] FCC Part 15.247 tested (FCC ID: 2AC7Z-ESPWROOM32).[11] Based on ESP32-D0WDQ6 chip. Originally named «ESP32-WROOM-32».
ESP32-WROOM-32D PCB trace 4 0 Обновление ESP-WROOM-32 с применением чипа ESP32-D0WD вместо ESP32-D0WDQ6.[12] Изначально «ESP-WROOM-32D».
ESP32-SOLO-1 PCB trace 4 0 Аналог ESP32-WROOM-32D с одноядерным ESP32-S0WD вместо ESP32-D0WD с 2 ядрами
ESP32-WROOM-32U U.FL socket 4 0 Альтернатива ESP-WROOM-32D с коннектором U.FL для подключения внешней антенны.[12]
ESP32-WROVER PCB trace 4 4 Модуль ESP32 с 4 МБ pSRAM памяти от Espressif. Имеет сертификацию «FCC part 15.247» (FCC ID 2AC7Z-ESP32WROVER). Использует 40 МГц кварцевый генератор, не использует U.FL разъём. Построен на микросхеме ESP32-D0WDQ6.
ESP32-WROVER-I U.FL socket, PCB trace 4 4 Вариант ESP32-WROVER с U.FL разъёмом. Антенна на печатной плате (PCB trace) выполнена, но не подключена по умолчанию.
ESP32-WROVER-B PCB trace 4 8 Вариант ESP32-WROVER на 8 МБ pSRAM вместо 4 и ESP32-D0WD (вместо ESP32-D0WDQ6). FCC part 15.247 (FCC ID 2AC7Z-ESP32WROVERB). Без U.FL. (Есть опция с флеш-памятью на 8 или 16 МБ)
ESP32-WROVER-IB U.FL socket, PCB trace 4 8 Вариант ESP32-WROVER-B с U.FL
Banana pi BPI:bit PCB trace 4 0 Аналог ESP-WROOM-32 от banana pi.
BPI-UNO32 U.FL socket, PCB trace 4 4 Аналог ESP32-WROVER от banana pi, совместимость с arduino
Ai-Thinker ESP32-S PCB trace 4 0 Вариант от Ai-Thinker, сходный с ESP-WROOM-32[13]
ESP32-A1S U.FL socket, PCB trace 4 4 Аналог ESP32-WROVER от Ai-Thinker
AnalogLamb ESP-32S-ALB PCB trace 4 0 Копия ESP-32S (совместим с ESP-WROOM-32).[14]
ALB-WROOM PCB trace 16 0 Вариант ESP-32S-ALB на 16 МБ флеш-памяти.[14]
ALB32-WROVER PCB trace 4 4 ESP32 модуль с 4 МБ pSRAM в размерах ESP-WROOM-32.[15]
DFRobot ESP-WROOM-32 PCB trace 4 0 Аналог ESP-WROOM-32 без FCC сертификата, применяет 26 МГц или 32 кГц генератор.[16]
eBox & Widora ESP32-Bit Ceramic, U.FL socket 4 0 Керамическая антенна и U.FL.
Goouuu Tech ESP-32F PCB trace 4 0 Аналог ESP-WROOM-32, есть FCC проверка (ID 2AM77-ESP-32F).
IntoRobot W32 PCB trace 4 0 Сходный с ESP-WROOM-32 модуль с иной цоколевкой контактов.[17]
W33 Ceramic, U.FL socket 4 0 Аналог IntoRobot W32 с другим антенным хозяйством
ITEAD PSH-C32 PCB trace 1[18] 0 Модуль с небольшим размером флеш-памяти и нестандартным размером.[19]
Pycom[20] W01 (Not included.) 8 4 OEM-вариант WiPy 2.0. Реализует Wi-Fi и Bluetooth. FCC ID 2AJMTWIPY01R.
L01 (Not included.) 8 4 OEM-вариант LoPy. Реализует Wi-Fi, Bluetooth и LoRa. FCC ID 2AJMTLOPY01R.
L04 (Not included.) 8 4 OEM-вариант LoPy4. Реализует Wi-Fi, Bluetooth, LoRa и Sigfox.
S01 (Not included.) 8 4 Снят с производства. Вариант SiPy с Wi-Fi, Bluetooth, Sigfox (14 dBm и 22 dBm).
G01 (Not included.) 8 4 OEM-вариант GPy. Содержит модуль сотовой связи LTE-CAT M1/NB1, Wi-Fi и Bluetooth.
u-blox NINA-W131 (Not included.) 2 0 Серия u-blox NINA-W13.[21]
NINA-W132 PIFA 2 0 Серия u-blox NINA-W13.[21] Встроенная антенна — Planar implementation[en] (PIFA) — выполнена из гнутого листового металла с фигурным вырезом, а не в виде дорожки на печатной плате (PCB trace).

Платы для разработки и другие платы[править | править код]

Платы для разработки имеют расширенную коммутацию и функциональность, обычно построены на базе плат с ESP32 и облегчают их использование для разработки (и особенно для макетирования).

Программирование[править | править код]

Языки программирования, платформы и среды, используемые для программирования ESP32:

  • Arduino IDE с ESP32 Arduino Core
  • Espressif IoT Development Framework — Официальная Espressif разработка для ESP32.
  • Espruino — JavaScript SDK, эмулятор Node.js.
  • Lua RTOS.
  • Mongoose OS[en][1] — Операционная система для носимой электроники, рекомендована Espressif Systems,[22] AWS IoT,[23] and Google Cloud IoT.[24]
  • mruby[en] для ESP32
  • PlatformIO Ecosystem и IDE
  • Pymakr IDE — IDE предназначен для использования с устройствами Pycom;
  • Simba Embedded Programming Platform
  • Whitecat Ecosystem Blockly основана на Web IDE
  • MicroPython
  • Zerynth — Python для IoT и микроконтроллеров, включая ESP32.
  • OWLOS — сетевая операционная система с открытым исходным кодом для управления IoT устройствами.

Использование[править | править код]

Коммерческое и промышленное использование ESP32:

Использование в коммерческих устройствах[править | править код]

  • Светодиодный браслет IoT группы Alibaba, который использовался участниками ежегодного сбора в 2017 году. Каждый браслет работает как пиксель, принимающей команды для координированного управления светодиодным светом. Это позволяет формировать «живой беспроводной экран».[25]
  • DingTalk’s M1 — биометрическая система отслеживания посещаемости.[26]
  • LIFX Mini — серия дистанционно управляемых светодиодных ламп.[27]
  • Pium — домашний аромат и ароматерапия.[28]

Промышленные устройства[править | править код]

  • TECHBASE’s Moduino X серий X1 и X2 модули ESP32-WROVER для индустриальной автоматизации и мониторинга, поддерживается цифровой и аналоговый ввод-вывод и различные сетевые интерфейсы.[29]

Примечания[править | править код]

  1. ESP32 Datasheet. Espressif Systems (6 марта 2017). Дата обращения: 14 марта 2017.
  2. Espressif Systems. ESP32 Series Datasheet. Espressif Systems 53. — «Deleted content about temperature sensor;».
  3. Espressif Systems. ESP32-PICO-D4 Datasheet (21 августа 2017). Дата обращения: 21 июля 2017.
  4. Jim Lindblom. Enginursday: First Impressions of the ESP32. Sparkfun Electronics (21 января 2016). Дата обращения: 1 сентября 2016.
  5. Playing With New ESP32 Beta Module. Adafruit Industries. Проверено 2 сентября 2016.
  6. Martin Harizanov. ESP32 (18 декабря 2015). Дата обращения: 2 сентября 2016.
  7. Brian Benchoff. The ESP32 Beta Units Arrive, Hackaday (23 декабря 2015). Дата обращения 2 сентября 2016.
  8. Markus Ulsass. ESP32 beta module HiRes pictures (25 декабря 2015). Дата обращения 2 сентября 2016.
  9. FCC Part 15.247 Test Report for Espressif Systems (Shanghai) Pte. Ltd.. Bay Area Compliance Laboratories Corp. (17 февраля 2016). Дата обращения: 2 сентября 2016.
  10. ESP-WROOM-32 Datasheet (недоступная ссылка). Espressif Systems (22 августа 2016). Дата обращения: 2 сентября 2016. Архивировано 13 сентября 2016 года.
  11. FCC Part 15.247 Test Report for Espressif Systems (Shanghai) Pte. Ltd.. Bay Area Compliance Laboratories Corp. (10 ноября 2016). Дата обращения: 15 декабря 2016.
  12. 1 2 ESP-WROOM-32D/ESP32-WROOM-32U Datasheet (недоступная ссылка). Espressif Systems. Дата обращения: 28 ноября 2017. Архивировано 3 декабря 2017 года.
  13. Baoshi. Ai-Thinker ESP-32S Decap Photos (11 октября 2016). Дата обращения: 22 октября 2016.
  14. 1 2 ESP-32S-ALB/ALB-WROOM (недоступная ссылка). AnalogLamb. Дата обращения: 2 октября 2018. Архивировано 20 июля 2017 года.
  15. ESP32-WROVER – ESP32 Module with 32Mb Flash and 32Mb PSRAM (недоступная ссылка). AnalogLamb. Дата обращения: 2 октября 2018. Архивировано 12 апреля 2019 года.
  16. (SKU:TEL0111)ESP32 WiFi&Bluetooth Module/ESP-WROOM-32. DFRobot.
  17. 硬件功能 (Hardware Function) (недоступная ссылка). IntoRobot. Дата обращения: 2 октября 2018. Архивировано 30 мая 2018 года.
  18. ITEAD. PSH-C32 Schematic (15 февраля 2017). Дата обращения: 23 февраля 2017.
  19. ITEAD. PSH-C32. Дата обращения: 23 февраля 2017.
  20. Pycom. Pycom OEM Products. Дата обращения: 14 марта 2017.
  21. 1 2 NINA-W13 series. u-blox.
  22. Third-Party Platforms That Support Espressif Hardware. Espressif Systems. Дата обращения: 20 октября 2017.
  23. Tim Mattison. AWS IoT on Mongoose OS, Part 1 (13 апреля 2017).
  24. Google Cloud IoT Partners. Google. Дата обращения: 20 октября 2017.
  25. Alibaba's IoT Wrist Bands Based on ESP32 (недоступная ссылка). Espressif Systems (30 сентября 2017). Дата обращения: 3 октября 2018. Архивировано 5 января 2018 года.
  26. DingTalk's New Biometric Attendance Monitor Based on ESP32. Espressif Systems (2 июня 2017).
  27. ESP32net. FCC internal photos exhibit for the LIFX Mini Wi-Fi LED light ( FCC ID 2AA53-MINI) show inclusion of ESP32 .... [твит]. Твиттер (7 ноября 2017).
  28. New ESP32-based Aromatherapy Device. Espressif Systems (31 июля 2017).
  29. Moduino X Series - Industrial IoT module based on ESP32. TECHBASE Group.

Ссылки[править | править код]