树莓派安装ESP8266_SDK开发环境

陈拓 [email protected] 2020/02/19-2020/03/31

1. 概述

ESP8266的开发工具是在linux系统下运行的，树莓派的官方操作系统是Linux系统。如果你手头刚好有一块树莓派，就可以用它进行ESP8266的开发。下面我们在树莓派3B+上安装ESP8266的开发环境。所用的树莓派安装官方操作系统版本是：
2019-09-26-raspbian-buster-lite.img。树莓派的存储用16G的TF卡。

电脑通过Putty连接树莓派，看看树莓派操作系统系统版本：

有关putty的使用，见参考文档《电脑连接树莓派3B+》

https://blog.csdn.net/chentuo2000/article/details/103332186

看到第3节，网线访问树莓派3B+就可以了，不用WiFi连接，网线连接可靠性好。

1.1 ESP8266开发工具的分类

在官方文档《ESP8266 SDK入门指南》中有关于开ESP8266发工具的分类。

https://www.espressif.com/sites/default/files/documentation/2a-esp8266-sdk_getting_started_guide_cn.pdf

乐鑫SDK官方开发工具下载网址：

https://www.espressif.com/en/support/download/sdks-demos

我们编译的工具链esp-open-sdk默认情况下安装ESP8266_NONOS_SDK-2.1.0，安装完成后我们将安装最新版本的ESP8266_NONOS_SDK-3.0.x。如果你有需要也可以再安装ESP8266_RTOS_SDK。多个SDK可以同时存在。

1.2 官方关于ESP8266_NONOS_SDK的说明

https://github.com/espressif/ESP8266_NONOS_SDK

README.md

1.3 其他说明

• 为什么不安装ESP-IDF

乐鑫最新的开发环境是ESP-IDF (Espressif IoT Development Framework)

见乐鑫的官方文档：https://docs.espressif.com/projects/esp-idf/zh_CN/latest/esp32/get-started/index.html

但是在树莓派上安装ESP-IDF，编译时会出现错误：

Error: selected processor does not support 'mls r1,r4,r8,r11' in ARM mode

所选择的处理器在ARM模式中不支持'mls r1,r4,r8,r11'

这是树莓派操作系统本身的问题，可以看看下面链接的一篇文章：

http://silicone.homelinux.org/2017/03/05/raspberry-pi-3-as-desktop-computer/

• 下载安装问题

由于网络问题，工具链和相关依赖包的下载非常困难，常规安装很难完成。因此我们将更换apt的源，并且将github上的一些仓库克隆到gitee上，以加快下载速度。你也可以通过代理下载。

• 电脑配置要求

我用的电脑操作系统是32位版的win7，这应该是目前电脑的最低配置了。

2. 更新apt源

• 更新apt 源：sudo apt-get update

树莓派的官网连接问题，常用的解决方法就是换源。

• 更换apt源

需要修改的地方有两处:

/etc/apt/sources.list

/etc/apt/sources.list.d/raspi.list

查看系统版本：lsb_release -a

1. 修改 /etc/apt/sources.list

下面我们要经常使用Linux的命令行文本编辑器nano，如果不熟悉先上网学学。

sudo nano /etc/apt/sources.list

在下面的语句前面加#注释掉这行：

#deb http://raspbian.raspberrypi.org/raspbian/ buster main contrib non-free rpi

据说阿里源比较快，我们就用阿里源：
deb http://mirrors.aliyun.com/raspbian/raspbian/ buster main contrib non-free rpi

• 修改/etc/apt/sources.list.d/raspi.list

sudo nano /etc/apt/sources.list.d/raspi.list

在下面的语句前面加#注释掉这行：

#deb http://archive.raspberrypi.org/debian/ buster main

在这里可以添加阿里的源：

deb http://mirrors.aliyun.com/archive.raspberrypi.org/debian/ buster main ui

但经过测试，阿里源同步的不及时，所以我这里用科大源

deb http://mirrors.ustc.edu.cn/archive.raspberrypi.org/debian/ buster main ui

• 更新apt 源

sudo apt-get update

完成。

3. 编译工具链xtensa-lx106-elf

因为ESP8266功能太弱，不足以支持开发工作，所以需要在其他平台上进行开发。现在我们就要在树莓派上将ESP8266的程序代码编译链接成ESP8266可执行的文件，再将编译好的文件烧写到ESP8266上运行，这个过程就是交叉编译，交叉编译所需的软件工具叫做工具链toolchain。

我们需要的工具链是一个lx106编译器，可以为各种以lx106为内核的器件开发程序，也包括ESP8266。

因为树莓派资源也有限，还有前面说过的树莓派操作系统本身的问题，我们没有采用乐鑫最新的编程架构ESP-IDF。而使用较老的ESP8266开发工具esp-open-sdk为树莓派编译一个工具链xtensa-lx106-elf。

安装编译工具链的说明见：
https://gitee.com/chentuo2000/esp-open-sdk/README.md

3.1 安装依赖项

• 安装gcc g++库

sudo apt-get install make unrar-free autoconf automake libtool gcc g++ gperf \
    flex bison texinfo gawk ncurses-dev libexpat-dev python-dev python python-serial \
sed git unzip bash help2man wget bzip2

……

• 安装libtool-bin

sudo apt-get install libtool-bin

3.2 克隆下载esp-open-sdk源码

• 创建并进入下载安装工具链目录

用putty登录树莓派

mkdir -p ~/esp/
cd ~/esp/

• 在码云gitee上克隆esp-open-sdk

可以用git clone命令直接从github上克隆esp-open-sdk：

git clone --recursive https://github.com/pfalcon/esp-open-sdk.git

由于网络原因，下载速度很慢。

我们先在码云gitee上克隆一个esp-open-sdk。

再从码云上克隆esp-open-sdk到本地，这样会快很多。

esp-open-sdk还有几个子模块也需要一并克隆到码云上。

看看子模块在哪里：

在esp-open-sdk仓库页面打开文件.gitmodules

其中有4个子模块的下载地址，用这4个下载地址在gitee上克隆它们。

修改url:

这样在在克隆esp-open-sdk的时候带上参数--recursive，子模块也就一并克隆了。

因为要用git克隆下载esp-open-sdk，所以先安装git。

• 安装git

sudo apt-get install git

测试git --version

关于Git的使用可以看《树莓派使用Git》
https://blog.csdn.net/chentuo2000/article/details/104834522

• 从码云克隆esp-open-sdk

git clone --recursive https://gitee.com/chentuo2000/esp-open-sdk.git

查看ls –l

3.3 编译esp-open-sdk

• 先在gitee上克隆ESP8266_NONOS_SDK

从https://github.com/espressif/ESP8266_NONOS_SDK克隆ESP8266_NONOS_SDK到gitee

• 编辑Makefile文件

cd esp-open-sdk/
cp Makefile Makefile.bak
nano Makefile

就是两处github.com/espressif修改成gitee.com/chentuo2000。

• 编译选项

README.md文件中有关于make命令的说明，我们用默认编译命令make。

• 编译

make

错误信息：error: could not find bash >= 3.1

• 修改configure.ac

要求bash的版本 >= 3.1，查看当前的bash版本bash --version

5.0.3 > 3.1，满足条件。

解决方法(https://github.com/pfalcon/esp-open-sdk/issues/365)：

修改/home/pi/esp/esp-open-sdk/crosstool-NG/configure.ac

nano /home/pi/esp/esp-open-sdk/crosstool-NG/configure.ac

找到行|$EGREP '^GNU bash, version (3\.[1-9]|4)')

改成：|$EGREP '^GNU bash, version ([0-9\.]+)')

保存，退出。

• 继续编译make

出现错误：

查看日志cat ./crosstool-NG/build.log

看日志中的这一句：

Not at this location: https://ftp.gnu.org/gnu/gmp/gmp-6.0.0a

• 手工下载gcc的依赖库gmp-6.0.0a

先看看GMP的官网https://gmplib.org。

查看gmp的全部版本

https://gmplib.org/download/gmp/

在列表中找到gmp-6.0.0a.tar.xz

右击gmp-6.0.0a.tar.xz复制链接地址，下载：

wget https://gmplib.org/download/gmp/gmp-6.0.0a.tar.xz

下载完成：

如果下载中断，可以多试几次，或者找它的镜像网站，或者通过代理。

看看错误信息，找出下载的资源包放在什么目录中。

Build failed in step 'Retrieving needed toolchain components' tarballs'

查找tarballs（源压缩文档）目录的位置find . -name "tarballs"

所有下载的资源包都放在这里。

将gmp-6.0.0a.tar.xz复制到./crosstool-NG/.build/tarballs目录中：

cp gmp-6.0.0a.tar.xz ./crosstool-NG/.build/tarballs

• 继续编译make

你会遇到11个要下载的资源包，仿照上面的方法都下载下来放在./crosstool-NG/.build/tarballs目录中。

列表看看ls -l ./crosstool-NG/.build/tarballs

现在一切都准备好了，正式开始编译，大约2个小时。

继续make

完成编译！

编译成功后会在esp-open-sdk文件夹出现xtensa-lx106-elf、esptool和  ESP8266_NONOS_SDK三个文件夹，分别是编译器、烧录工具和ESP8266的非操作系统开发工具NONOS_SDK。

SDK的目录名字ESP8266_NONOS_SDK-2.1.0-18-g61248df太长了，用起来很麻烦，所以你看到有一个软链接sdk代替了那个很长的名字。

3.4 使用工具链

完成工具链构建后，带有Xtensa HAL库的工具链，也就是交叉编译器位于

/home/pi/esp/esp-open-sdk/xtensa-lx106-elf

子目录中。

将xtensa-lx106-elf/bin/子目录添加到PATH 环境变量以运行xtensa-lx106-elf-gcc和其他工具。在构建过程结束时，crosstool-NG将根据你的环境给出正确的PATH设置命令。上图中工具链构建结束时提示，我的环境变量这样设置：

export PATH=/home/pi/esp/esp-open-sdk/xtensa-lx106-elf/bin:$PATH

这个命令每次开机都要重新设置，很麻烦，下面我们将环境变量写到.bashrc中，这样每次开机时环境变量就自动设置了。

• 设置环境变量

回到家目录，就是我们登录的目录

cd ~

查看当前环境变量echo $PATH

看看有没有文件.bashrc

编辑这个文件nano ~/.bashrc

将

export PATH=/home/pi/esp/esp-open-sdk/xtensa-lx106-elf/bin:$PATH

添加到最后一行。

重新启动树莓派sudo reboot，重新登录树莓派，再查看环境变量echo $PATH

工具链的路径已经在里面了。

• 运行xtensa-lx106-elf-gcc -v来验证安装

OK!

3.5 升级SDK

上面的安装过程中安装的SDK版本是ESP8266_NONOS_SDK-2.1.0-18-g61248df，

现在我们安装最新的ESP8266_NONOS_SDK。

• 克隆ESP8266_NONOS_SDK

cd ~/esp

git clone https://gitee.com/chentuo2000/ESP8266_NONOS_SDK.git

• 看安装位置：

• 安装tree命令，查看目录树（可以在任何目录位置安装）

1) wget http://mama.indstate.edu/users/ice/tree/src/tree-1.7.0.tgz

2) tar zxvf tree-1.7.0.tgz

3) cd tree-1.7.0

4) make

5) make install

6) 查看目录结构tree -L 1

4. 树莓派串口连接ESP8266

我们用ESP8266-01/ESP8266-01S模块为例与树莓派串口进行连接。

4.1 树莓派串口硬件设置

树莓派的串口需要设置才能使用。

看看默认情况下设备文件和串口的映射关系：ls -l /dev

我们需要的映射关系是这样的：

有关串口的设置请看文章《树莓派串口的使用》
https://blog.csdn.net/chentuo2000/article/details/104711494

设置好的串口对应的引脚是Pin8(TXD, GPIO14)和Pin10(RXD, GPIO15)。

4.2 串口工具软件Minicom的安装和使用

乐鑫官方文档建议使用Minicom作为串口调试工具。

• 安装串口工具Minicom

sudo apt-get install minicom

查看版本：

• 执行以下命令在minicom中对串口进行配置

sudo minicom -s

在弹出的菜单中选择“Serial port setup”，将默认设置

改成：

回车：

保存Save setup as df1，退出Exit from Minicom。

常用命令：

Ctrl+A W：当显示的内容超过一行之后自动换行

Ctrl+A X：退出minicom

4.3 ESP8266-01参数

4.4 树莓派3B+和ESP8266-01的引脚图

    

4.5 ESP8266-01的引脚说明

4.6 树莓派3B+和ESP8266-1的连接

1. 正常运行程序时的连接

树莓派3B+	3.3V	Pin1	Pin5	VCC	ESP-01
3.3V	Pin17	Pin7	CH_PD
TXD	Pin8	Pin4	RXD
RXD	Pin10	Pin8	TXD
GND	Pin9	Pin1	GND

用杜邦线按照表中的对应关系连接树莓派和ESP8266-01。

如果使用的是ESP8266-01S模块CH-PD可以不接。

两者的外观区别是：ESP8266-01S天线区域右下角只有一个指示灯，ESP8266-01天线区域右下角有两个指示灯。另外ESP8266-01上有个LED在工作时一直亮着，这对于要求低功耗的场合很不利。

在烧写程序时模块上的GPIO0需要接低电平（默认为高电平）。

4.7 ESP8266-01 AT命令测试

ESP8266-01模块自带AT命令支持，用minicom可以测试。

• minicom

• 插拔VCC重新启动模块

• 树莓派用minicom发送AT指令说明

AT 指令是一行一行发送给设备的，每一行以 \r\n 结尾，而我们在电脑上敲的回车键通过putty传到树莓派上只有 \n没有 \r。所以AT命令的结束不能用回车键，要用组合键Ctrl+M和Ctrl+J。

对应关系：

\r  -  Ctrl+M

\n  -  Ctrl+J

例如发送查看固件版本指令AT+GMR是这样的：

AT+GMR Ctrl+M Ctrl+J

看测试是否正常，以检测模块的好坏，连线是否正确。

5. 编译一个项目

乐鑫官方文档：

• ESP8266 SDK入门指南

https://www.espressif.com/sites/default/files/documentation/2a-esp8266-sdk_getting_started_guide_cn.pdf

• ESP8266 Non-OS SDK API参考

https://www.espressif.com/sites/default/files/documentation/2c-esp8266_non_os_sdk_api_reference_cn.pdf

5.1 官方编程规范

 

5.2 编译第一个ESP8266程序

• 查看ESP8266_NONOS_SDK目录

查看ESP8266_NONOS_SDK/examples子目录

 

在examples目录中有一个esp_mqtt_proj子目录，我们就从这里起步。

• 复制目录

把esp_mqtt_proj目录复制到和examples目录平级，并改名为i_mqtt。

cp -r ./examples/esp_mqtt_proj ./i_mqtt

• 修改代码

进入i_mqtt目录

nano user/user_main.c

找到void user_init(void)函数，保留：

uart_init(BIT_RATE_115200, BIT_RATE_115200);

添加：

os_printf("SDK version:%s\n", system_get_sdk_version());

其他语句都注释掉。

• 编译

运行gen_misc.h并回答5个问题：

./gen_misc.sh

选择5个参数

编译过程开始：

编译结果放在~/esp/ESP8266_NONOS_SDK/bin目录中：

cd ../bin/
ls -l

红框中的4个文件要烧写到ESP8266的Flash中。

• 简化编译过程

每次运行gen_misc.sh都要选择输入比较麻烦，可以根据上面的选择输入写一个文件input.esp-01，其中记录了上面的回答。

nano esp01

存盘退出，下次编译用下面的输入重定向自动输入选项就可以了。

./gen_misc.sh < esp01

6. 烧写ESP8266 Flash

要烧写4个文件。先熟悉一下ESP8266 Flash的布局，再确定每个文件的烧写地址。

6.1 ESP8266 Flash布局

6.2 ESP8266 FM（固件）

ESP8266 HDK就是指ESP8266模块，我们用ESP8266-01。

ESP8266-01的flash 存储器为8Mbit，也就是1MB。

6.3 确定烧写地址

• 查固件地址表blank.bin位于0xfb00和0xfe000
• 查固件地址表esp_init_data_default_v08.bin位于0xfc000
• eagle.flash.bin位于0x00000
• eagle.irom0text.bin位于0x10000

注意，其中除了flash.bin和irom0text.bin每次都需要下载，blank.bin和esp_init_data_default_v08.bin只需要保证flash里面下载过就行了，对应版本的SDK只需要下载一次，并且要对照着上述地址下载。

6.4 烧写flash

• 接线

用1条杜邦线连接ESP8266-01的GPIO0和树莓派引脚Pin6（GND）。

• 烧写flash的工具在这里

/home/pi/esp/esp-open-sdk/esptool/esptool.py，在前面我们已经设置了工具链的环境变量，可以直接使用。

• 查看串口设备

确认前面设置的串口设备

ls -l /dev

serial0 -> ttyAMA0

• 构造烧写命令

1) 第一次烧写命令

esptool.py --port /dev/ttyAMA0 write_flash 0x00000 eagle.flash.bin 0x10000 eagle.irom0text.bin 0xfb000 blank.bin 0xfc000 esp_init_data_default_v08.bin 0xfe000 blank.bin

2) 之后的烧写命令

esptool.py --port /dev/ttyAMA0 write_flash 0x00000 eagle.flash.bin 0x10000 eagle.irom0text.bin

• ESP8266 flash烧写操作流程

1) VCC断电

2) 连接GPIO0和GND

3) VCC上电

4) 执行上面准备好的烧写命令

5) VCC断电

6) 断开GPIO0和GND

7) 运行minicom

注意：开多个putty窗口时，一定要烧写完成后再运行minicom，否则串口被占着，烧写会失败！！！

8） 上电运行程序

OK!

• 制作ESP8266-01烧写转接板

烧写过程挺麻烦的，如果经常烧写可以做一个电路板简化烧写过程。其实在烧写过程中GPIO0和GND的连线不用一直连着，在上电进入烧写模式之后就可以拿掉了，烧写完成后将RST拉低一下模块就进入程序运行模式。这里有一张网上找的电路图可以参考。

在参考文档《ESP8266-01 Programming Breakout Board》中有详细的制作说明。

• 擦除芯片命令

如果模块烧写后运行异常，可以擦除芯片重新烧写。通常直接烧写就可以，不用擦除。

esptool.py --port /dev/ttyAMA0 erase_flash

6.5 程序调试方法

官方给出的程序调试方法：

7. 更多的例子

在ESP8266-01S上面有一个蓝色的LED接GPIO2引脚，我们下面用程序控制这个LED闪烁。

注意：如果使用ESP8266-01需要自己在GPIO2引脚上外接一个LED。

• 修改代码nano user_main.c

1) 添加2个变量

static const int pin = 2;
static volatile os_timer_t some_timer;

2) 添加一个定时函数

void some_timerfunc(void *arg)
{
  //Do blinky stuff
  if (GPIO_REG_READ(GPIO_OUT_ADDRESS) & (1 << pin)) {
    // set gpio low
    gpio_output_set(0, (1 << pin), 0, 0);
  } else {
    // set gpio high
    gpio_output_set((1 << pin), 0, 0, 0);
  }
}

3) 在函数void user_init(void)中添加

    // init gpio subsytem
    gpio_init();
    // configure UART TXD to be GPIO1, set as output
    PIN_FUNC_SELECT(PERIPHS_IO_MUX_U0TXD_U, FUNC_GPIO1);
    gpio_output_set(0, 0, (1 << pin), 0);
    // setup timer (500ms, repeating)
    os_timer_setfn(&some_timer, (os_timer_func_t *)some_timerfunc, NULL);
    os_timer_arm(&some_timer, 500, 1);

• 编译

./gen_misc.sh < esp01

• 烧写

esptool.py --port /dev/ttyAMA0 write_flash 0x00000 eagle.flash.bin 0x10000 eagle.irom0text.bin

• 运行烧写完成后程序自动运行，可以看到led闪烁。

参考文档：

1. 电脑连接树莓派3B+
   https://blog.csdn.net/chentuo2000/article/details/103332186
2. esp8266 SDK开发之环境搭建
   https://www.cnblogs.com/mmmmar/p/6370549.html
3. ESP8266 Community Forum
   https://www.esp8266.com/
4. Prebuilt Windows Toolchain for PowerPC
   https://gnutoolchains.com/powerpc-eabi/
5. How to set up manually the GCC toolchain and SDK
   https://www.esp8266.com/wiki/doku.php?id=toolchain
6. esp8266-wiki
   https://github.com/esp8266/esp8266-wiki/wiki
7. esp-link
   https://github.com/jeelabs/esp-link
8. ESP8266_NONOS_SDK 3.0
   https://github.com/espressif/ESP8266_NONOS_SDK/releases/tag/v3.0
9. ESP8266
   https://fixme.ch/wiki/ESP8266
10. ESP8266-01 Programming Breakout Board
    http://www.martyncurrey.com/esp8266-01-programming-breakout-board/
11. 乐鑫官方文档
    https://www.espressif.com/zh-hans/support/download/documents
12. 树莓派使用Git
    https://blog.csdn.net/chentuo2000/article/details/104834522