ESP32

19.04.2023

ESP32 — серия недорогих микросхем с малым энергопотреблением китайской компании Espressif Systems. Представляют собой систему на кристалле с интегрированным контроллерами радиосвязи Wi-Fi, Bluetooth и Thread. В сериях ESP32 и ESP32-S используются процессорные ядра с архитектурой компании Tensilica, а в сериях ESP32-C и ESP32-H – ядра с открытой архитектурой RISC-V.

В микросхему интегрирован радиочастотный тракт: симметрирующий трансформатор, встроенные антенные коммутаторы, радиочастотные компоненты, малошумящий усилитель, усилитель мощности, фильтры и модули управления питанием. ESP32 создан и разработан компанией, расположенной в Шанхае, а производится компанией TSMC по техпроцессу 40 нм и 28 нм. Серия является преемником микросхем ESP8266.

Особенности

Серии ESP32 и ESP32-S включают в себя:

• 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:
  • Wi-Fi: 802.11 b / g / N
  • Bluetooth: v4.2 BR/EDR and BLE
• Периферийные интерфейсы:
  • 12-разрядный АЦП до 18 каналов
  • 2 × 8 бит ЦАПа
  • 10 × портов для подключения емкостных датчиков (измеряющие ёмкость GPIO)
  • Датчик температуры отсутствует. Информация о нем удалена из спецификации V2.2
  • 4 × SPI мастер-интерфейса (ведущие устройства)
  • 2 × I²S мастер-интерфейса
  • 2 × I²C мастер-интерфейса
  • 3 × UART интерфейса
  • SD/SDIO/CE-ATA/MMC/ eMMC хост-контроллер
  • SDIO/SPI слейв-контроллеры (ведомые устройства)
  • Ethernet MAC interface с выделенным DMA и IEEE 1588 Precision Time Protocol support
  • CAN bus 2.0
  • ИК дистанционное управление (передатчик/приемник, до 8 каналов)
  • Возможность подключения двигателей и светодиодов через ШИМ-выход
  • Датчик Холла
  • Аналоговый предусилитель низкого энергопотребления
• Безопасность:
  • Поддерживаются все функции безопасности стандарта IEEE 802.11, в том числе WFA, WPA/WPA2 и WAPI
  • Безопасная загрузка
  • Шифрование флэш-диска
  • 1024-битный ключ, до 768 бит для клиентов
  • Криптографическое аппаратное ускорение: AES, SHA-2, RSA, криптографии на основе эллиптических кривых (ЕСС), аппаратный генератор случайных чисел при включенном WiFi или Bluetooth, иначе используется генератор псевдослучайных чисел
• 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—3,6 В
  • Рабочая температура от −40 °C до +125 °C
  • 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

ESP32 vs ESP8266:

Корпус планарный (QFN)

ESP32 выпускается в планарном корпусе (QFN) с 48 контактами по периметру и одним большим теплоотводом по центру, выполняющим одновременно функцию сигнальной земли.

Версии

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

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 сопроцессором 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 банков 16-Мб внешней flash QSPI и SRAM с аппаратным шифрованием на основе AES с защитой пользовательский программ и данных.

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.

Модули

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.

Печатные платы

Модульные SMT-платы

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).

ESP32 Espressif ESP-WROOM-32

Платы для разработки и другие платы

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

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[1] — Операционная система для носимой электроники, рекомендована Espressif Systems, AWS IoT, and Google Cloud IoT.
• mruby 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

Коммерческое и промышленное использование ESP32:

Использование в коммерческих устройствах

• 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».
• DingTalk’s M1 — биометрическая система отслеживания посещаемости.
• LIFX Mini — серия дистанционно управляемых светодиодных ламп.
• Pium — домашний аромат и ароматерапия.

Промышленные устройства

• 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.