ESP-IDF库开发教程之（4）--FLASH、BootLoader和FreeRTOS

最新推荐文章于 2025-04-08 00:55:19 发布

Mr.Lanson

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分类专栏： ESP32 ESP32开发之旅文章标签： ESP-IDF ESP32

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在之前的文章中，我描述了新的esp32芯片，并解释了如何设置开发环境，包括使用一种可选的图形IDE，Eclipse。

在开始开发程序之前，您需要了解框架的三个关键组件：flash，bootloader和FreeRTOS操作系统。但别担心！在本篇文章的最后，您将编写，编译并执行您的第一个程序（即使是“最小化”），并从下一个教程开始，我们将一起处理更复杂的示例。

Flash

正如我在本教程的第一篇文章中所写的，esp32芯片需要一个外部闪存来存储程序，数据，配置参数......

外部存储器通过SPI总线连接到芯片，支持的容量高达16Mb。官方Espressif模块（ESP-WROOM-32）包含由GigaDevice（GD25Q32）制造的4Mb闪存：

esp-flash01

闪存可以存储不同的元素：程序，数据...因此它被分成多个部分（分区）。闪存中的列表分区，大小和位置存储在内存本身（地址0x8000），它被称为分区表。

默认情况下定义了两种分区类型：

app (type 0) – partition that contains an application (program)包含应用程序（程序）的分区
data (type 1) – partition that contains data 包含数据的分区

在编写新程序时，开发人员可以根据程序的特定需求决定如何组织闪存。 esp-idf框架提供两种预先配置的内存布局，您可以从配置菜单中进行选择：

esp-flash02

您还可以使用make partition_table命令显示项目的分区表：

esp-flash03

I在上面的屏幕截图中，您可以看到对应于最简单配置的分区表布局（单工厂应用程序，无OTA）：

a data partition (named “nvs“) with a size of 24Kb starting from address 0x9000
a data partition (named “phy_init“) with a size of 4Kb starting from address 0xf000
an app partition (named “factory“) with a size of 1Mb starting from address 0x10000

Bootloader

为了更好地理解为什么将闪存划分为分区，我必须描述esp32引导加载程序的工作原理，即如何启动应用程序以及如何上载新固件。

在esp32 ROM内存中有一个小程序，名为第一阶段启动加载程序。该程序在芯片的每次复位时执行：它配置对外部闪存的访问，并且如果需要，存储来自串行/ USB端口的新数据（闪存过程）。一旦完成，它将访问闪存（地址为0x1000）并加载并执行第二阶段启动加载程序。

即使esp-idf框架的标准行为是使用此第二阶段启动加载程序，也可以开发一个独立应用程序，该应用程序存储在闪存的地址0x8000处，由第一阶段启动加载程序直接执行。

第二阶段引导加载程序读取地址为0x8000的分区表并搜索应用程序分区。它根据otadata分区的内容决定执行哪个应用程序：如果此分区为空或不存在，则引导加载将执行存储在出厂分区中的应用程序。这允许实施无线（OTA）应用程序更新过程：将新版本的应用程序发送到esp32芯片;该版本存储在新的应用程序分区中。一旦上传完成，分区的ID被保存在otadata中并且芯片被重新启动;引导程序将执行新版本：

esp-flash04

FreeRTOS

esp-idf框架基于FreeRTOS实时操作系统。在像esp32这样的“小型”芯片上工作时谈论操作系统可能听起来很奇怪......但您不必认为FreeRTOS是Windows，Linux或MacOS等操作系统。嵌入式操作系统提供的主要功能（由于其内部调度程序）是多任务处理，即能够并行运行不同任务。我们知道微处理器内核可以一次执行一条指令：由于调度程序在其任务之间快速切换，似乎不同的应用程序同时运行。

esp-flash05

（FreeRTOS中不同的任务状态）

实时操作系统的设计是为了确保任务调度是确定性的：您可以预测其调度程序的行为。 FreeRTOS允许开发人员为每个任务定义优先级：调度程序使用优先级值来定义不同任务的执行模式。

Our first program

我们来编写我们的第一个使用esp-idf框架的程序。这个程序在我的Github仓库中可用，将成为所有下一个教程的基础。

首先，我们必须包含一些库：

esp-flash07

stdio.h库（Standard I / O）用于输入/输出函数（printf ...），两个freertos头文件用于定义和执行不同的任务。

每个程序都从app_main()开始执行:

esp-flash08

在app_main()中，使用xTaskCreate方法创建一个新任务。此方法需要以下参数：指向包含任务代码的函数（＆loop_task）的指针，任务名称（“loop_task”），要分配给任务的堆栈内存大小（以字为单位），任务的附加参数（NULL），任务的优先级（5）和指针 - 可选 - 来检索任务的处理程序（NULL）。

一旦创建任务，FreeRTOS调度程序将根据不同的任务和优先级执行任务。

该任务具有以下代码：

esp-flash09

这是一个连续的循环，每秒打印一个句子Hello World！“。 vTaskDelay方法将任务暂停指定的刻度数。 portTICK_RATE_MS常量定义一个刻度的持续时间（以毫秒为单位）;如果你因此将1000分为这个常数，你会在一秒钟内得到滴答的数量。

Additional files

为了能够编译你的项目，你需要添加一些额外的文件：

a Makefile in the main folder of your project that contains the name of the project and an include for the main makefile of the framework:项目主文件夹中的Makefile，其中包含项目的名称和框架的主makefile的include：

esp-flash10

a component.mk file – it can be empty – in the folder where the source code is saved into to tell the compiler to process the files in that folder:一个component.mk文件 - 它可以是空的 - 在保存源代码的文件夹中告诉编译器处理该文件夹中的文件：

esp-flash11