前言

最近公司有新項(xiàng)目會(huì)用到 ESP32系列芯片，需要添加有線以太網(wǎng)口，我對(duì)這一塊不熟悉，可以說(shuō)是新手小白，那該如何準(zhǔn)備開(kāi)發(fā)工作及快速入門(mén)呢？讓我以這份紀(jì)錄來(lái)回顧當(dāng)初新項(xiàng)目ESP32硬件開(kāi)發(fā)、軟件環(huán)境ESP-IDF V5.4以及運(yùn)行有線以太網(wǎng)DM9051ANX與通信演示。

一、概述

本篇文章旨在介紹ESP32芯片，SPI有線以太網(wǎng)芯片DM9051ANX以及ESP IDF等。

ESP32 C系列具有高性能、高集成、低功耗和多種接口的特點(diǎn)，可為獨(dú)立系統(tǒng)或從設(shè)備提供 Wi-Fi應(yīng)用功能。

而SPI以太網(wǎng)芯片DM9051ANX體積小，QFN24管腳包裝，功耗更低以及周邊RBOM成本更省等有優(yōu)點(diǎn)，將ESP32 C與DM9051ANX作為簡(jiǎn)易型網(wǎng)關(guān)方案，是一個(gè)性價(jià)比高，並符合行業(yè)實(shí)際應(yīng)用的方案捆綁。

此篇帖子以ESP IDF最新版V5.4來(lái)進(jìn)行開(kāi)發(fā)與調(diào)適。

二、ESP32 C3模塊介紹&產(chǎn)品定位

在這里說(shuō)下為什么選擇ESP32 C3這樣的方案來(lái)做行業(yè)網(wǎng)關(guān)，當(dāng)初選型ESP32 S3與C3選型時(shí)，兩者同樣支持IEEE 802.11b/g/n 2.4G以及Bluetooth 5 & Bluetooth mesh，索性自己就做了規(guī)格比較：

除了兩者規(guī)格比較之外，在實(shí)際應(yīng)用上，同學(xué)稍微作下功課，就可以知道C3普遍是做無(wú)線應(yīng)用，如果遇到需要有線以太網(wǎng)口的場(chǎng)景，我們其實(shí)可以利用SPI、UART等GPIO較少的硬件街口，作為對(duì)外通信，在這里我選用在市場(chǎng)上廣泛被采用且僅4條線通信的SPI接口與以太網(wǎng)進(jìn)行通信。這樣一來(lái)，C3可作無(wú)線網(wǎng)關(guān)帶網(wǎng)口應(yīng)用，主要任務(wù)是做無(wú)線與有線數(shù)據(jù)之間的傳輸，很適合各行業(yè)應(yīng)用;但是，如果項(xiàng)目要求C3不僅要做傳輸數(shù)據(jù)，還要處理其他應(yīng)用功能，這種多任務(wù)處理就不是C3擅長(zhǎng)了。而S3就不同了，S3在作數(shù)據(jù)傳輸時(shí)，同時(shí)可以處理外設(shè)功能，可以有一定程度的響應(yīng)速度，而且AI應(yīng)用開(kāi)發(fā)資源豐富。做一個(gè)小總結(jié)，我們可以這樣理解，要多任務(wù)任務(wù)處理、AI應(yīng)用功能等，S3比較合適，價(jià)格也稍貴些，畢竟規(guī)格擺在那兒；如果要做一般應(yīng)用且單一任務(wù)，例如：無(wú)線網(wǎng)關(guān)帶有線網(wǎng)口應(yīng)用，C3就有性價(jià)比了。

三、DM9051ANX介紹

DM9051ANX是一個(gè)SPI接口以太網(wǎng)芯片，24管腳OFN包裝，自帶MAC傳輸層與10/100兆PHY，以SPI接口與主控進(jìn)行通信，相較于老款，DM9051ANX體積更小，功耗更低、能節(jié)省外部周?chē)慵档蚏BOM成本，每個(gè)芯片內(nèi)置獨(dú)立MAC地址，并有1.8V, 2.5V, 3.3V I/O電壓可供選擇，適用于各種MCU與CPU等各式主控的SPI接口以太網(wǎng)通信需求。

四、開(kāi)發(fā)環(huán)境

4.1準(zhǔn)備工作

1個(gè)ESP32開(kāi)發(fā)板：我手上的開(kāi)發(fā)板是合宙ESP32-C3-xxxx

1個(gè)DM9051ANX開(kāi)發(fā)。

1條USB數(shù)據(jù)線：Type A轉(zhuǎn) Micro-B

1臺(tái)電腦：Windows微軟系統(tǒng)

市面上有開(kāi)發(fā)板是 USB Type C接口，請(qǐng)選擇合適USB接口的數(shù)據(jù)線來(lái)連接。

4.2.開(kāi)發(fā)版硬件接法

1.)在模塊的硬件部分，依照合宙ESP32 C3開(kāi)發(fā)版的Pinout接口，連接DM9051ANX開(kāi)發(fā)版對(duì)應(yīng)的SPI接口，簡(jiǎn)單整理下兩者的硬件接法。

2.)合宙ESP32 C3開(kāi)發(fā)版Pin Out示意圖

合宙ESP32-C3開(kāi)發(fā)版的硬件設(shè)計(jì)文檔，請(qǐng)參考連結(jié)網(wǎng)址：https://wiki.luatos.com/chips/esp32c3/hardware.html

3.)DM9051ANX開(kāi)發(fā)版SPI接口Pin Out表

DM9051ANX開(kāi)發(fā)版

五、ESP-IDF安裝，配置

5.1使用版本( ESP-IDF v5.4 )

ESP-IDF是ESP32全系列芯片的官方開(kāi)發(fā)工具，非常好用，我這里使用的是：ESP-IDF最新穩(wěn)定版本 V5.4，相關(guān)版本介紹的文檔，請(qǐng)參考下面鏈結(jié)。

https://docs.espressif.com/projects/esp-idf/zh_CN/v5.3.1/esp32/versions.html

5.2 IDF軟件安裝流程說(shuō)明(步驟1~6)

*步驟1：我們可以到樂(lè)鑫 IoT開(kāi)發(fā)框架 (esp-idf)的文檔中心，去下載ESP-IDF。

https://docs.espressif.com/projects/esp-idf/zh_CN/stable/

*步驟2：建議同學(xué)們選擇V 5.4離線下載版本，避免出現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)膯?wèn)題。

點(diǎn)擊離線下載版本，依照當(dāng)下條件選擇合適自己的語(yǔ)言版本。

*步驟3：建議要點(diǎn)選“應(yīng)用修復(fù)”避免接下來(lái)運(yùn)行時(shí)，出現(xiàn)錯(cuò)誤。

*步驟4：在安裝中途，ESP IDF會(huì)出現(xiàn)一個(gè)窗口：是否安裝USB轉(zhuǎn) UART芯片驅(qū)動(dòng)?

*步驟5：最后，終于完成安裝了！慢點(diǎn)，因?yàn)槲覀冋{(diào)試項(xiàng)目時(shí)，還需要用串口，可以找自已習(xí)慣的串口軟件，微軟也有提供免費(fèi)的工具。

*步驟6：接下來(lái)，我們來(lái)進(jìn)入”串口調(diào)試助手”，硬件接口是用到UART接口，而波特率設(shè)置為 115200，并開(kāi)啟左下角的 “終端模式”，方便我們輸入指令

六、編譯以太網(wǎng)DM9051ANX例程

ESP-IDF開(kāi)發(fā)工具提供一系列靈活好用的 API，為外部以太網(wǎng)通信以及外部 SPI有線以太網(wǎng)SPI-Ethernet通信模塊提供良好支持，更多說(shuō)明請(qǐng)參考下列鏈結(jié)：

https://docs.espressif.com/projects/esp-idf/zh_CN/v5.4/esp32/api-reference/network/esp_eth.html

6.1燒錄例程 (步驟1~4)

從 ESP-IDF中，在 examples目錄下的 get-started/hello_world工程開(kāi)始。

我們點(diǎn)擊桌面上的ESP-IDF 5.4 CMD或 ESP-IDF 5.4 PowerShell，這兒使用的是后者，相關(guān)的工具連接都配置好了，我們不用再手動(dòng)去配置。

然后，我們切換到 c:Espressifframeworksesp-idf-v5.4examplesget-startedhello_world目錄中。

*步驟1:先進(jìn)行ESP32 C3配置：idf.py set-target esp32c3

*步驟2:之后就可以開(kāi)始編譯：idf.py build

*步驟3：如果沒(méi)出現(xiàn)錯(cuò)誤，我們就可以用idf.py -p COM3 flash命令燒寫(xiě),在這里要注意的是“COM”要大寫(xiě)，然后按下Enter回車(chē)鍵。

*步驟4:這時(shí)候，我們可以在”串口調(diào)試助手”中，看到ESP C3與SPI以太網(wǎng)DM9051ANX模塊運(yùn)行起來(lái)，并且輸出 “Hello world!”，那就表示SPI以太網(wǎng)DM9051ANX通信成功。

6.2以太網(wǎng)口功能演示(步驟1~8)

當(dāng)成功通信后，我們來(lái)實(shí)際演示SPI以太網(wǎng)口DM9051ANX的通信功能，切換到 c:Espressifframeworksesp-idf-v5.4examplesethernetbasic目錄中。

*步驟1:與之前動(dòng)作一樣，先配置ESP32 C3:idf.py set-target esp32c3

*步驟2:這時(shí)，我們對(duì)ESP32 C3開(kāi)啟 DM9051以太網(wǎng)通信功能：idf.py menuconfig

*步驟3:在ESP-IDF菜單中，選擇 “Example Ethernet Configuration”

*步驟4:我們?cè)?“SPI Ethernet”菜單中，點(diǎn)選”DM9051 Module”

*步驟5:另外還要修改 DHCPS功能，避免 DHCP和路由有沖突

關(guān)閉 DHCPS功能

退出時(shí)記得儲(chǔ)存

*步驟6:開(kāi)始編idf.py build

*步驟7:完成后，進(jìn)行燒寫(xiě)idf.py -p COM3 flash

*步驟8:完成后，可以在串口看到系統(tǒng)跑起來(lái)，并且取得ip 地址，使用 ping 功能測(cè)試，結(jié)果正常。

七、Iperf網(wǎng)絡(luò)性能測(cè)試工具實(shí)測(cè)

7.1相關(guān)配置

在這里和之前配置進(jìn)行都一樣，只是測(cè)試代碼在c:Espressifframeworksesp-idf-v5.4examplesethernetiperf

*步驟1:相同的命令流程：

idf.py set-target esp32c3

idf.py menuconfig

idf.py build

idf.py -p COM3 flash

7.2 Iperf命令

在PC端使用 Iperf軟件，我們輸入命令為 iperf -u -s ,而在ESP IDF這兒使用串口調(diào)試助手軟件，接著輸入命令 iperf -u -c xxx.xxx.xxx.xxx -t 60 -i 3

(相關(guān)說(shuō)明，請(qǐng)參考 c:Espressifframeworksesp-idf-v5.4examplesethernetiperfREADME.md文檔）

7.3 DM9051ANX網(wǎng)口性能數(shù)據(jù)

DM9051ANX網(wǎng)口芯片在 100兆全雙工模式，得出實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)為 11.63Mbps，還行！我覺(jué)得應(yīng)該可以更快一些，再重新運(yùn)行idf.py menuconfig，修改 SPI clock speed (Mhz)到 60Mhz，這個(gè)SPI clock要依照使用的網(wǎng)線質(zhì)量去作調(diào)整，這樣測(cè)試下來(lái)，我留意到，當(dāng)SPI Clock超過(guò) 60Mhz時(shí)，就有些不穩(wěn)定了。

重新調(diào)整SPI clock后，再測(cè)試一次!

最后測(cè)出DM9051ANX網(wǎng)口性能為 22.12Mbps，這樣的網(wǎng)口數(shù)據(jù)在一般行業(yè)的項(xiàng)目應(yīng)用是足夠了！不僅如此，以這樣的性能數(shù)據(jù)，更可以擴(kuò)大ESP32 C3/C6+DM9051ANX無(wú)線網(wǎng)關(guān)的應(yīng)用范圍！

審核編輯 黃宇