前言

最近公司有新項目會用到 ESP32系列芯片，需要添加有線以太網(wǎng)口，我對這一塊不熟悉，可以說是新手小白，那該如何準備開發(fā)工作及快速入門呢？讓我以這份紀錄來回顧當初新項目ESP32硬件開發(fā)、軟件環(huán)境ESP-IDF V5.4以及運行有線以太網(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，可為獨立系統(tǒng)或從設備提供 Wi-Fi應用功能。

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，將ESP32 C與DM9051ANX作為簡易型網(wǎng)關(guān)方案，是一個性價比高，並符合行業(yè)實際應用的方案捆綁。

此篇帖子以ESP IDF最新版V5.4來進行開發(fā)與調(diào)適。

二、ESP32 C3模塊介紹&產(chǎn)品定位

在這里說下為什么選擇ESP32 C3這樣的方案來做行業(yè)網(wǎng)關(guān)，當初選型ESP32 S3與C3選型時，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，在實際應用上，同學稍微作下功課，就可以知道C3普遍是做無線應用，如果遇到需要有線以太網(wǎng)口的場景，我們其實可以利用SPI、UART等GPIO較少的硬件街口，作為對外通信，在這里我選用在市場上廣泛被采用且僅4條線通信的SPI接口與以太網(wǎng)進行通信。這樣一來，C3可作無線網(wǎng)關(guān)帶網(wǎng)口應用，主要任務是做無線與有線數(shù)據(jù)之間的傳輸，很適合各行業(yè)應用;但是，如果項目要求C3不僅要做傳輸數(shù)據(jù)，還要處理其他應用功能，這種多任務處理就不是C3擅長了。而S3就不同了，S3在作數(shù)據(jù)傳輸時，同時可以處理外設功能，可以有一定程度的響應速度，而且AI應用開發(fā)資源豐富。做一個小總結(jié)，我們可以這樣理解，要多任務任務處理、AI應用功能等，S3比較合適，價格也稍貴些，畢竟規(guī)格擺在那兒；如果要做一般應用且單一任務，例如：無線網(wǎng)關(guān)帶有線網(wǎng)口應用，C3就有性價比了。

三、DM9051ANX介紹

DM9051ANX是一個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接口與主控進行通信，相較于老款，DM9051ANX體積更小，功耗更低、能節(jié)省外部周圍零件，降低RBOM成本，每個芯片內(nèi)置獨立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、開發(fā)環(huán)境

4.1準備工作

1個ESP32開發(fā)板：我手上的開發(fā)板是合宙ESP32-C3-xxxx

1個DM9051ANX開發(fā)。

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

1臺電腦：Windows微軟系統(tǒng)

市面上有開發(fā)板是 USB Type C接口，請選擇合適USB接口的數(shù)據(jù)線來連接。

4.2.開發(fā)版硬件接法

1.)在模塊的硬件部分，依照合宙ESP32 C3開發(fā)版的Pinout接口，連接DM9051ANX開發(fā)版對應的SPI接口，簡單整理下兩者的硬件接法。

2.)合宙ESP32 C3開發(fā)版Pin Out示意圖

合宙ESP32-C3開發(fā)版的硬件設計文檔，請參考連結(jié)網(wǎng)址：https://wiki.luatos.com/chips/esp32c3/hardware.html

3.)DM9051ANX開發(fā)版SPI接口Pin Out表

DM9051ANX開發(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軟件安裝流程說明(步驟1~6)

*步驟1：我們可以到樂鑫 IoT開發(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：建議同學們選擇V 5.4離線下載版本，避免出現(xiàn)網(wǎng)絡傳輸?shù)膯栴}。

點擊離線下載版本，依照當下條件選擇合適自己的語言版本。

*步驟3：建議要點選“應用修復”避免接下來運行時，出現(xiàn)錯誤。

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

*步驟5：最后，終于完成安裝了！慢點，因為我們調(diào)試項目時，還需要用串口，可以找自已習慣的串口軟件，微軟也有提供免費的工具。

*步驟6：接下來，我們來進入”串口調(diào)試助手”，硬件接口是用到UART接口，而波特率設置為 115200，并開啟左下角的 “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，更多說明請參考下列鏈結(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工程開始。

我們點擊桌面上的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:先進行ESP32 C3配置：idf.py set-target esp32c3

*步驟2:之后就可以開始編譯：idf.py build

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

*步驟4:這時候，我們可以在”串口調(diào)試助手”中，看到ESP C3與SPI以太網(wǎng)DM9051ANX模塊運行起來，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)

當成功通信后，我們來實際演示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:與之前動作一樣，先配置ESP32 C3:idf.py set-target esp32c3

*步驟2:這時，我們對ESP32 C3開啟 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:我們在 “SPI Ethernet”菜單中，點選”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

退出時記得儲存

*步驟6:開始編idf.py build

*步驟7:完成后，進行燒寫idf.py -p COM3 flash

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

七、Iperf網(wǎng)絡性能測試工具實測

7.1相關(guān)配置

在這里和之前配置進行都一樣，只是測試代碼在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)說明，請參考 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，得出實測數(shù)據(jù)為 11.63Mbps，還行！我覺得應該可以更快一些，再重新運行idf.py menuconfig，修改 SPI clock speed (Mhz)到 60Mhz，這個SPI clock要依照使用的網(wǎng)線質(zhì)量去作調(diào)整，這樣測試下來，我留意到，當SPI Clock超過 60Mhz時，就有些不穩(wěn)定了。

重新調(diào)整SPI clock后，再測試一次!

最后測出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)的項目應用是足夠了！不僅如此，以這樣的性能數(shù)據(jù)，更可以擴大ESP32 C3/C6+DM9051ANX無線網(wǎng)關(guān)的應用范圍！

審核編輯 黃宇