2018-11-06 04:02:21 +00:00
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快速入门 (CMake)
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:link_to_translation:`en:[英文]`
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.. include:: ../cmake-warning.rst
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.. include:: ../cmake-pending-features.rst
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本文档旨在指导用户创建 ESP32 的软件环境。本文将通过一个简单的例子，说明 ESP-IDF (Espressif IoT Development Framework) 的使用方法，包括配置、编译、下载固件到开发板等步骤。
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概述
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ESP32 是一套 Wi-Fi (2.4 GHz) 和蓝牙 (4.2) 双模解决方案，集成了高性能的 CPU 内核、超低功耗协处理器和丰富的外设。ESP32 采用 40 nm 工艺制成，具有最佳的功耗性能、射频性能、稳定性、通用性和可靠性，适用于各种应用和不同功耗需求。
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乐鑫为用户提供完整的软、硬件资源，支持 ESP32 设备的开发。我们的软件开发环境 ESP-IDF 能够帮助用户快速开发物联网 (IoT) 应用，满足用户对于 Wi-Fi、蓝牙、低功耗等性能的需求。
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准备工作
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开发 ESP32 应用程序需要准备：
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* **电脑**：安装 Windows、Linux 或者 Mac 操作系统
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* **工具链**：用于编译 ESP32 代码
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* **编译工具**：用于编译 ESP32 完整**应用程序**的 CMake 和 Ninja
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* **ESP-IDF**：包含 ESP32 API 和用于操作 **工具链** 的脚本
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* **文本编辑器**：编写 C 语言程序，例如 `Eclipse <https://www.eclipse.org/>`_
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* **ESP32 开发板** 和将其连接到 **电脑** 的 **USB 线**
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.. figure:: ../../_static/what-you-need-cmake.png
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:align: center
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:alt: Development of applications for ESP32
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:figclass: align-center
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开发应用程序
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开发环境的准备工作包括以下两部分：
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1. 设置 **工具链**
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2. 从 GitHub 上获取 **ESP-IDF**
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开发环境设置完成后，遵循以下步骤创建 ESP-IDF 应用程序：
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1. 配置**工程** 并编写代码
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2. 编译**工程** 并链接成一个**应用程序**
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3. 通过 USB/串口连接，烧录（上传）预编译的**应用程序**到 **ESP32**
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4. 通过 USB/串口，监视/调试**应用程序**输出
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开发板指南
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如果你有下列任一 ESP32 开发板，请点击对应的链接进行硬件设置：
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.. toctree::
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:maxdepth: 1
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ESP32 DevKitC <get-started-devkitc>
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ESP-WROVER-KIT <get-started-wrover-kit>
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ESP32-PICO-KIT <get-started-pico-kit>
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如果你使用其它开发板，请查看下面的内容。
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.. _get-started-setup-toolchain-cmake:
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设置工具链
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用 ESP32 进行开发最快的方法是安装预编译的工具链。请根据你的操作系，点击对应的链接，并按照链接中的指导进行安装。
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.. toctree::
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:hidden:
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Windows <windows-setup>
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Linux <linux-setup>
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MacOS <macos-setup>
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+-------------------+-------------------+-------------------+
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| |windows-logo| | |linux-logo| | |macos-logo| |
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+-------------------+-------------------+-------------------+
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| `Windows`_ | `Linux`_ | `Mac OS`_ |
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+-------------------+-------------------+-------------------+
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.. |windows-logo| image:: ../../_static/windows-logo.png
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:target: ../get-started-cmake/windows-setup.html
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.. |linux-logo| image:: ../../_static/linux-logo.png
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:target: ../get-started-cmake/linux-setup.html
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.. |macos-logo| image:: ../../_static/macos-logo.png
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:target: ../get-started-cmake/macos-setup.html
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.. _Windows: ../get-started-cmake/windows-setup.html
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.. _Linux: ../get-started-cmake/linux-setup.html
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.. _Mac OS: ../get-started-cmake/macos-setup.html
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.. note::
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我们使用用户名主目录下的 ``esp`` 子目录（Linux 和 MacOS 为 ``~/esp``，Windows 为 ``%userprofile%\esp``）来进行一切有关 ESP-IDF 的安装操作。你也可以使用其他目录，但是需要注意调整相应的指令。
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你可以安装预编译的工具链或者自定义你的环境，这完全取决于个人经验和偏好。如果你要自定义环境，请参考 :ref:`get-started-customized-setup-cmake`。
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工具链设置完成后，继续阅读 :ref:`get-started-get-esp-idf-cmake` 一节。
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.. _get-started-get-esp-idf-cmake:
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获取 ESP-IDF
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工具链（包括用于编译和构建应用程序的程序）安装完成后，你还需要 ESP32 相关的 API/库。你可在乐鑫提供的 `ESP-IDF 仓库 <https://github.com/espressif/esp-idf>`_ 中获取 API/库本地副本。打开终端，切换到你要存放 ESP-IDF 的目录，然后使用 ``git clone`` 命令克隆远程仓库。
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Linux 和 MacOS
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.. code-block:: bash
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mkdir -p ~/esp
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cd ~/esp
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git clone --branch feature/cmake --recursive https://github.com/espressif/esp-idf.git
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ESP-IDF 将会被下载到 ``~/esp/esp-idf`` 目录下。
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Windows Command Prompt
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~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
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.. code-block:: batch
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mkdir %userprofile%\esp
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cd %userprofile%\esp
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git clone --branch feature/cmake --recursive https://github.com/espressif/esp-idf.git
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.. highlight:: bash
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.. note::
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注意这里有个 ``--recursive`` 选项。如果你克隆 ESP-IDF 时没有带这个选项，你还需要运行额外的命令来获取子模块::
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cd esp-idf
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git submodule update --init
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.. note::
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基于 CMake 的构建系统预览默认使用的 Git 分支是 ``feature/cmake``。如果你在克隆时没有带 ``--branch`` 选项，可通过以下命令行切换分支::
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cd esp-idf
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git checkout feature/cmake
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.. _get-started-setup-path-cmake:
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设置环境变量
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ESP-IDF 的正常运行需要设置两个环境变量：
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- ``IDF_PATH`` 应设置为 ESP-IDF 根目录的路径。
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- ``PATH`` 应包括同一 ``IDF_PATH`` 目录下的 ``tools`` 目录路径。
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你需在你的电脑中设置这两个变量，否则工程将不能编译。
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你可以在每次 PC 重启时手动设置，你也可以在用户配置中进行永久设置，具体请参照 :doc:`add-idf_path-to-profile` 小节中的 :ref:`Windows <add-paths-to-profile-windows-cmake>`，:ref:`Linux 和 MacOS <add-idf_path-to-profile-linux-macos-cmake>` 相关指导进行操作。
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.. _get-started-start-project-cmake:
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创建一个工程
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现在可以开始创建 ESP32 应用程序了。为了快速开始，我们这里以 IDF 的 :idf:`examples` 目录下的 :example:`get-started/hello_world` 工程为例进行说明。
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将 :example:`get-started/hello_world` 拷贝到 ``~/esp`` 目录：
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Linux 和 MacOS
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.. code-block:: bash
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cd ~/esp
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cp -r $IDF_PATH/examples/get-started/hello_world .
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Windows Command Prompt
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.. code-block:: batch
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cd %userprofile%\esp
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xcopy /e /i %IDF_PATH%\examples\get-started\hello_world hello_world
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ESP-IDF 的 :idf:`examples` 目录下有一系列示例工程，都可以按照上面的方法进行创建。
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你也可以在原有位置创建示例，无需事先拷贝这些示例。
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.. important::
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esp-idf 构建系统不支持在路径中存在空格。
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.. _get-started-connect-cmake:
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连接
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还有几个步骤就完成了。在继续后续操作前，先将 ESP32 开发板连接到 PC，然后检查串口号，看看它能否正常通信。如果你不知道如何操作，请查看 :doc:`establish-serial-connection` 中的相关指导。请注意一下端口号，我们在下一步中会用到。
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.. _get-started-configure-cmake:
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配置
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进入 ``hello_world`` 应用程序副本目录，运行 ``menuconfig`` 工程配置工具：
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Linux 和 MacOS
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~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
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.. code-block:: bash
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cd ~/esp/hello_world
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idf.py menuconfig
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Windows Command Prompt
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~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
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.. code-block:: batch
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cd %userprofile%\esp\hello_world
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idf.py menuconfig
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.. note:: 如果你收到未发现 ``idf.py`` 的报错信息，查看是否如上 :ref:`get-started-setup-path-cmake` 所述将 ``tools`` 目录添加到你的路径中。如果 ``tools`` 目录中没有 ``idf.py``，查看 :ref:`get-started-get-esp-idf-cmake` 中 CMake 预览所处的分支是否正确。
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.. note:: 对于 Windows 用户而言，Python 2.7 安装器会尝试配置 Windows，关联扩展名为 ``.py`` 的 Python 2 文件。如果单独安装的程序（如 Visual Studio Python 工具）关联到其他 Python 版本，``idf.py`` 可能无法运行（而仅是在 Visual Studio 中打开此文件）。你可以每次运行 ``C:\Python27\python idf.py`` 或更改 Windows 中有关``.py`` 文件的关联设置。
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.. note:: 对于 Linux 用户而言，如果默认为 Python 3.x 版本，你需要运行 ``python2 idf.py``。
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如果之前的步骤都正确，则会显示下面的菜单：
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.. figure:: ../../_static/project-configuration.png
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:align: center
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:alt: Project configuration - Home window
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:figclass: align-center
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工程配置 - 主窗口
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下面是一些使用 ``menuconfig`` 的小技巧：
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* 使用 up & down 组合键在菜单中上下移动
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* 使用 Enter 键进入一个子菜单，Escape 键进入上一层菜单或退出整个菜单
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* 输入 ``?`` 查看帮助信息，Enter 键退出帮助屏幕
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* 使用空格键或 ``Y`` 和 ``N`` 键来使能 (Yes) 和禁止 (No) 带有复选框 "``[*]``" 的配置项
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* 当光标在某个配置项上面高亮时，输入 ``?`` 可以直接查看该项的帮助信息
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* 输入 ``/`` 搜索配置项
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.. _get-started-build-cmake:
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创建一个工程
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.. highlight:: bash
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现在可以编译工程了，执行指令::
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idf.py build
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这条命令会编译应用程序和所有的 ESP-IDF 组件，生成 bootloader、区分表和应用程序 bin 文件。
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.. code-block:: none
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$ idf.py build
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Running cmake in directory /path/to/hello_world/build
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Executing "cmake -G Ninja --warn-uninitialized /path/to/hello_world"...
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Warn about uninitialized values.
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-- Found Git: /usr/bin/git (found version "2.17.0")
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-- Building empty aws_iot component due to configuration
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-- Component names: ...
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-- Component paths: ...
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... (more lines of build system output)
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[527/527] Generating hello-world.bin
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esptool.py v2.3.1
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Project build complete. To flash, run this command:
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../../../components/esptool_py/esptool/esptool.py -p (PORT) -b 921600 write_flash --flash_mode dio --flash_size detect --flash_freq 40m 0x10000 build/hello-world.bin build 0x1000 build/bootloader/bootloader.bin 0x8000 build/partition_table/partition-table.bin
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or run 'idf.py -p PORT flash'
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如果没有任何报错，将会生成 bin 文件，至此编译完成。
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.. _get-started-flash-cmake:
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烧录到设备
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现在可以将应用程序烧录到 ESP32 板子上，执行指令::
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idf.py -p PORT flash
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将端口改为 ESP32 板子的串口名称。Windows 平台的端口名称类似 ``COM1``，而 MacOS 则以 ``/dev/cu.`` 开头，Linux 则是 ``/dev/tty``。详情请参照 :doc:`establish-serial-connection`。
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该步骤旨在将此前编译的 bin 文件烧录到 ESP32 板子上。
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.. note:: 无需在 ``idf.py flash`` 之前运行 ``idf.py build``，烧录这一步会按照烧录前编写的要求（如有）自动编写工程。
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.. code-block:: none
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Running esptool.py in directory [...]/esp/hello_world
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Executing "python [...]/esp-idf/components/esptool_py/esptool/esptool.py -b 460800 write_flash @flash_project_args"...
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esptool.py -b 460800 write_flash --flash_mode dio --flash_size detect --flash_freq 40m 0x1000 bootloader/bootloader.bin 0x8000 partition_table/partition-table.bin 0x10000 hello-world.bin
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esptool.py v2.3.1
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Connecting....
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Detecting chip type... ESP32
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Chip is ESP32D0WDQ6 (revision 1)
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Features: WiFi, BT, Dual Core
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Uploading stub...
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Running stub...
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Stub running...
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Changing baud rate to 460800
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Changed.
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Configuring flash size...
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Auto-detected Flash size: 4MB
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Flash params set to 0x0220
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Compressed 22992 bytes to 13019...
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Wrote 22992 bytes (13019 compressed) at 0x00001000 in 0.3 seconds (effective 558.9 kbit/s)...
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Hash of data verified.
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Compressed 3072 bytes to 82...
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Wrote 3072 bytes (82 compressed) at 0x00008000 in 0.0 seconds (effective 5789.3 kbit/s)...
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Hash of data verified.
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Compressed 136672 bytes to 67544...
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Wrote 136672 bytes (67544 compressed) at 0x00010000 in 1.9 seconds (effective 567.5 kbit/s)...
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Hash of data verified.
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Leaving...
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Hard resetting via RTS pin...
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如果没有任何问题，在烧录的最后阶段，板子将会复位，应用程序 "hello_world" 开始运行。
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.. （目前暂不支持）如果你想使用 Eclipse IDE 而不是运行 ``idf.py``，请参考 :doc:`Eclipse guide <eclipse-setup>`。
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.. _get-started-build-monitor-cmake:
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监视器
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如果要查看 "hello_world" 程序是否真的在运行，输入命令 ``idf.py -p PORT monitor``。这个命令会启动 :doc:`IDF Monitor <idf-monitor>` 程序::
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$ idf.py -p /dev/ttyUSB0 monitor
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Running idf_monitor in directory [...]/esp/hello_world/build
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Executing "python [...]/esp-idf/tools/idf_monitor.py -b 115200 [...]/esp/hello_world/build/hello-world.elf"...
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--- idf_monitor on /dev/ttyUSB0 115200 ---
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--- Quit: Ctrl+] | Menu: Ctrl+T | Help: Ctrl+T followed by Ctrl+H ---
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ets Jun 8 2016 00:22:57
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rst:0x1 (POWERON_RESET),boot:0x13 (SPI_FAST_FLASH_BOOT)
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ets Jun 8 2016 00:22:57
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...
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在启动消息和诊断消息后，你就能看到 "Hello world!" 程序所打印的消息：
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.. code-block:: none
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...
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Hello world!
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Restarting in 10 seconds...
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I (211) cpu_start: Starting scheduler on APP CPU.
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Restarting in 9 seconds...
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Restarting in 8 seconds...
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Restarting in 7 seconds...
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要退出监视器，请使用快捷键 ``Ctrl+]``。
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.. note::
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如果串口打印的不是上面显示的消息而是类似下面的乱码::
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e<><65><EFBFBD>)(Xn@<40>y.!<21><>(<28>PW+)<29><>Hn9a/9<>!<21>t5<74><35>P<EFBFBD>~<7E>k<EFBFBD><6B>e<EFBFBD>ea<65>5<EFBFBD>jA
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~zY<7A><59>Y(1<>,1<15><> e<><65><EFBFBD>)(Xn@<40>y.!Dr<44>zY(<28>jpi<70>|<7C>+z5Ymvp
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或者监视器程序启动失败，那么可能你的开发板用的是 26 MHz 晶振，而大多数开发板用的是 40 MHz 晶振，并且 ESP-IDF 默认的也是这一数值。请退出监视器，回到 :ref:`menuconfig <get-started-configure-cmake>`，将 :ref:`CONFIG_ESP32_XTAL_FREQ_SEL` 改为 26 MHz，然后再次 :ref:`编写和烧录 <get-started-flash-cmake>` 程序。请在 ``idf.py menuconfig`` 的 Component config --> ESP32-specific --> Main XTAL frequency 中配置。
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.. note::
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你可以将编写、烧录和监视整合到一步当中，如下所示::
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idf.py -p PORT flash monitor
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有关监视器使用的快捷键和其他详情，请参阅 :doc:`IDF Monitor <idf-monitor>`。
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有关 ``idf.py`` 的全部命令和选项，请参阅 :ref:`idf.py`。
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你已完成 ESP32 的入门！
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现在你可以尝试其他的示例工程 :idf:`examples`，或者直接开发自己的应用程序。
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更新 ESP-IDF
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ESP-IDF 使用一段时间后，你可能想要进行升级来获得新的性能或者对 bug 进行修复。最简单的更新方式是删除已有的 ``esp-idf`` 文件夹然后再克隆一个，即重复 :ref:`get-started-get-esp-idf-cmake` 小节中所述的初始安装即可。
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另外一种方法是只更新有改动的部分，此方法适合连接 GitHub 比较缓慢的情况。你只需运行如下指令：
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Linux 和 MacOS
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.. code-block:: bash
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cd ~/esp/esp-idf
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git pull
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git submodule update --init --recursive
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Windows Command Prompt
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~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
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.. code-block:: batch
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cd %userprofile%\esp\esp-idf
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git pull
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git submodule update --init --recursive
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``git pull`` 命令将获取和合并 GitHub 上对 ESP-IDF 仓库所做的更改。``git submodule update --init --recursive`` 命令会更新现有子模块或拷贝更新的子模块。GitHub 上的子模块是指向其他仓库的链接，需要以下额外命令将其指向你的电脑。
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.. highlight:: bash
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你还可以查看具体发布的 ESP-IDF 版本，如 `v2.1`。
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Linux 和 MacOS
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~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
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.. code-block:: bash
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cd ~/esp
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git clone https://github.com/espressif/esp-idf.git esp-idf-v2.1
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cd esp-idf-v2.1/
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git checkout v2.1
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git submodule update --init --recursive
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Windows Command Prompt
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~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
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.. code-block:: batch
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cd %userprofile%\esp
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git clone https://github.com/espressif/esp-idf.git esp-idf-v2.1
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cd esp-idf-v2.1/
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git checkout v2.1
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git submodule update --init --recursive
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注意 :doc:`add-idf_path-to-profile`，这样工具链脚本就能够知道这一版本的 ESP-IDF 的具体位置。
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.. note::
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ESP-IDF 版本不同，其设置、必备要求或所需工具链版本也会有所不同。如果你有任何问题，请仔细对照快速入门文档查看你将使用版本的相应要求。
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.. toctree::
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:maxdepth: 1
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add-idf_path-to-profile
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establish-serial-connection
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eclipse-setup
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idf-monitor
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toolchain-setup-scratch
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