ESP8266：第一次接觸Adafruit HUZZAH ESP8266 Breakout，燒錄韌體NodeMCU、Arduino SDK、MicroPython、CircuitPython

這篇是寫給我自己看的，初步介紹ESP8266，韌體包含NodeMCU、Arduino SDK、MicroPython、CircuitPython，以及燒錄工具。

大綱：

• ESP8266基本介紹
• ESP8266模組
• NodeMCU、韌體燒錄工具esptool、整合式開發環境ESPlorer、圖形介面的燒錄工具nodemcu-flasher與nodemcu-pyflasher
• Arduino SDK
• MicroPython
• CircuitPython

ESP8266基本介紹

ESP8266，乐鑫信息科技公司（Espressif Systems）推出的WiFi晶片，價格超低，受到國外人士關注，並且把資料文件從中文翻成英文；後來釋出開發工具SDK，開始湧出各種韌體。社群網站在此，資訊豐富。

基本規格如下，詳情可看維基百科ESP8266：

• CPU，32-bit RISC， Tensilica Xtensa L106，運作頻率80 MHz。
• 64 KB指令RAM，96 KB資料RAM。
• 外部Flash：0.5 MB到4 MB（最高可達16 MB）。
• WiFi：2.4 GHz ，IEEE 802.11 b/g/n、WEP or WPA/WPA2，可做為站台、AP存取點、或雙模。
• 網路協定：TCP/IP、DNS。
• 16個GPIO腳位，其他還有SPI、I2C、I2S、UART、10-bit ADC。
• 工作電壓：3.3 V。 
• 功耗：待機小於200uA，正常狀態12mA（平均）到200mA（峰值），持續傳送狀態70mA（平均）到200mA （峰值）。
• 傳送速率：110到921600 bps。

ESP8266模組

通常會買模組而非單獨的晶片，知名模組廠商有安信可科技（Ai-Thinker、Anxinke），產品型號ESP-01、ESP-02 ... ESP-14等等，差異在於加裝的Flash大小、是否通過FCC與CE檢驗、天線類型、拉出來的腳位數量等，可到維基百科ESP8266查詢。注意，下圖中的模組尺寸比例，沒有依照實際大小。

不過我買的是Adafruit HUZZAH ESP8266 Breakout，以ESP-12F為基礎（含4 MB的Flash），再加上穩壓器（輸入電壓範圍3.4~6 V、輸出3.3V 500mA）、電壓準位轉換、LED、按鈕、二極體保護電源輸入等等，只需要再準備USB轉序列埠的線。此模組的文件在此，詳述腳位、資料規格表、以及NodeMCU與Arduino SDK的基本範例。另外的產品Adafruit Feather HUZZAH with ESP8266 WiFi，則已內建USB轉序列埠晶片CP2104與LiPoly充電電路。

背面。

以USB轉序列埠的線連接電腦後，開始嚐試各種韌體、寫點程式碼吧。

NodeMCU、韌體燒錄工具esptool、整合式開發環境ESPlorer、圖形介面的燒錄工具nodemcu-flasher與nodemcu-pyflasher

此模組預設燒錄的韌體是NodeMCU（文件在此，有API與韌體的建置和燒錄），版本0.9.5（build 20150318、Lua 5.1.4），可使用PuTTY(Win)、CoolTerm(Mac)、screen(Linux)、或其他終端機軟體連線，速率是9600，關掉任何硬體交握或流量控制，行結尾應設為CRLF "\r\n" 。

我使用PuTTY連線，需按一下模組上的Reset重置鈕，看到底下畫面的提示字元，便可開始輸入Lua程式：

若出現字樣「MEM CHECK FAIL!!!」，可能原因之一是傳輸速率錯了。

也可使用整合式開發環境ESPlorer（Java軟體），支援的韌體有NodeMCU、MicroPython、與AT指令。開啟後先到Settings-Select firmware選擇韌體為NodeMCU，選擇正確的序列埠與傳輸速率，按下Open連線，同樣地要按一下模組上的Reset重置鈕：

嗯，版本太舊了，可到NodeMCU custom builds線上建置韌體，自由選擇想要哪些程式庫，只需等幾分鐘，就會寄信告知；下載後，使用esptool（以Python的pip來安裝）進行燒錄，先讓ESP8266進入燒錄模式，作法是按著此模組的GPIO0鍵、按一下Reset鍵、放開GPIO0鍵，成功的話，GPIO0旁邊的紅色LED會進入半亮（黯淡）的狀態，然後執行的指令與參數如下：

python esptool.py --port COM5 --baud 460800 write_flash --flash_size=detect -fm dio 0x00000 firmware.bin

--port指定序列埠號，--baud指定速率，write_flash代表要燒錄，0x00000代表燒錄起始位址，firmware.bin是想燒錄的韌體。--flash_size=detect代表自動偵測Flash的大小，-fm是燒錄模式，512 KB模組使用qio，4 MB以上模組使用dio，但-fm或可省略。詳情可參考esptool官網、NodeMCU的文件、Adafruit的文件。

如果發生奇怪的行為，可下參數erase_flash清除Flash，然後再燒錄，或可解決。原因可能是新舊版韌體有所差異而導致。

燒錄新版NodeMCU韌體後，再試著連線，雖然速率9600也可以，但改成115200會比較順。

另外，有支圖形介面的燒錄工具nodemcu-flasher，只有Windows版，直接下載32位元版或64位元版。簡單用法是到Config指定韌體檔與位址，然後到Operation指定序列埠，按下Flash(F)即可燒錄。

還有支圖形介面的燒錄工具nodemcu-pyflasher，需要Python與wxPython，跨平台。我在Windows上想安裝，但卡在wxPython模組這一關。

如果想自己建置NodeMCU韌體，ESP8266核心的處理器，採用Tensilica公司的Xtensa LX106，所以需要該處理器的工具鍊。參考How to set up manually the GCC toolchain and SDK，原生建置環境，使用VirtualBox，安裝Ubuntu 12.04（15.04與16.10應該也可以），然後看Guts of the IoT: Building NodeMCU from Source for the ESP8266，下載esp-open-sdk，包含了Xtensa lx106架構的工具鍊、Espressif Systems釋出的ESP8266 IoT SDK（會被稱為vendor sdk）、以及其他程式庫，然後下載NodeMCU韌體的原始碼，進行建置。

Arduino SDK

社群有為ESP8266移植Arduino API，讓Arduino IDE支援ESP8266程式開發，安裝1.6.4以後的版本（官方建議1.6.8版），到選單-檔案-偏好設定-額外的開發板管理員網址，增加http://arduino.esp8266.com/stable/package_esp8266com_index.json，然後到選單-工具-開發板-開發板管理員，安裝「esp8266 by ESP8266 Community」。然後到選單-工具-開發板與序列埠，做好設定。

接著便可如平常撰寫Arduino草稿碼的方式，開始撰寫程式控制ESP8266。建置並燒錄的東西，就等同於韌體，也就是說會覆蓋掉之前的韌體。

MicroPython

到MicroPython官網下載供ESP8266用的韌體，例如esp8266-20170108-v1.8.7.bin，然後燒錄即可，序列埠連線速率是115200。MicroPython文件到此參閱，原始碼在GitHub。另可參考Adafruit的文件MicroPython Basics: How to Load MicroPython on a Board。

CircuitPython

CircuitPython是MicroPython的分支版本，主要加入Atmel SAMD21的支援，以及API的變動。到此下載供ESP8266用的韌體，例如供此模組用的adafruit-circuitpython-feather_huzzah-0.9.5.bin，然後燒錄即可，序列埠連線速率是115200。CircuitPython文件到此參閱，原始碼在GitHub，還有專屬的Gitter聊天室與論壇。

也可以自己建置，需要工具是ESP Open SDK，自己從頭搞的話太麻煩，參考這份文件，使用VirtualBox、Vagrant打造建置環境，然後便可建置CircuitPython（MicroPython也可以）。

注意，在0.9.0版以前，若是此模組Adafruit HUZZAH ESP8266 Breakout的話，序列埠連線會有問題，雖可出現Python提示符號（三個大於），但輸入沒反應。

若是0.9.1~0.9.4版，則無法正常連線。

上述問題已於0.9.5版解決，原因在這篇論壇討論文章與另一篇。


其他：

• Pycom，各種以Python為開發語言的開發板，如WiPy、LoPy、SiPy等等。 
• ampy，Adafruit MicroPython Tool，序列埠工具，傳送、存取檔案。