Gokit3 SoC 模式 ESP8266 模组开发环境搭建

前言

大学毕业那会儿本来想尝试一下物联网，后来由于工作比较忙并且不在物联网这个行业，买的一块机智云的 Gokit3 开发板一直放在家里几乎都快遗忘了。最近华为开源 HarmonyOS 2.0，内心有点激动，想起当年在实验室的时光，想买一块鸿蒙的开发板学习一下，然后突然想起家里的 Gokit3 开发板还一直没有玩过，那就尝试从Gokit3 开始入门学习一下。

Gokit3 开发套件

Gokit3 是 GoKit 产品系列的第三代，支持 MCU、SoC、BLE、语音、模式切换等特性。
GoKit3 有三种类型的套件：

• GoKit3(S)-SoC 版：分体式的设计方案，即底板( SoC 方式应去掉)+功能板+模组。
  • 乐鑫模组(ESP-12F)
  • MCU 和 SoC 两种连接方式
  • AirLink 和 SoftAP 两种方式配置入网
• GoKit3(V)-语言模组版：整体式的设计方案，较低的开发成本。
  • Lark7618 语音模组
  • MCU 连接方式
  • SoftAP 和音波配置入网
  • 支持本地语音识别、识别词条自定义、提示音自定义及 P0 数据点关联；
• GOKit3(H)-高性能模组版：高性能模组
  • 580 MHz主频、64MB DDR、16MB SPI Flash
  • OpenWRT系统
  • MCU/SoC 连接方式
  • 可用于机器人/无人机/家庭网关等

    GoKit3(S) 功能扩展板

    GoKit3(S)采用一体式SOC解决方案，并具有一定的拓展性，图如下：

ESP8266 ：乐鑫的一款高性能无线WiFi模组，可直接控制扩展板片上资源。
功能扩展板：兼容多种型号的WiFi模组，用于连接各种外设传感器，用于模拟实际应用功能。
目前支持的 SoC 方案模组有 ESP8266、Hi3518E、宇音天下模组等。

硬件功能

功能扩展板（正面）：
功能扩展板（反面）：

ESP8266 模组

ESP8266 ：乐鑫的一款高性能无线WiFi模组，可直接控制扩展板片上资源。
官网：https://www.espressif.com/zh-hans/products/modules/esp8266
WiFi 模组（正面）：

WiFi 模组（反面）：

扩展板按钮

GoKit3(S) 使用模式

GoKit3 的扩展板的模组接口采用双排母的设计，模组的单排针根据用法不同选择 MCU (MCU模式接口) 和 SoC (SoC 模式接口) 两种接入方式。

MCU 模式

MCU 模式的玩法与 GoKit2 一样，采用底板+扩展板+模组的方式(如下图所示)，支持标准版(STM32底板)和创客版(arduino底板)两种底板，支持的模组包括所有已经对接机智云的各合作伙伴厂家的模组，如 ESP8266、QCA4004、RealTek8711AM、HF LBP100、庆科等模组。MCU 模式是分体式的设计方案。WiFi 模组只负责信息的接收与发送，它通过串口等方式与 MCU 进行通信，需要在 MCU 上进行协议解析与外设相关的开发。这种方案的优点是不受限于 WiFi SOC 片上资源、应用扩展度高；缺点是开发难度大、生产成本高。

使用 MCU 的连接方式需要开发者自更新 wifi 模组的固件，固件下载地址及烧录方法见下面链接：

• 1、GAgent固件，下载页面，选择“GAgent for ESP8266”。
• 2、GAgent固件烧录方法

• 3、STM32 MCU源码包，下载页面，选择“微信宠物屋 for GoKit 2 STM”进行下载。

  SoC 模式
  

  SoC 模式是另外一种接入方式，由扩展板+模组组成。SoC版直接控制外设，节省了一颗 MCU 及周边电路，板子结构更简单，更经济。通过扩展板双排模组接口的方式支持，目前支持的模组有 ESP8266 模组、Hi3518E 等。SOC 模式是整体式的设计方案。它将 WiFi 模组与外设驱动模块直接连接起来，直接在 WiFi SOC 上进行开发，省去了一层通讯过程。这种方案的优点是能降低开发难度、降低生产成本；缺点是受限于 WiFi SOC 片上资源，应用有限。
  
  说明：SoC 模式的模组应该插到扩展板的 SoC 模式接口上；SoC 模式使用时应与底板分离，否则模组程序无法正常启动。
  二次开发源码包及原理图已经开放，地址是：

• 1、ESP8266 SoC源码包下载页面 ，选择“微信宠物屋 for GoKit3(S) ESP8266”进行下载。

• 2、原理图： http://club.gizwits.com/thread-2889-1-1.html

  新人疑问解答：在淘宝上购买的 Gokit3 (SoC 版) 并不仅仅只有 SoC 模式，并且出厂默认模式是 MCU 模式，开源通过扩展板的双模式组合接口切换，但是需要自己编译程序。

ESP8266 交叉编译环境搭建

根据官方文档和社区介绍，GoKit3 SoC 模式的编译需要在 linux 环境进行，而代码烧录又是在 Window 环境，开发环境搭建具有以下三种方式：

1. 使用乐鑫官方的 ESP8266 开发环境
2. 虚拟机 VMware(12.0版) + Ubuntu系统(14.04 <64位版>)
3. 安信可提供的一体化 IDE：https://docs.ai-thinker.com/tools
   

这里提供 Windows 和 Mac 两个平台交叉编译环境搭建的方法，Windows 系统基于 WSL2 + Ubuntu 提供 Linux 环境编译环境，Mac 系统本身就是 Unix 环境，很容易就支持交叉编译环境。

Windows 平台交叉编译环境搭建

WSL2 + Ubuntu 安装

官方文档：适用于 Linux 的 Windows 子系统文档
1.安装适用于 Linux 的 Windows 子系统
必须先启用“适用于 Linux 的 Windows 子系统”可选功能，然后才能在 Windows 上安装 Linux 分发版。
以管理员身份打开 PowerShell 并运行：

dism.exe /online /enable-feature /featurename:Microsoft-Windows-Subsystem-Linux /all /norestart

2.启用“虚拟机平台”可选组件
安装 WSL 2 之前，必须启用“虚拟机平台”可选功能。
以管理员身份打开 PowerShell 并运行：

dism.exe /online /enable-feature /featurename:VirtualMachinePlatform /all /norestart

重新启动计算机，以完成 WSL 安装并更新到 WSL2。
3.将 WSL 2 设置为默认版本
以管理员的身份打开 PowerShell，然后在安装新的 Linux 发行版时运行以下命令，将 WSL 2 设置为默认版本：

wsl --set-default-version 2

4.安装所选的 Linux 分发版
打开 Microsoft Store，并选择你偏好的 Linux 分发版。

选择 Ubuntu 进行安装。按照提示创建账号和密码，账号不一定需要和 windows 账号相同。

安装交叉编译工具链

Step 1: 安装 linux 环境相关的软件库

 sudo apt-get update
 sudo apt-get install gcc git wget make libncurses-dev flex bison gperf python-is-python2

Step 2: 下载交叉编译工具 xtensa-lx106-elf
ESP8266 集成了 32 位 Tensilica 处理器，Xtensa 处理器体系结构是一个可配置、可扩展和可集成的 32 位 RISC 处理器核心。ESP8266 需要使用交叉编译工具 xtensa-lx106-elf，可以从 esp-open-sdk 项目编译得到，也可以直接下载编译好的包：

• for 64-bit Linux：https://dl.espressif.com/dl/xtensa-lx106-elf-linux64-1.22.0-100-ge567ec7-5.2.0.tar.gz
• for 32-bit Linux：https://dl.espressif.com/dl/xtensa-lx106-elf-linux32-1.22.0-100-ge567ec7-5.2.0.tar.gz

  Tips: 终端输入 getconf LONG_BIT 命令判断安装的 linux 是 32 位还是 64 位。

wget -O ~/xtensa-lx106-elf-linux64-1.22.0-100-ge567ec7-5.2.0.tar.gz https://dl.espressif.com/dl/xtensa-lx106-elf-linux64-1.22.0-100-ge567ec7-5.2.0.tar.gz
mkdir -p /opt/esp
cd /opt/esp
tar -xzf ~/xtensa-lx106-elf-linux64-1.22.0-100-ge567ec7-5.2.0.tar.gz

工具链将解压缩到 /opt/esp/xtensa-lx106-elf 目录。
Step 3: 安装 Xtensa 库和头文件
下载库补丁至 /opt/esp/xtensa-lx106-elf/xtensa-lx106-elf/lib, 先切换目录，注意是 xtensa-lx106-elf 下面的xtensa-lx106-elf 同名子目录：

wget -O lib/libc.a https://github.com/esp8266/esp8266-wiki/raw/master/libs/libc.a
wget -O lib/libhal.a https://github.com/esp8266/esp8266-wiki/raw/master/libs/libhal.a
wget -O include.tgz https://github.com/esp8266/esp8266-wiki/raw/master/include.tgz
tar -xvzf include.tgz

可以在 Windows 系统下载完成，拷贝到 WSL 里面：

cp -a /mnt/d/work/gokit3/开发工具/xtensa/lib/libc.a lib/libc.a
cp -a /mnt/d/work/gokit3/开发工具/xtensa/lib/libhal.a lib/libhal.a
cp -a /mnt/d/work/gokit3/开发工具/xtensa/include.tgz include.tgz
tar -xvzf include.tgz

Step 4: 配置 ~/.profile 文件

vim ~/.profile

在 .profile 最后一行添加：

export PATH="$PATH:/opt/esp/xtensa-lx106-elf/bin"
alias get_lx106='export PATH="$PATH:/opt/esp/xtensa-lx106-elf/bin"'

保存退出，执行：

source ~/.profile

执行 xtensa-lx106-elf-gcc -v 显示如下所以表示配置正确：

Mac OS 平台交叉编译环境搭建

1.安装编译环境的依赖：

sudo easy_install pip
sudo pip install pyserial

2.安装交叉编译工具 xtensa-lx106-elf：
下载 https://dl.espressif.com/dl/xtensa-lx106-elf-gcc8_4_0-esp-2020r3-macos.tar.gz 文件，然后将其解压缩到 ~/esp 目录中：

mkdir -p ~/esp
cd ~/esp
tar -xzf ~/Downloads/xtensa-lx106-elf-gcc8_4_0-esp-2020r3-macos.tar.gz

工具链将解压缩到 ~/esp/xtensa-lx106-elf 目录。
配置 PATH 环境变量：

vim ~/.bash_profile

~/.bash_profile 文件添加：

export PATH=$PATH:$HOME/esp/xtensa-lx106-elf/bin

更新 ~/.bash_profile：

source ~/.bash_profile

检查交叉编译包：

xtensa-lx106-elf-gcc -v

当发现有如下的信息输出时,就代表着我们已经安装成功了。

GoKit3(S)源码编译

生成源代码

GoKit3(S)的源码获取方式请查看：代码自动生成工具介绍 文档中 生成SoC方案代码 一节。
其中关于硬件平台中的选择需要知道 Flash 的容量大小：

具体开源看 ESP8266 模组后面的型号，然后参考选型表对照：

参考：http://wiki.ai-thinker.com/esp8266

源代码编译

将 GoKit3(S) 源码解压后拷贝到 WSL 目录下：

cp -a /mnt/d/work/gokit3/program/SoC_ESP8266_32M_source /home/zhaomenghuan/gokit3/program/SoC_ESP8266_32M_source

进入编译目录：

cd ~/gokit3/program/SoC_ESP8266_32M_source/app

运行编译脚本：

./gen_misc.sh

如下图所示表明编译成功：

GoKit3(S)固件下载

下载烧写软件

• Windows 平台 Flash 下载工具（ESP8266 & ESP32 & ESP32-S2）

https://www.espressif.com/zh-hans/support/download/other-tools
下载解压点击 flash_download_tool_v3.8.5.exe 即可。

• Mac OS ESP8266 Flash 工具：https://apps.apple.com/cn/app/esp8266flash/id1344542675?mt=12

  设置烧写选项

  GoKit3(S) 烧写固件分为 SoC 版和 MCU 版，开发者应根据 GoKit3(S) 的模式烧写对应版本的固件。
  编译后的固件：
  SOC版的程序固件名称为：user1.4096.new.6.bin
  编译后固件默认保存位置：~/gokit3/program/SoC_ESP8266_32M_source/bin/upgrade
  确认烧写选项：
  
  需要烧写 bin/blank.bin、bin/boot_v1.6.bin、bin/esp_init_data_default.bin、bin/upgrade/user1.4096.new.6.bin 四个固件。这几个固件的含义如下：

烧写具体过程

1.连接 TTL 转 USB 接口

2.给 Gokit 扩展板供电

新人误区：扩展板不是提供了 USB 转串口的接口，为啥还需要单独用 USB 转 TTL 串口线进行连接？这是因为扩展板上的串口 CP2102 只是输出 DEBUG 信息用，不能用来下载固件。

3.上电烧录固件

首先，将拨码开关设为程序烧录模式（下拨位置）

相继按下烧录工具的“START”键与WiFi模组的“Reset”键，开始烧录程序：


若显示“完成”及烧录成功

4.切换正常工作模式

将拨码开关设为正常使用模式（上拨位置）

按下 Reset键重启模组**，程序开始工作

VS Code 代码编写

WSL 中使用 VS Code

Windows 环境安装 VS Code，然后安装 Remote WSL 拓展。

安装好之后，打开一个 linux 远程窗口：

导入工程，可以直接在终端编译调试：

为了方便写代码，可以在 WSL 的 VS Code 安装 C/C++ 相关的插件。

运行微信宠物屋 Demo

参考官方文档 通讯模组SoC方案接入机智云流程，通过开发者中心自动生成代码，然后本地修改自动生成的代码，然后按照上面的步骤烧录代码即可实现官方的 Demo。烧录成功后，使用串口调试工具可以查看设置运行的日志，后面我们可以通过在源码中添加一些自定义的日志，这样就可以开始去看源代码了。

参考

• Gokit3 系列开发套件简介（Gokit 3.x 超详细版）
• GoKit3 SoC模式和MCU模的简单说明以及出厂固件
• GoKit3(S)使用说明书
• GoKit3(S)开发套件介绍
• GoKit3(S) 二次开发—开发环境搭建
• Gokit3入门视频（2016）视频教程
• GoKit3(S) 二次开发—开发环境搭建
• GoKit3(S)开发环境准备
• 如何知道ESP8266内部FLASH容量大小及SPI MODE
• ESP32 Development on Windows Subsystem for Linux
• Visual Studio Code 与 Win10 64bit Ubuntu bash 的ESP8266 编译开发环境搭建
• Standard Setup of Toolchain for Linux
• Standard Setup of Toolchain for Mac OS
• SDK – ESP8266 – Xtensa architecture toolchain

写文章不容易，也许写这些代码就几分钟的事，写一篇大家好接受的文章或许需要几天的酝酿，如果文章对您有帮助请我喝杯咖啡吧！