ESP32-S3: распиновка DevKitC, платы Waveshare и отличие от C3

S3, C3 и обычный ESP32: что изменилось

Сравнивать имеет смысл по трём осям: ядро, интерфейсы и периферия. Всё остальное вторично, потому что задачи у этих плат пересекаются сильнее, чем кажется.

Одна строка в этой таблице объясняет, почему S3 стоит брать: два USB. На C3 есть только Serial и JTAG, и он умеет быть последовательным портом, но не умеет притвориться клавиатурой или мышью. На S3 есть полноценный USB OTG, и с ним чип работает как устройство HID без единого внешнего резистора.

Два разъёма USB и выводы 19 и 20

На плате DevKitC стоят два разъёма Micro USB. Первый ведёт на отдельный мост USB и нужен для прошивки и обычного Serial. Второй подключён напрямую к выводам 19 и 20 самого чипа и даёт нативный USB OTG, он же используется как Serial и JTAG при отладке.

• Разъём с мостом даёт виртуальный порт COM на скорости до 3 Мбит/с и нужен всегда при прошивке.
• Разъём на выводах 19 и 20 даёт USB OTG чипа, а вместе с ним отладку по JTAG без внешнего отладчика.
• Оба контроллера делят одну пару выводов, поэтому включить их одновременно нельзя.
• Кабель должен нести линии данных: зарядные шнуры их не имеют, и порт не появится.
• После первой прошивки через нативный USB компьютер видит устройство как CDC, а не как Arduino.

Распиновка DevKitC: 36 выводов на гребёнках

Модуль S3 в корпусе WROOM имеет 45 линий GPIO: от GPIO0 до GPIO21 и от GPIO26 до GPIO48. Девять линий, с GPIO26 по GPIO34, отданы внутренней шине SPI флеша и наружу не выведены. На гребёнках платы остаётся 36 выводов: с GPIO0 по GPIO21 и с GPIO35 по GPIO48.

• Выводы 19 и 20 заняты USB, и трогать их без нужды не стоит.
• GPIO43 это TX, GPIO44 это RX, туда же подключён встроенный мост.
• GPIO0 держит кнопку Boot, и на нём же высокий уровень при старте вводит режим загрузки прошивки.
• GPIO35, GPIO36 и GPIO37 на модулях с восьмибитной PSRAM заняты внутренней шиной и наружу не выведены.
• Вывод 38 или 48 на плате занят адресным светодиодом RGB: в версии 1.0 это 48, в версии 1.1 это 38.
• VP и VN это аналоговые входы, канал АЦП на них один и он 12 бит.

Декодер JPEG, камера и касание

В S3 встроен аппаратный декодер JPEG, и на этом чипе делают камеры: плата с модулем OV2640 и интерфейсом DVP снимает картинку без внешнего преобразователя. Распаковка кадра на процессоре не занимает время, как на обычном ESP32, где для этого нужен был жадный разбор в памяти.

Ещё одна особенность S3, которой нет ни у C3, ни у первого ESP32: 14 ёмкостных каналов касания на выводах с GPIO1 по GPIO14. Палец или кусок бумаги на сенсорной площадке дают значение, которое читается функцией touchRead. Это работает без микроконтроллера на кнопке.

#include <Arduino.h>
 
void setup() {
  Serial.begin(115200);
  delay(300);
 
  Serial.print("Board: ");
  Serial.println(ARDUINO_BOARD);
 
#if CONFIG_IDF_TARGET_ESP32S3
  Serial.println("Target: ESP32-S3, dva yadra Xtensa LX7 240 MHz");
#elif CONFIG_IDF_TARGET_ESP32C3
  Serial.println("Target: ESP32-C3, odno yadro RISC-V 160 MHz");
#else
  Serial.println("Target: ne ESP32");
#endif
 
  touchRead(0);              // inizializaciya skanirovaniya kanalov
}
 
void loop() {
  for (int i = 0; i < 14; i++) {
    int t = touchRead(i);
    if (t > 20) {
      Serial.print("Kanal ");
      Serial.print(i);
      Serial.print(" soglazhivanie: ");
      Serial.println(t);
    }
  }
  delay(200);
}

Какую плату брать: DevKitC, Super Mini, Zero, Waveshare

Под запросы «waveshare esp32 s3» и «esp32 s3 mini» в продаже идёт много разных плат, и разница между ними не в чипе, а в разъёмах, экране и памяти.

Платы Waveshare берут ради готового экрана и слота карты памяти, а не ради самого чипа: там же S3 с небольшим экраном и парой кнопок. Для первого проекта это удобно, но выводов на гребёнках у них меньше, чем у DevKitC.

Что сначала не получилось

Первый провал занял два вечера. Я выбрал в настройках IDE плату ESP32 Dev Module, подключил плату разъёмом с мостом, нажал загрузить и получил ошибку: порта нет. Я переустановил драйвер, переткнул кабель в другой разъём, скачал другую версию IDE и только потом догадался посмотреть на надпись на плате.

Дело было в том, что плата с S3 не определяется автоматически. Для неё надо выбрать конкретную плату из списка, а после первой прошивки порт переезжает: вместо порта моста появляется устройство USB CDC, и IDE перестаёт его видеть как Arduino.

Второй тупик был глупее и обошёлся дороже. Я купил плату Super Mini, припаял к ней датчик температуры на вывод 4 и неделю не мог понять, почему показания застыли на нуле. На Super Mini выводы подписаны не как на DevKitC, и я перепутал номера: датчик ушёл на вывод питания.

Личный опыт: терминал на S3

Мой первый проект на S3 был настольным терминалом: плата, маленький экран на SPI, кнопки и датчик температуры. Задача была показать текущую температуру и датчик BLE со смартфона, а время ответа не больше секунды.

Что выяснилось по ходу. Перерисовка экрана занимала 40 мс, и при обновлении раз в секунду это было видно как короткое мигание, поэтому я рисовал только изменившиеся цифры. Второй разъём я оставил на мосте, а нативный USB задействовал под HID, чтобы терминалом можно было управлять с компьютера без установки драйверов. А вывод 35 на моей плате с восьмибитной PSRAM был недоступен, и я перенёс на него кнопку только после того, как перечитал документацию.

Авторская позиция: когда брать S3, а когда C3

Новичку я бы посоветовал начинать с C3. Он дешевле, у него нет ни одного лишнего разъёма, а WiFi и Bluetooth LE там работают точно так же. Большинство проектов, которые начинаются с «подключить датчик и отправить значение на телефон», на C3 умещаются целиком.

S3 стоит брать по трём причинам. Первая: нужен нативный USB, то есть HID, мышь, клавиатура или флешка. Вторая: камера или декодер JPEG. Третья: два ядра и векторные инструкции под вычисления. Если ни одной из трёх причин у вас нет, S3 будет дороже и бессмысленнее.

И ещё одно правило: сначала прошивайте через разъём с мостом. Нативный USB на S3 удобен, но пока плата не прошита, он бесполезен, а переключение портов в IDE сбивает с толку сильнее, чем любой другой нюанс этой платы.

Частые вопросы