关于 ESP8266 端口的一般信息

ESP8266 是乐鑫推出的一款流行的支持 WiFi 的片上系统 (SoC)。

多块板子

有许多来自不同来源的模块和电路板带有 ESP8266 芯片。MicroPython 试图提供一个可以在尽可能多的板/模块上运行的通用端口，但可能存在限制。以Adafruit Feather HUZZAH板作为端口的参考板（例如对其进行测试）。如果您有另一块电路板，请确保您有一份数据表、原理图和其他参考材料，以便您方便地查找电路板功能的各个方面。

为了制作通用的 ESP8266 端口并支持尽可能多的板卡，做出了以下设计和实现决策：

  • GPIO 引脚编号基于 ESP8266 芯片编号，而不是特定板的某种“逻辑”编号。请手头有您的电路板的手册/引脚图，以查找您的电路板引脚与实际 ESP8266 引脚之间的对应关系。我们还鼓励各种板的用户通过 MicroPython 论坛共享此映射，最终收集社区维护的参考资料。

  • MicroPython 支持所有有意义的引脚（例如，用于连接 SPI 闪存的引脚不会暴露，因为它们不太可能对其他任何东西有用，并且对它们进行操作会导致电路板锁定） . 然而，任何特定的电路板可能只暴露引脚的子集。请查阅您的电路板参考手册。

  • 某些开发板可能缺少外部引脚/内部连接以支持 ESP8266 深度睡眠模式。

技术规格和 SoC 数据表

ESP8266 芯片的数据表和其他参考资料可从供应商站点获得：http://bbs.espressif.com/viewtopic.php?f=67&t=225 。它们是芯片技术规格、功能、操作模式、内部功能等的主要参考。

为了您的方便，下面提供了一些技术规格：

  • 架构：Xtensa lx106

  • CPU频率：80MHz可超频至160MHz

  • 可用内存总量：96KB（部分预留给系统）

  • 引导ROM：64KB

  • 内部闪存：无

  • 外部 FlashROM：代码和数据，通过 SPI Flash。正常大小 512KB-4MB。

  • GPIO：16+1（GPIO与其他功能复用，包括外部FlashROM、UART、深度睡眠唤醒等）

  • UART：1 个 RX/TX UART（无硬件握手），1 个 TX-only UART。

  • SPI：2个SPI接口（1个用于FlashROM）。

  • I2C：没有本地外部 I2C（在任何引脚上都可以使用 bitbang 实现）。

  • I2S：1。

  • 编程：使用来自 UART 的 BootROM 引导加载程序。由于外部 FlashROM 和始终可用的 BootROM 引导加载程序，ESP8266 不可变砖。

运行时资源稀缺

ESP8266 的资源非常有限（首先是 RAM 内存）。因此，请避免分配太大的容器对象（列表、字典）和缓冲区。也没有成熟的操作系统来跟踪资源并自动清理它们，因此这是用户/用户应用程序的任务：请确保在使用后尽快关闭打开的文件、套接字等。

启动过程

启动时，MicroPython EPS8266 端口_boot.py从内部冻结模块执行脚本。它在 FlashROM 中安装文件系统，或者如果它不可用，则执行模块的首次设置并创建文件系统。这部分启动过程被认为是固定的，不能为最终用户定制（即使你从源代码构建，也请不要对其进行更改；早期启动过程的定制仅适用于高级用户和开发人员，他们可以诊断因修改标准流程而产生的任何问题）。

一旦文件系统被挂载，boot.py就会从它执行。该文件的标准版本是在第一次模块设置期间创建的，并具有启动 WebREPL 守护程序（默认禁用，可使用webrepl_setup 模块配置）等的命令。该文件可由最终用户自定义（例如，您可能想要设置一些参数或添加其他应在模块启动时运行的服务）。但请记住，对 boot.py 的错误修改仍可能导致引导循环或锁定，需要从头开始刷新模块。（特别是，建议您使用 webrepl_setup模块或手动编辑来配置 WebREPL，但不能同时使用两者）。

作为引导程序的最后一步，main.py从文件系统执行（如果存在）。这个文件是一个钩子，用于在每次启动时启动用户应用程序（而不是去 REPL）。对于小型测试应用程序，您可以直接将它们命名为main.py，然后上传到模块，但建议将您的应用程序保存在单独的文件中，并且在 中只包含以下内容 main.py:

import my_app
my_app.main()

这将允许保持应用程序的结构清晰，并允许在板上安装多个应用程序，并在它们之间切换。

已知的问题

实时时钟

ESP8266 中的 RTC 精度非常差，漂移可能是每分钟几秒。作为一种解决方法，要测量足够短的间隔，您可以使用 utime.time()等功能，对于挂钟时间，请使用包含的ntptime.py模块从网络同步。

由于 ESP8266 芯片的限制，内部实时时钟 (RTC) 将每 7:45h 溢出一次。如果需要长期工作的 RTC 时间，则 time() 或 localtime() 必须在 7 小时内至少调用一次。MicroPython 然后将处理溢出。

STA_IF 和 AP_IF 同时操作

支持STA_IF和AP_IF接口同时操作。

但是由于硬件的限制，如果STA_IF没有连接和搜索，AP_IF可能会出现性能问题。应用程序应管理这些接口，例如在仅使用 AP_IF 的环境中停用 STA_IF。

套接字和 WiFi 缓冲区溢出

套接字实例保持活动状态，直到它们被显式关闭。这有两个后果。首先，它们占用 RAM，因此打开套接字而不关闭套接字的应用程序最终可能会耗尽内存。其次，未正确关闭套接字会导致供应商 WiFi 堆栈的低级部分发出 Lmac错误。如果数据进入套接字并且未及时处理，则会发生这种情况。这可能会溢出 WiFi 堆栈输入队列并导致死锁。唯一的恢复是通过硬重置。

在应用程序因任何原因（包括异常）终止并退出 REPL 后，上述情况也可能发生。数据的后续到达会引发失败，并重复发出上述错误消息。因此，在任何情况下都应该关闭套接字，无论应用程序是成功终止还是异常终止，例如使用 try/finally：

sock = socket(...)
try:
    # Use sock
finally:
    sock.close()

SSL/TLS 限制

ESP8266 使用axTLS库，这是最小的具有兼容许可的 TLS 库之一。但是，它也有一些已知问题/限制：

  1. 不支持 Diffie-Hellman (DH) 密钥交换和椭圆曲线加密 (ECC)。这意味着它不能与需要使用这些功能的站点一起工作（它可以与使用 RSA 证书的典型站点一起工作）。

  2. 半双工通信性质。axTLS 使用单个缓冲区进行发送和接收，这可以节省大量内存，并且可以很好地与 HTTP 等协议配合使用。但是不遵循经典请求-响应模型的协议可能存在问题。

除了 axTLS 自身的限制之外，用于 MicroPython 的配置针对代码大小进行了高度优化，这导致了额外的限制（这些限制可能会在未来解除）：

  1. 未启用优化的 RSA 算法，这可能会导致 SSL 握手缓慢。

  2. 未启用会话重用，这意味着每个连接都必须进行完整的、昂贵的 SSL 握手。

除了上述 axTLS 特定限制之外，在低内存设备上使用 TLS 还存在另一个通用限制：

  1. TLS 标准规定 TLS 记录的最大长度（TLS 通信的单位，整个记录必须经过缓冲才能被处理）为 16KB。这几乎是可用 ESP8266 内存的一半，由于内存碎片问题，在或多或少的高级应用程序中很难分配。作为折衷方案，使用了更小的缓冲区，因为 SSL 最有趣的用法是访问各种 REST API，这通常需要更小的消息。缓冲区大小在5KB左右，不时调整，参考可以访问 https://google.com. 然而，较小的缓冲区意味着无法使用它访问某些站点，并且不可能流式传输大量数据。axTLS 确实支持 TLS 的 Max Fragment Size 扩展，但没有 HTTPS 网站支持，因此使用该扩展实际上只对与其他设备的本地通信有效。

在ussl 基于axTLS 的 MicroPython模块中也有一些未实现的特性 ：

  1. 证书未经验证（这使得连接容易受到中间人攻击）。

  2. 不支持客户端证书（计划在 1.9.4 版本中修复）。