Gdy w 2014 roku firma Espressif wypuściła na rynek chip ESP8266, definitywnie zmieniło to „zasady gry” w obszarze układów do komunikacji bezprzewodowej. Bardzo szybko okazało się, że „chip za dolara”, nie jest zwykłym komunikacyjnym front-endem dla Wi-Fi, a mikrokontrolerem o szerokim zastosowaniu w aplikacjach IoT. Sprawy potoczyły się bardzo szybko –kilkadziesiąt milionów układów sprzedanych w ciągu pierwszych trzech lat, wiele nagród i wprowadzenie jeszcze bardziej zaawansowanego układu, mianowicie ESP32. Układ zapewnił zacieśnienie współpracy z chińskim gigantem Xiaomi i otworzył drogę do współpracy na wielu płaszczyznach z amerykańskim Amazonem. W 2018 roku Espressif świętował 10 rok istnienia, zatrudniając blisko 400 osób i lokując biura w Chinach, Indiach, Rosji oraz Europie.
Ten gigantyczny sukces nie jest żadnym zaskoczeniem – mikrokontroler ESP32 nie ma dziś konkurencji w kategorii współczynnika funkcjonalności do ceny. Obsługa wielu metod programowania (C++, FreeRTOS, a także kilka języków skryptowych przydatnych w prostszych aplikacjach) powoduje, że po układ i bazujące na nim moduły, sięgają programiści z różnym doświadczeniem oraz wymaganiami.
Mikrokontroler firmy Espressif wyposażony jest właściwie w trzy rdzenie. Pierwszy z nich (Protocol CPU) obsługuje bogate peryferia (m.in. I2C, SPI, ADC) oraz protokoły sieciowe Wi-Fi i Bluetooth. Zasoby drugiego rdzenia (APP_CPU), pracującego niezależnie od pierwszego, są dostępne dla aplikacji użytkownika. Taka architektura sprawia, że układ jest bardzo wydajny oraz obsługuje wiele wątków i funkcji jednocześnie. Do dyspozycji programisty jest także trzeci rdzeń – niskoenergetyczny, z własną pamięcią i RTC. To właśnie on odpowiada za wprowadzenie układu w najbardziej energooszczędne tryby pracy, których łącznie mamy 5. Oprócz pracy z pełną funkcjonalnością, w razie potrzeby możemy wyłączyć komunikację bezprzewodową, główne rdzenie, a nawet rdzeń niskoenergetyczny, pozostawiając aktywnym jedynie zegar czasu rzeczywistego i jego GPIO. Tryb ten pozwala na utrzymanie zużycia energii na poziomie 2,5uA. Oprócz wspomnianych SPI, I2C, ADC, mikrokontroler wyposażony jest w UART, interfejsy SD/SDIO/MMC, Ethernet, PWM, DAC, CAN, przyciski pojemnościowe, a także watchdoga. Warto również wspomnieć o wbudowanej akceleracji sprzętowej pozwalającej na szyfrowanie FLASH, bezpieczne przechowywanie kodu oraz funkcję „secure boot”. Ponadto, mikrokontroler umożliwia zabezpieczenie połączeń bezprzewodowych za pomocą TLS (SSL).
Espressif, mając na uwadze potrzeby klienteli, zdywersyfikował swoją ofertę, dzięki czemu projektanci mogą wybierać w różnych wariantach. Modelem, który jako pierwszy pojawił się na rynku, był mikrokontroler ESP8266. Produkt ten napędzał jeden rdzeń obliczeniowy, posiadał on WiFi i ograniczoną ilość obsługiwanych peryferiów. Następujący po nim mikrokontroler ESP32 przewyższał swojego poprzednika ilością rdzeni (do dwóch rdzeni obliczeniowych oraz jeden rdzeń niskoenergetyczny), a także obsługą łączności BLE. Posiadał on także większą ilość obsługiwanych interfejsów. Nie jest to jednak koniec, gdyż producent zdecydował się ponadto na wypuszczenie zróżnicowanych wariantów w obrębie poszczególnych rodzin. Tak więc obok modelu ESP8266 znalazł się niemalże bliźniaczy mikrokontroler o oznaczeniu ESP8285, który wyróżniał się tym, iż posiadał zintegrowaną pamięć FLASH.
Co się natomiast tyczy ESP32, to tutaj inżynierowie firmy Espressif stworzyli kilka wersji mikrokontrolera: ESP32-S0WD – jednordzeniowy w obudowie 5x5mm, ESP32-D0WD dwurdzeniowy w obudowie 5x5mm oraz ESP32-D0WDQ6 dwurdzeniowy w obudowie 6x6mm. Ponadto powstała także wersja z wbudowanym 2MB FLASH - ESP32-D2WD oraz moduł SiP (System-in-Package) o wielkości chipa, który oprócz 32-bitowego MCU posiada dodatkowo kwarc, pamięć FLASH 4 MB, filtry oraz kondensatory potrzebne do układów RF, a wszystko to zawiera się w obudowie 7x7mm.
Co więcej, w oparciu o poszczególne SoC, producent przygotował także rozbudowane moduły, co daje obraz, jak szeroką gamę potencjalnych aplikacji mogą zasilać produkty firmy Espressif. Na bazie chipu ESP8266 powstały moduły: ESP-WROOM-02D z anteną wewnętrzną oraz ESP-WROOM-02U z wyprowadzeniem na antenę zewnętrzną (gniazdo UFL). Obydwie wersje są względem siebie kompatybilne pin-2-pin oraz mogą mieć FLASH o rozmiarach 2MB lub 4MB. Wersja z anteną wewnętrzną jak i wyprowadzeniem na zewnętrzną posiada pełną certyfikację CE, FCC.
W oparciu o wariant ESP32-S0WD powstał moduł ESP32-SOLO-1 4MB z anteną wewnętrzną, a z kolei na podstawie wersji ESP32-D0WD opracowano: ESP32-WROOM-32D z anteną wewnętrzną oraz ESP32-WROVER-B z anteną wewnętrzną oraz ESP32-WROVER-IB z wyprowadzeniem na antenę zewnętrzną (gniazdo UFL). Warto wspomnieć, że moduł ESP32-WROOM-32D jest kompatybilny pin-2-pin z wersją ESP32-WROOM-32U, podobnie jak ESP32-WROVER-Bz wariantem ESP32-WROVER-IB. Moduły te mogą być wyposażone we FLASH 4MB, 8MB lub 16MB. Wersje ESP32-WROVER-B oraz ESP32-WROVER-IB posiadają dodatkowo 8MB PSRAM. Wszystkie te moduły posiadają pełną certyfikację CE, FCC, SIG.
Liczba potencjalnych rynków i konkretnych rozwiązań w których można wykorzystać mikrokontroler jest praktycznie nieograniczona, zwłaszcza mając na uwadze wbudowane technologie bezprzewodowe oraz niskie zużycie energii ESP32. Funkcje takie jak ESP-TOUCH (szybkie parowanie urządzeń bazujących na ESP ze smartfonem) czy IoT Espressif App (szablony i przykłady aplikacji mobilnych dla iOS i Android) powodują, że urządzenia mobilne stają się tanią i łatwo dostępną bramą do konfiguracji oraz odczytu parametrów urządzeń przemysłowych (np. maszyny produkcyjne czy sterowniki automatyki). Energooszczędność, wysoki stopień zintegrowania oraz bardzo małe wymiary mikrokontrolera ESP32 to atuty, które są szczególnie pożądane w urządzeniach zasilanych bateryjnie, takich jak przenośna elektronika użytkowa (wearables), czujniki w logistyce (np. temperatury) czy automatyce domowej. Z myślą o tej ostatniej powstały takie funkcje jak ESP-NOW (możliwość połączeń między urządzeniami bez potrzeby dodatkowego Routera) czy ESP-MESH (budowa automatycznie generowanej sieci w topologii siatki, obsługującej do 1000 urządzeń). Wysoka redundancja, znaczące zwiększenie zasięgu oraz łatwość implementacji, powodują, że to ostatnie rozwiązanie znajduje szereg zastosowań w oświetleniu (biurowym, przemysłowym czy awaryjnym), systemach parkingowych, sieciach czujników oraz fabrykach.
Niedawno swoją premierę miał najnowszy chip Espressif – ESP32-S2. Rozwiązanie to odchudzono o jeden rdzeń i komunikację bluetooth, niemniej dzięki nowszej architekturze (Xtensa LX7) układ jest wydajniejszy w specyficznych przypadkach i ma możliwość wykonywania większej liczby operacji zmiennoprzecinkowych (FLOPS) w stosunku do swojego poprzednika. Ma to szczególne znaczenie w aplikacjach MESH, gdzie zależy nam na dużej responsywności sieci oraz szybkości jej konfiguracji. Ponadto, rdzeń niskoenergetyczny jest łatwiejszy w konfiguracji i programowaniu, a jednocześnie jeszcze oszczędniejszy prądowo. Do dyspozycji jest aż 43 programowalnych GPIO i 14 przycisków pojemnościowych, co jest szczególnie interesujące w kontekście aplikacji z rynku AGD. Producent wprowadził także obsługę USB OTG, na co czekało wiele osób oraz funkcję Time-of-Flight. Ta druga daje możliwość lokalizacji urządzenia wewnątrz budynków, co daje możliwość wykorzystania układów w jeszcze szerszym i ciekawszym spektrum zastosowań. Wszystko to dostępne jest w układzie za cenę poniżej 0,99 USD. Można śmiało stwierdzić, że mówimy tu o prawdziwym „chipie przyszłości”, który ponownie zmienia „zasady gry” na rynku, jak zdążyła już stwierdzić część publicystów.
Soyter Components jest oficjalnym przedstawicielem Espressif Systems na polskim rynku od 2015 roku. Nasi specjaliści służą pomocą w doborze odpowiednich rozwiązań do jednostkowych wymagań aplikacji. Moduły i zestawy startowe producenta są u nas dostępne „od ręki”, prosto z magazynu. Doświadczenie projektowe, które zdobyliśmy współpracując z naszymi klientami w wielu różnych aplikacjach, pozwala nam wspierać projekty poprzez profesjonalne doradztwo oraz wsparcie techniczne. Niezwykle satysfakcjonującym jest dla nas brać udział w budowaniu rynku najnowszych technologii i być częścią rewolucji w funkcjonalności i rozmiarach urządzeń, które tworzą nasi klienci.
Tekst został pierwotnie opublikowany w Elektroniku.