如何使用Arduino IDE进行ESP32双核编程

如何使用Arduino IDE进行ESP32双核编程

本文将展示如何使用ESP32的两个内核同时执行两个操作。通过利用ESP32的双核特性，可以构建更复杂的应用程序，如实时系统。

ESP模块因其Wi-Fi功能而广受欢迎，例如ESP8266、ESP-12E等。这些都是具有Wi-Fi功能的强大微控制器模块。还有一个ESP模块，它比以前的ESP模块更强大、更通用——它的名字是ESP32。它具有蓝牙和Wi-Fi连接，我们已经解释了ESP32的BLE功能，并在许多物联网项目中使用了ESP32。但很少有人知道ESP32是双核微控制器。

ESP32具有两个32位Tensilica Xtensa LX6微处理器，这使其成为功能强大的双核（core0和core1）微控制器。它有单核和双核两种变体。但双核版本更受欢迎，因为没有明显的价格差异。

ESP32可以使用Arduino IDE、Espressif IDF、Lua RTOS等进行编程。使用Arduino IDE进行编程时，代码只能在Core1上运行，因为Core0已经针对射频通信进行了编程。但这是本教程，我们将展示如何使用ESP32的两个内核同时执行两个操作。这里的第一个任务是闪烁板载LED，第二个任务是从DHT11传感器获取温度数据。

让我们首先看看多核处理器相对于单核的优势。

多核处理器的优势

• 当有两个以上的进程同时工作时，多核处理器很有用。
• 由于工作分布在不同的内核之间，它的速度会提高，并且可以同时完成多个进程。
• 可以降低功耗，因为当任何内核处于空闲模式时，它都可以用来关闭当时未使用的外围设备。
• 双核处理器必须比单核处理器更少地在不同线程之间切换，因为它们可以一次处理两个而不是一次处理一个。

ESP32和FreeRTOS

ESP32板上已经安装了FreeRTOS固件。FreeRTOS是一个开源实时操作系统，在多任务处理中非常有用。RTOS有助于管理资源和最大化系统性能。FreeRTOS有许多用于不同目的的API函数，使用这些API，我们可以创建任务并使它们在不同的内核上运行。

可以在此处找到FreeRTOS API的完整文档。我们将尝试在代码中使用一些API来构建将在两个内核上运行的多任务应用程序。

查找ESP32内核ID

在这里，我们将使用Arduino IDE将代码上传到ESP32中。要知道运行代码的Core ID，有一个API函数

xPortGetCoreID()

可以从void setup()和void loop()函数调用此函数，以了解运行这些函数的核心ID。您可以通过上传以下草图来测试此API：

setup() { 
  Serial.begin(115200);
  Serial.print("setup() 函数在核心上运行："); 
  Serial.println(xPortGetCoreID()); 
} 
void loop() { 
  Serial.print("loop() 函数在核心上运行："); 
  Serial.println(xPortGetCoreID()); 
}

上传上面的草图后，打开串口监视器，你会发现这两个功能都在core1上运行，如下图所示。

从以上观察可以得出结论，默认的Arduino草图始终在core1上运行。

ESP32双核编程

Arduino IDE支持ESP32的FreeRTOS，FreeRTOS API允许我们创建可以在两个内核上独立运行的任务。任务是在板上执行一些操作的代码，例如闪烁的LED、发送温度等。

以下函数用于创建可以在两个内核上运行的任务。在这个函数中，我们必须给出一些参数，比如优先级、核心ID等。

现在，按照以下步骤创建任务和任务功能。

1. 首先在void setup函数中创建任务。在这里，我们将创建两个任务，一个用于每0.5秒后闪烁LED，另一个任务是每2秒后获取温度读数。

xTaskCreatePinnedToCore()函数有7个参数：

• 实现任务的函数名（task1）
• 任务的任何名称（“task1”等）
• 以字为单位分配给任务的堆栈大小（1个字=2字节）
• 任务输入参数（可以为NULL）
• 任务的优先级（0为最低优先级）
• 任务句柄（可以为NULL）
• 任务将运行的核心ID（0或1）

现在，通过在xTaskCreatePinnedToCore()函数中提供所有参数来创建用于闪烁LED的Task1。

xTaskCreatePinnedToCore(Task1code, "Task1", 10000, NULL, 1, NULL, 0);

同样，为Task2创建Task2并在第7个参数中设置core id 1。

xTaskCreatePinnedToCore(Task2code, "Task2", 10000, NULL, 1, NULL, 1);

您可以根据任务的复杂性更改优先级和堆栈大小。

2. 现在，我们将实现Task1code和Task2code函数。这些函数包含所需任务的代码。在我们的例子中，第一个任务将闪烁LED，另一个任务将获取温度。因此，在void setup函数之外为每个任务创建两个单独的函数。

Task1code功能实现了0.5秒后闪烁板载LED，如下所示。

void Task1code(void * parameter) { 
  Serial.print("Task1 在核心上运行"); 
  Serial.println(xPortGetCoreID()); 
  for(;;){//无限循环
    digitalWrite(led, HIGH); 
    delay(500);
    digitalWrite(led, LOW);
    delay(500); 
  } 
}

同样，实现获取温度的Task2code函数。

void Task2code( void * pvParameters ){ 
  Serial.print("Task2 在核心上运行"); 
  Serial.println(xPortGetCoreID()); 
  for(;;){
    float t = dht.readTemperature(); 
    Serial.print("温度："); 
    Serial.print(t); 
    delay(2000);
  } 
}

3. 这里的void循环函数将保持为空。我们已经知道循环和设置函数在core1上运行，因此您也可以在void循环函数中实现core1任务。

现在编码部分已经结束，所以只需在工具菜单中选择ESP32板，使用Arduino IDE上传代码。确保您已将DHT11传感器连接到ESP32的引脚D13。

现在可以在Serial Monitor或Arduino IDE上监控结果，如下所示：

通过使用ESP32的双核同时运行多个任务，可以构建像实时系统这样的复杂应用。

#include "DHT.h"
#define DHTPIN 13
#define DHTTYPE DHT11
const int led = 2;
DHT dht(DHTPIN, DHTTYPE);
setup() {
  Serial.begin(115200);
  pinMode(led, OUTPUT);
  dht.begin();
  xTaskCreatePinnedToCore(Task1code, "Task1", 10000, NULL, 1, NULL, 1);
  delay(500);
  xTaskCreatePinnedToCore(Task1code, "Task1", 10000, NULL, 1, NULL, 0);
  delay(500);
}
void Task1code(void * pvParameters ){
  Serial.print("Task1 在核心上运行");
  Serial.println(xPortGetCoreID());
  for(;;){
    digitalWrite(led, HIGH);
    delay(300);
    digitalWrite(led, LOW);
    delay(300);
  }
}
void Task2code(void * pvParameters ){
  Serial.print("Task2 在核心上运行");
  Serial.println(xPortGetCoreID());
  for(;;){
    float h = dht.readHumidity();
    float t = dht.readTemperature();
    float f = dht.readTemperature(true);
    Serial.print("温度：");
    Serial.print(t);
    Serial.print(" *C \n ");
    if (isnan(h) || isnan(t) || isnan(f)) {
      Serial.println("读取 DHT 传感器失败！");
      return;
    }
    delay(2000);
  }
}
loop() {
}