ESP32-Ethernet-Kit V1.1 入门指南¶
本指南将介绍 ESP32-Ethernet-Kit 开发板的配置以及相关功能的使用。
ESP32-Ethernet-Kit 是一款以太网转 Wi-Fi 开发板，可为以太网设备赋予 Wi-Fi 连接功能。为了提供更灵活的电源选项，ESP32-Ethernet-Kit 同时也支持以太网供电 (PoE)。
准备工作¶
- ESP32-Ethernet-Kit V1.1 开发板
- USB 数据线（A 转 Micro-B）
- PC（Windows、Linux 或 Mac OS）
您可以跳过介绍部分，直接前往 应用程序开发 章节。
概述¶
ESP32-Ethernet-Kit 是一款来自 乐鑫 的开发板。
它由 以太网母板（A板） 和 PoE 子板（B 板） 两部分组成。其中 以太网母板（A板） 集成蓝牙 / Wi-Fi 双模 ESP32-WROVER-B 模组和单端口 10/100 Mbps 快速以太网收发器 (PHY) IP101GRI。PoE 子板（B 板） 提供以太网供电功能。ESP32-Ethernet-Kit 的 A 板可在不连接 B 板的情况下独立工作。
ESP32-Ethernet-Kit V1.1
为了实现程序下载和监控，A 板还集成了一款先进多协议 USB 桥接器（FTDI FT2232H 芯片）。FTDI FT2232H 芯片使得开发人员无需额外的 JTAG 适配器，通过 USB 桥接器使用 JTAG 接口便可对 ESP32 直接进行调试。
功能说明¶
有关 ESP32-Ethernet-Kit 开发板的主要组件、接口及控制方式，请见下方的图片和表格。
以太网母板（A 板）¶
ESP32-Ethernet-Kit - 以太网母板（A 板）布局（点击放大）（请更新图片）
下表将从图片右上角开始，以顺时针顺序介绍图中的主要组件。
| 主要组件 | 基本介绍 |
|---|---|
| ESP32-WROVER-B 模组 | 这款 ESP32 模组内置 64-Mbit PSRAM，可提供灵活的额外存储空间和数据处理能力。 |
| GPIO Header 2 | 由 5 个未引出通孔组成，可连接至 ESP32 的部分 GPIO。具体介绍，请见 GPIO Header 2。 |
| 功能选择开关 | 一个 4 位拨码开关，可配置 ESP32 部分 GPIO 的功能。请注意，拨码开关旁边开发板的丝印层上的 GPIO 管脚标记的位置是不正确的。有关详细信息和正确的管脚分配，请见 功能选择开关。 |
| Tx/Rx LEDs | 2 个 LED，可显示 UART 传输的状态。 |
| FT2232H | FT2232H 多协议 USB 转串口桥接器。开发人员可通过 USB 接口对 FT2232H 芯片进行控制和编程，与 ESP32 建立连接。FT2232H 芯片可在通道 A 提供 USB-to-JTAG 接口功能，并在通道 B 提供 USB-to-Serial 接口功能，便利开发人员的应用开发与调试。见 ESP32-Ethernet-Kit V1.1 以太网母板（A 板）原理图。 |
| USB 端口 | USB 接口。可用作开发板的供电电源，或连接 PC 和开发板的通信接口。 |
| 电源开关 | 电源开关。拨向 5V0 按键侧，开发板上电；拨向 GND 按键一侧，开发板掉电。 |
| 5V Input | 5V 电源接口建议仅在开发板自动运行（未连接 PC）时使用。 |
| 5V Power On LED | 当开发板通电后（USB 或外部 5V 供电），该红色指示灯将亮起。 |
| DC/DC 转换器 | 直流 5 V 转 3.3 V，输出电流最高可达 2 A。 |
| Board B 连接器 | 1 对 排针和排母，用于连接 PoE 子板（B 板）。 |
| IP101GRI (PHY) | 物理层 (PHY) 单端口 10/100 快速以太网收发器 IP101GRI 芯片，允许开发人员实现与以太网线缆的物理层连接。PHY 与 ESP32 通过简化媒体独立接口 (RMII) 实现连接。RMII 是 媒体独立接口 (MII) 的标准简化版本。PHY 可在 10/100 Mbps 速率下支持 IEEE 802.3 / 802.3u 标准。 |
| RJ45 端口 | 以太网数据传输端口。 |
| 网络变压器 | 网络变压器属于以太网物理层的一部分，可保护电路，使其免受故障和电压瞬变影响，包括防止收发器芯片和线缆之间产生共模信号。同时它也可以在收发器与以太网设备之间提供电流隔绝。 |
| Link/Activity LED | 2 个 LED（绿色和红色），可分别显示 PHY 处于 “Link” 状态或 “Activity” 状态。 |
| BOOT Button | 下载按键。按下 BOOT 键并保持，同时按一下 EN 键（此时不要松开 BOOT 键）进入“固件下载”模式，通过串口下载固件。 |
| EN 按键 | 复位按键。 |
| GPIO Header 1 | 由 6 个未引出通孔组成，可连接至 ESP32 的备用 GPIO。具体介绍，请见 GPIO Header 1。 |
PoE 子板（B 板）¶
PoE 子板转换以太网电缆传输的电能 (PoE)，为以太网母板（A 板）提供电源。PoE 子板（B 板）的主要组件见 功能概述 中的功能框图。
PoE 子板（B 板）具有以下特性：
- 支持 IEEE 802.3at 标准
- 电源输出：5 V，1.4 A
如需使用 PoE 功能，请用以太网线缆将以太网母板（A 板）上的 RJ45 Port 连接至 PoE 的交换机。以太网母板（A 板）检测到来自 PoE 子板（B 板）的 5 V 供电后，将从 USB 供电自动切换至 PoE 供电。
ESP32-Ethernet-Kit - PoE 子板（B 板）布局（点击放大）
| 主要组件 | 基本介绍 |
|---|---|
| A 板连接器 | 4 个排针（左侧）和排母（右侧），用于将 PoE 子板（B 板）连接至 Ethernet board (A)。左侧的管脚接受来自 PoE 交换机的电源。右侧的管脚为 以太网母板（A 板）提供 5 V 电源。 |
| 外部电源终端 | PoE 子板（B 板）可选电源 (26.6 ~ 54 V)。 |
设置选项¶
本节介绍用于 ESP32-Ethernet-Kit 开发板的硬件配置选项。
功能选择开关¶
拨码开关打开时，拨码开关将列出的 GPIO 路由到 FT2232H 以提供JTAG功能。拨码开关关闭时，GPIO 可以用于其他目的。
| 拨码开关 | GPIO 管脚 |
|---|---|
| 1 | GPIO13 |
| 2 | GPIO12 |
| 3 | GPIO15 |
| 4 | GPIO14 |
注解
拨码开关旁边开发板的丝印层上的 GPIO 管脚标记的位置是不正确的。请以表格中的顺序为准。
RMII 时钟源选择¶
RMII 工作模式下的以太网 MAC 和 PHY 需要一个公共的 50MHz 同步时钟（即 RMII 时钟），它既可以由外部提供，也可以由内部的 ESP32 APLL 产生。
注解
有关 RMII 时钟源选择的更多信息，请参见 ESP32-Ethernet-Kit V1.1 以太网母板（A 板）原理图，第 2 页的位置 D2。
PHY 侧提供 RMII 时钟¶
ESP32-Ethernet-Kit 默认配置为 IP101GRI 的 50M_CLKO 信号线提供 RMII 时钟，该时钟信号由 PHY 外侧连接的 25MHz 无源晶振经过倍频产生。详情请参见下图。
PHY 侧提供 RMII 时钟
请注意，系统上电时 RESET_N 旁的下拉电阻会将 PHY 置于复位状态，ESP32 需要通过 GPIO5 将 RESET_N 拉高才能启动 PHY，只有这样才能保证系统的正常上电，否则 ESP32 会存在一定几率进入下载模式（当 REF_CLK_50M 时钟信号在 GPIO0 上电采样阶段刚好处于高电平）。
ESP32 APLL 内部提供的 RMII 时钟¶
另一种选择是从 ESP32 APLL 内部获取 RMII 时钟，请参见下图。来自 GPIO0 的时钟信号首先被反相，以解决传输线延迟的问题，然后提供给 PHY。
ESP32 APLL 内部提供的 RMII 时钟
要实现此选项，用户需要在板子上移除或添加一些阻容元器件。有关详细信息，请参见 ESP32-Ethernet-Kit V1.1 以太网母板（A 板）原理图，第 2 页，位置 D2。请注意，如果 APLL 已经用于其他用途（如 I2S 外设），那么只能使用外部 RMII 时钟。
GPIO 分配¶
本节介绍了 ESP32-Ethernet-Kit 开发板特定接口或功能的 GPIO 分配情况。
IP101GRI (PHY) 接口¶
下表显示了 ESP32 (MAC) 与 IP101GRI (PHY) 的管脚对应关系。ESP32-Ethernet-Kit 的实现默认设置为简化媒体独立接口。
| . | ESP32 管脚 (MAC) | IP101GRI (PHY) |
|---|---|---|
| RMII 接口 | ||
| 1 | GPIO21 | TX_EN |
| 2 | GPIO19 | TXD[0] |
| 3 | GPIO22 | TXD[1] |
| 4 | GPIO25 | RXD[0] |
| 5 | GPIO26 | RXD[1] |
| 6 | GPIO27 | CRS_DV |
| 7 | GPIO0 | REF_CLK |
| 串行管理接口 | ||
| 8 | GPIO23 | MDC |
| 9 | GPIO18 | MDIO |
| PHY 复位 | ||
| 10 | GPIO5 | Reset_N |
注解
除了 REF_CLK 之外，ESP32 的 RMII 接口 下的所有管脚分配都是固定的，不能通过 IOMUX 或 GPIO 矩阵进行更改。
GPIO Header 1¶
本连接器包括 ESP32-Ethernet-Kit 开发板上部分不用做他用的 GPIO。
| . | ESP32 管脚 |
|---|---|
| 1 | GPIO32 |
| 2 | GPIO33 |
| 3 | GPIO34 |
| 4 | GPIO35 |
| 5 | GPIO36 |
| 6 | GPIO39 |
GPIO Header 2¶
根据“说明”描述的不同情形，本连接器包含可用做他用的 GPIO。
| . | ESP32 管脚 | 说明 |
|---|---|---|
| 1 | GPIO17 | 见下方说明 1 |
| 2 | GPIO16 | 见下方说明 1 |
| 3 | GPIO4 | |
| 4 | GPIO2 | |
| 5 | GPIO13 | 见下方说明 2 |
| 6 | GPIO12 | 见下方说明 2 |
| 7 | GPIO15 | 见下方说明 2 |
| 8 | GPIO14 | 见下方说明 2 |
| 9 | GND | Ground |
| 10 | 3V3 | 3.3 V 电源 |
注解
- ESP32 芯片的 GPIO16 和 GPIO17 管脚没有引出至 ESP32-WROVER-B 模组的管脚，因此无法使用。如需使用 ESP32 的 GP1016 和 GPIO17 管脚，建议更换其他不含 PSRAM 的模组，比如 ESP32-WROOM-32D 或 ESP32-SOLO-1。
- 具体功能取决与 功能选择开关 的设置。
GPIO 管脚分配总结¶
| ESP32-WROVER-B | IP101GRI | UART | JTAG | GPIO | Comments |
|---|---|---|---|---|---|
| S_VP | IO36 | ||||
| S_VN | IO39 | ||||
| IO34 | IO34 | ||||
| IO35 | IO35 | ||||
| IO32 | IO32 | ||||
| IO33 | IO33 | ||||
| IO25 | RXD[0] | ||||
| IO26 | RXD[1] | ||||
| IO27 | CRS_DV | ||||
| IO14 | TMS | IO14 | |||
| IO12 | TDI | IO12 | |||
| IO13 | RTS | TCK | IO13 | ||
| IO15 | CTS | TDO | IO15 | ||
| IO2 | IO2 | ||||
| IO0 | REF_CLK | See note 1 | |||
| IO4 | IO4 | ||||
| IO16 | IO16 (NC) | See note 2 | |||
| IO17 | IO17 (NC) | See note 2 | |||
| IO5 | Reset_N | See note 1 | |||
| IO18 | MDIO | ||||
| IO19 | TXD[0] | ||||
| IO21 | TX_EN | ||||
| RXD0 | RXD | ||||
| TXD0 | TXD | ||||
| IO22 | TXD[1] | ||||
| IO23 | MDC |
注解
- 为防止 ESP32 侧 GPIO0 的上电状态受 PHY 侧时钟输出的影响，PHY 侧 RESET_N 默认为低，以关闭 PHY 侧时钟输出。上电后，您可通过 GPIO5 控制 RESET_N 以打开该时钟输出。参见 PHY 侧提供 RMII 时钟。对于无法通过 RESET_N 关闭时钟输出的 PHY，PHY 侧建议使用可在外部禁用/使能的有源晶振。与使用 RESET_N 类似，默认情况下晶振模块应禁用，并在上电后由 ESP32 开启。有关参考设计，请参见 ESP32-Ethernet-Kit V1.1 以太网母板（A 板）原理图。
- ESP32 芯片的 GPIO16 和 GPIO17 管脚没有引出至 ESP32-WROVER-B 模组的管脚，因此无法使用。如需使用 ESP32 的 GP1016 和 GPIO17 管脚，建议更换其他不含 PSRAM 的模组，比如 ESP32-WROOM-32D 或 ESP32-SOLO-1。
应用程序开发¶
ESP32-Ethernet-Kit 上电前，请首先确认开发板完好无损。
初始设置¶
- 首先，请将 以太网母板（A 板） 上的所有开关均拨至 ON 状态，使 功能选择开关 处于默认状态。
- 为了方便应用程序的下载和测试，不要为开发板输入任何信号。
- 此时可以连接 PoE 子板（B 板） ，但不要向 B 板连接任何外部电源。
- 使用 USB 数据线将 以太网母板（A 板） 连接至 PC。
- 将 电源开关 从 GND 拨至 5V0 一侧。此时，5V Power On LED 应点亮。
配置与加载以太网示例¶
在完成开发环境设置和开发板测试后，您可以配置并烧录 ethernet/ethernet 示例。本示例专门用于测试以太网功能，支持不同 PHY，包括 ESP32-Ethernet-Kit V1.1 开发板使用的 IP101GRI 。
针对 ESP32-Ethernet-Kit V1.0 的主要修改：¶
- 原 GPIO0 反相后时钟提供给 PHY 方案改为由 PHY 侧外接无源晶振，提供时钟给 GPIO0。原用于控制有源晶振的 OSC_EN 的 IO2 释放，可用作其他用途。
- 为防止 ESP32 侧 GPIO0 的上电状态受到 PHY 侧时钟输出的影响，PHY 侧 RESET_N 默认为低，关闭 PHY 侧时钟输出。而后可通过 GPIO5 控制 RESET_N 打开该时钟输出。
- 移除 FT2232H 芯片的外部 SPI Flash U6。
- 移除流控的测试排针 J4。
- 移除 nTRST JTAG信号，相应的 GPIO4 可用作其他用途。
- GPIO15 线上的上拉电阻 R68 移至 JTAG 的 MTDO 侧。
- 为了加强 A 板和 B 板连接间的防呆设计（减少反向插入 B 板的机会），将原先 A 板上的 2 排 4 针排针改为 1 排 4 针排母和 1 排 4 针排针。相应的 4 针排针排和排母排则安装在 B 板上。
ESP32-Ethernet-Kit 的其他版本¶
相关文档¶
- ESP32-Ethernet-Kit V1.1 以太网母板（A 板）原理图 (PDF)
- ESP32-Ethernet-Kit V1.0 PoE 子板（B 板）原理图 (PDF)
- ESP32 技术规格书 (PDF)
- ESP32-WROVER-B 技术规格书 (PDF)
- JTAG 调试
- ESP32 H/W 硬件参考