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【ESP32】ESP32系列选型

1.ESP32-P1.1 ESP32-P4(32bit RISC-V MCU)

ESP32-P4 搭载双核 RISC-V 处理器,拥有 AI 指令扩展、先进的内存子系统,并集成高速外设。ESP32-P4 专为高性能和高安全的应用设计,充分满足下一代嵌入式应用对人机界面支持、边缘计算能力和 IO 连接特性等方面提出的更高需求。

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性能

ESP32-P4 搭载 RISC-V 双核处理器,主频高达 400 MHz,支持单精度 FPU 和 AI 扩展,可满足所有必要的算力需求。它还集成了一个 40 MHz 低功率 (LP, Low Power) 内核,可支持偶尔需要高算力的超低功耗应用。ESP32-P4 允许高性能 (HP, High Performance) 内核在大部分时间休眠,从而节省功耗。同时,ESP32-P4 拥有一个高度灵活的内存子系统,以满足需要各种存储大小的应用需求。ESP32-P4 的 HP 系统配备了 768 KB 片上 SRAM,当外部 PSRAM 可用时,可以作为缓存访问。此外,ESP32-P4 HP 系统还包含了 8 KB 的 TCM,允许零等待访问。

人机交互接口

ESP32-P4 支持 MIPI-CSI(集成图像信号处理器 ISP)和 MIPI-DSI 接口,能够在应用中集成高分辨率摄像头和显示接口。可以支持高达 1080p 的显示和录像。芯片的并行显示和摄像头接口也能够实现更广泛的兼容性。ESP32-P4 还支持电容触摸输入和语音识别功能,使其成为构建任何人机交互应用的理想选择。ESP32-P4 集成了可用于图像和视频流(支持最大 1080p@30fps 的 H.264 视频编码技术)等媒体编码与压缩的硬件加速器,以及适用于 GUI 开发的像素处理加速器 (PPA, Pixel Processing Accelerator)。

集成的外设

ESP32-P4 拥有 55 个可编程 GPIO,是目前拥有最多管脚的乐鑫 SoC。ESP32-P4 支持 SPI、I2S、I2C、LED PWM、MCPWM、RMT、ADC、UART 和 TWAI™ 等常用外设。它还支持 USB OTG 2.0 HS、以太网和 SDIO Host 3.0,以实现高速连接。

安全性能

强大的安全性是 ESP32-P4 设计的核心。安全启动、flash 加密、硬件加密加速器、硬件随机数生成器等组件为设备安全保驾护航。借助数字签名外设和专用密钥管理单元,ESP32-P4 可确保私钥在 SoC 内部生成,且无法通过任何软件或物理攻击以明文形式访问。它还支持硬件访问保护,可实现访问权限管理 (APM, Access Permission Management) 和权限分离 (Privilege Separation)。

软件可用性

如果基于 ESP32-P4 开发的应用需要添加无线连接功能,可借助乐鑫 ESP-Hosted 或 ESP-AT 解决方案,通过 SPI/SDIO/UART 接口与任意 ESP32-C/S 系列无线 SoC 连接。ESP32-P4 也可以作为主机 MCU 用于其他连接解决方案,如 ACK (Alexa Connect Kit)、AWS IoT ExpressLink 等。ESP32-P4 仍沿用乐鑫成熟的物联网开发框架 ESP-IDF。ESP-IDF 包含丰富的 SDK 和工具,已成功赋能数以亿计物联网设备。

2.ESP32-S2.1 ESP32-S3系列(32bit MCU & 2.4Ghz Wi-Fi & Bluetooth5 (LE))

ESP32-S3 是一款集成 2.4 GHz Wi-Fi 和 Bluetooth 5 (LE) 的 MCU 芯片,支持远距离模式 (Long Range)。ESP32-S3 搭载 Xtensa® 32 位 LX7 双核处理器,主频高达 240 MHz,内置 512 KB SRAM (TCM),具有 45 个可编程 GPIO 管脚和丰富的通信接口。ESP32-S3 支持更大容量的高速 Octal SPI flash 和片外 RAM,支持用户配置数据缓存与指令缓存。

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Wi-Fi + Bluetooth5(LE)

ESP32-S3 集成 2.4 GHz Wi-Fi (802.11 b/g/n),支持 40 MHz 带宽;其低功耗蓝牙子系统支持 Bluetooth 5 (LE) 和 Bluetooth Mesh,可通过 Coded PHY 与广播扩展实现远距离通信。它还支持 2 Mbps PHY,用于提高传输速度和数据吞吐量。ESP32-S3 的 Wi-Fi 和 Bluetooth LE 射频性能优越,在高温下也能稳定工作。

丰富的I/O接口

ESP32-S3 拥有 45 个可编程 GPIO 以及 SPI、I2S、I2C、PWM、RMT、ADC、UART、SD/MMC 主机控制器和 TWAITM 控制器等常用外设接口。其中的 14 个 GPIO 可被配置为 HMI 交互的电容触摸输入端。此外,ESP32-S3 搭载了超低功耗协处理器 (ULP),支持多种低功耗模式,广泛适用于各类低功耗应用场景。

成熟的软件支持

ESP32-S3 沿用乐鑫成熟的物联网开发框架 ESP-IDF。ESP-IDF 已成功赋能了数以亿计物联网设备,历经了严格的测试和发布周期,具有清晰有效的支持策略。开发人员基于其成熟的软件架构,凭借对工具和 API 的熟悉,将更容易构建应用程序或迁移原有程序至 ESP32-S3 平台。

完善的安全机制

ESP32-S3 为物联网设备提供了完善的安全机制和保护措施,防止各类恶意攻击和威胁。它支持基于 AES-XTS 算法的 flash 加密、基于 RSA 算法的安全启动、数字签名和 HMAC。ESP32-S3 还新增了一个“世界控制器 (World Controller)”模块,提供了两个互不干扰的执行环境,实现可信执行环境或权限分离机制。

支持AI加速

ESP32-S3 MCU 增加了用于加速神经网络计算和信号处理等工作的向量指令 (vector instructions)。AI 开发者们通过 ESP-DSP 和 ESP-NN 库使用这些向量指令,可以实现高性能的图像识别、语音唤醒和识别等应用。ESP-WHO 和 ESP-Skainet 也将支持此功能。

2.2 ESP32-S2(32bit MCU & 2.4GHz Wifi)

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3.ESP32-C3.1 ESP32-C6(32-bit RISC-V MCU & 2.4 GHz Wi-Fi 6 & Bluetooth 5 (LE) & IEEE 802.15.4)

ESP32-C6 是乐鑫首款支持 Wi-Fi 6 的 SoC,集成 2.4 GHz Wi-Fi 6、Bluetooth 5 (LE) 和 802.15.4 协议,能够为物联网产品提供行业领先的射频性能、完善的安全机制和丰富的内存资源。它搭载一个时钟频率最高 160 MHz 的高性能 RISC-V 32 位处理器,和一个时钟频率最高 20 MHz 的低功耗 RISC-V 32 位处理器,内置 512 KB SRAM,320 KB ROM,并支持外接 flash。ESP32-C6 拥有 30 个 (QFN40) 或 22 个 (QFN32) 可编程 GPIO 管脚,支持 SPI、UART、I2C、I2S、RMT、TWAI、PWM、电机控制 PWM 和 SDIO。它还集成了一个 12 位 ADC 和一个温度传感器。

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支持Wifi6ESP32-C6 支持 2.4 GHz Wi-Fi 6 协议 (802.11ax),并向下兼容 802.11 b/g/n。它支持上行、下行正交频分多址 (OFDMA) 接入和下行多用户多输出多输入 (MU-MIMO) 接入机制,均能实现在拥堵的无线网络环境中,进行高效率、低延迟的工作。此外,802.11ax 协议的目标唤醒时间 (Target Wake Time, TWT) 功能,适用于构建由电池供电,具有长久续航能力的超低功耗物联网设备。

增强的连接性能ESP32-C6 集成 2.4 GHz Wi-Fi (802.11 b/g/n/ax)、Bluetooth 5 (LE) 和 IEEE 802.15.4 无线连接技术,支持 Thread 和 Zigbee 协议,面向广阔的应用开发场景。它支持 802.11ax 的仅 20 MHz 信道带宽工作模式,以及 802.11b/g/n 协议的 20/40 MHz 带宽,有助于优化和提升物联网设备性能。ESP32-C6 借助 Wi-Fi 6 的特性,为物联网设备提供了更高的传输效率和更低的功耗。Bluetooth 5 (LE) 可基于广播扩展 (Advertising Extensions) 和 Coded PHY 实现远距离通信。它还支持 2 Mbps PHY,用于提高传输速率和数据吞吐量。

支持MatterESP32-C6 集成 IEEE 802.15.4、Wi-Fi 和 Bluetooth 5 (LE) 无线连接技术,可用于构建 Matter Wi-Fi 终端设备和 Matter Thread 终端设备,实现多系统、多平台智能家居设备的无缝通信与协作。将 ESP32-C6 与其他乐鑫 SoC 相组合,也可构建其他 Matter 解决方案,如 Thread 边界路由器、Matter 网关和 Zigbee 网桥。

完善的安全机制ESP32-C6 支持基于 RSA-3072 算法的安全启动、基于AES-128/256-XTS 算法的 flash 加密、用于保护设备身份安全的数字签名和 HMAC 模块,以及用于提高性能的加密加速器。可信执行环境控制器 (TEE) 支持基于芯片特性分配访问权限,从而提供安全的软件分离。这些安全机制确保了由 ESP32-C6 构建的设备具有高标准的安全级别。

成熟的软件支持ESP32-C6 沿用乐鑫成熟的物联网开发框架 ESP-IDF。ESP-IDF 包含丰富的 SDK 和工具,已成功赋能数以亿计物联网设备,并历经了严格的测试和发布周期。它还提供了高效的应用迁移路径,方便开发者选择并快速切换至合适的乐鑫 SoC 产品。ESP32-C6 支持从机模式。用户使用乐鑫 ESP-AT 和 ESP-Hosted SDK,可将 ESP32-C6 作为外部主机的协处理器。ESP32-C6 还支持乐鑫用于构建 AIoT 产品的完整云平台方案 ESP RainMaker®。

3.2 ESP32-C61(32-bit RISC-V MCU & 2.4 GHz Wi-Fi 6 & Bluetooth 5 (LE))

ESP32-C61 集成 2.4 GHz Wi-Fi 6 和 Bluetooth 5 (LE),旨在满足市场对 Wi-Fi 6 技术不断增长的需求。该芯片通过优化的外设配置、增强的连接性能和扩展的存储选项,为用户设备提供更出色的物联网性能,同时满足更高要求的智能设备连接需求。

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无线连接性能ESP32-C61 集成 Wi-Fi 6,在 802.11ax 下支持 20 MHz 的信道带宽工作模式,同时兼容 802.11b/g/n 协议的 20/40 MHz 带宽,有助于优化和提升物联网设备性能。在 802.11ax 模式下, ESP32-C61 支持上行、下行正交频分多址 (OFDMA) 接入和下行多用户多输出多输入 (MU-MIMO) 接入机制,能够降低延迟并提供更稳定的连接。同时,ESP32-C61 提供目标唤醒时间 (Target Wake Time, TWT) 功能,特别适用于构建由电池供电,具有长久续航能力的超低功耗物联网设备。此外,Bluetooth 5 (LE) 进一步扩展了 ESP32-C61 的连接能力,通过广播扩展 (Advertising Extensions) 和 Coded PHY 实现远距离通信。它还支持 2 Mbps PHY,用于提高传输速率和数据吞吐量。ESP32-C61 也支持蓝牙 Mesh 1.1 协议。

系统和存储

ESP32-C61 搭载 32 位单核 RISC-V 处理器,其时钟频率最高可达 160 MHz。同时,它内置 320 KB 片上 SRAM 和 256 KB ROM,为数据存储和程序执行提供了充足的空间。此外,ESP32-C61 支持 Quad SPI flash,进一步增强了其数据存储能力。特别值得一提的是,ESP32-C61 还引入了对叠封 PSRAM 的支持,通过 Quad SPI 接口,最高可达到 120 MHz 的频率,使开发者可以专注于应用程序的开发,而无需担心存储空间限制问题。

安全机制

ESP32-C61 致力于为用户提供经济高效的安全保障。它集成了安全启动、flash 、PSRAM 加密,以及其他硬件加密加速器,同时支持基于 ECDSA 的数字签名外设,确保私钥免受软件非法访问。此外,通过引入访问权限管理 (APM) 和物理内存保护 (PMP),ESP32-C61 打造了一个可靠的可信执行环境 (TEE),构建了软件隔离机制。

优化的外设

ESP32-C61 不仅包含如 I2C、I2S、SPI、UART、LED-PWM、ADC、GPIO、LPIO 定时器和 GDMA 等标准外设,还加入了用于自动触发任务的事件任务矩阵 (ETM),以及用于轻松过领零检查的过零比较器。

成熟的软件支持

ESP32-C61 沿用乐鑫成熟的物联网开发框架 ESP-IDF。该框架已成功赋能数以亿计物联网的设备,能够为客户项目提供稳定支持。同时,ESP32-C61 还支持 ESP-Matter SDK,使客户能够快速构建 Matter 产品。此外,得益于对 PSRAM 的支持,ESP32-C61 在功能开发与可支持的应用上也展现出了显著优势。用户还可以利用乐鑫 ESP-Hosted 和 ESP-AT,将 ESP32-C61 用作外部主机的协处理器,进一步拓展其应用场景。

3.3 ESP32-C5(32-bit RISC-V MCU & 2.4 and 5 GHz Wi-Fi 6 & Bluetooth 5 (LE) & IEEE 802.15.4)

乐鑫 ESP32-C5 是行业首款支持 2.4&5 GHz 双频 Wi-Fi 6、Bluetooth 5 (LE) 和 IEEE 802.15.4 (Zigbee 3.0, Thread 1.3) 连接性能的 RISC-V MCU,专为需要高效无线传输的物联网应用设计。芯片搭载 RISC-V 32 位单核处理器,主频高达 240 MHz,内置 384 KB SRAM、320 KB ROM。它拥有 29 个可编程 GPIO,支持所有常用外围设备,并保证高连接可靠性和优越的安全功能。

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支持2.5和5GHz双频

ESP32-C5 对 5 GHz 频段的拓展支持,使客户能够根据应用的重要性,为不同设备分配合适的频段和网络,节省关键应用的流量并排除干扰,进而提供更加稳定、更低延迟的无线连接性能。客户利用 ESP32-C5 的双频 Wi-Fi 连接技术,不仅能够获得最大的灵活性,而且可以为后续的需求拓展做好准备。

WIFI-6

ESP32-C5 提供了对 2.4&5 GHz 双频 Wi-Fi 6 (802.11ax) 的支持,并向下兼容 802.11a/b/g/n/ac。Wi-Fi 6 包含了很多新增功能,如 802.11ax 协议的重要特性目标唤醒时间 (TWT),支持设备在具有 802.11ax 功能的 Wi-Fi 接入点协助下,延长睡眠时间。此外,ESP32-C5 还支持上行、下行正交频分多址 (OFDMA) 接入,下行多用户多输出多输入 (MU-MIMO) 接入和 BSS 着色机制,均能实现在拥堵的、拥有多个 SSID 的无线网络环境中,进行高效率、低延迟的工作,实现稳定的连接。

卓越的射频性能

ESP32-C5 是一款集成 Bluetooth 5 (LE)、Zigbee 3.0 及 Thread 1.3 的 MCU。它拥有一个标准 802.15.4 子系统,集成了 PHY 和 MAC 层,可支持 Thread、Zigbee、Matter、HomeKit、MQTT 等多种协议。此外,它还支持蓝牙 Mesh 协议和乐鑫 ESP-Mesh-Lite。 其 Bluetooth 5 (LE) 可基于广播扩展 (Advertising Extensions) 和 Coded PHY 实现远距离通信。它还支持 2 Mbps PHY,用于提高传输速率和数据吞吐量,有助于构建覆盖范围更广、射频性能更强的物联网设备。

完善的安全机制

ESP32-C5 具备出色且高性价比的安全性能,包含安全启动、flash 和 PSRAM 加密以及硬件加密加速器等功能。它包括基于硬件的数字签名外设和专用密钥管理单元,用于安全密钥存储和部署。同时,ESP32-C5 集成可信执行环境 (TEE) 控制器、访问权限管理 (APM) 硬件模块和物理内存保护 (PMP),增强了应用安全管理的灵活性。

成熟的软件支持

ESP32-C5 由乐鑫成熟的物联网开发框架 ESP-IDF 提供软件支持。ESP-IDF 包含丰富的 SDK 和工具,不仅成功赋能了数以亿计物联网设备,还提供了高效的应用迁移路径,方便开发者选择并快速切换至合适的乐鑫 SoC。另外,支持外接的 PSRAM 使开发者能够更专注于应用程序开发,不必担心内存问题;更大的内存可用性也对未来的软件升级提供了有力保障。ESP32-C5 还支持从机模式,为外部主机提供无线连接功能。客户可使用乐鑫 ESP-AT 和 ESP-Hosted 将 ESP32-C5 作为外部主机协处理器。

3.4 ESP32-C3(32-bit RISC-V MCU & 2.4 GHz Wi-Fi & Bluetooth 5 (LE) )

ESP32-C3 是一款安全稳定、低功耗、低成本的物联网芯片,搭载 RISC-V 32 位单核处理器,支持 2.4 GHz Wi-Fi 和 Bluetooth 5 (LE),为物联网产品提供行业领先的射频性能、完善的安全机制和丰富的内存资源。ESP32-C3 对 Wi-Fi 和 Bluetooth 5 (LE) 的双重支持降低了设备配网难度,适用于广泛的物联网应用场景。

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RISC-V处理器ESP32-C3 搭载 RISC-V 32 位单核处理器,时钟频率高达 160 MHz。具有 22 个可编程 GPIO 管脚、内置 400 KB SRAM,支持通过 SPI、Dual SPI、Quad SPI 和 QPI 接口外接多个 flash,满足各类物联网产品功能需求。此外,ESP32-C3 的耐高温特性也使其成为照明和工控领域的理想选择。

行业领先的射频性能ESP32-C3 集成 2.4 GHz Wi-Fi 和支持长距离的 Bluetooth 5 (LE),有助于构建覆盖范围更广、射频性能更强的物联网设备。它还支持蓝牙 Mesh (Bluetooth Mesh) 协议和乐鑫 Wi-Fi Mesh,在较高的工作温度下仍能保持卓越的射频性能。

完善的安全机制ESP32-C3 支持基于 RSA-3072 算法的安全启动和基于 AES-128/256-XTS 算法的 flash 加密功能,确保设备安全连接;创新的数字签名模块和 HMAC 模块确保设备身份安全;支持加密算法的硬件加速器确保设备在本地网络和云上安全传输数据。

成熟的软件支持ESP32-C3 沿用乐鑫成熟的物联网开发框架 ESP-IDF。ESP-IDF 已成功赋能了数以亿计的物联网设备,并历经了严格的测试和发布周期。开发人员基于其成熟的软件架构,凭借对 API 和工具的熟悉,将更容易构建 ESP32-C3 应用程序或进行程序迁移。ESP32-C3 也支持在从机模式下工作,可通过 ESP-AT 和 ESP-Hosted SDK 为外部主机 MCU 提供 Wi-Fi 与 Bluetooth LE 连接功能。

3.5 ESP32-C2(32-bit RISC-V MCU & 2.4 GHz Wi-Fi & Bluetooth 5 (LE))

ESP32-C2 是一款小尺寸、低成本、低功耗的物联网芯片,比 ESP8266 尺寸更小,性能更强。它搭载 RISC-V 32 位单核处理器,内置 272 KB SRAM (16 KB 专用于 cache) 和 576 KB ROM,支持 2.4 GHz Wi-Fi 和 Bluetooth 5 (LE)。ESP32-C2 针对高容量、低数据速率的简单物联网应用设计,能够为插座、照明、传感器和简单的家电设备添加稳定的无线连接功能,为用户提供极具性价比的开发平台。

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小尺寸,低成本

ESP32-C2 减少了芯片面积并缩小了封装尺寸,采用 4mm x 4mm QFN 封装,裸片尺寸比 ESP8266 更小。它内置 272 KB SRAM,优化了 ROM 代码设计,减少了对 flash 容量的需求。ESP32-C2 搭载乐鑫自研的 RISC-V 32 位单核处理器,极大节省 IP 授权费用,进一步了降低成本。

达到边界的射频性能

ESP32-C2 在 “802.11n, MC7 (72.2 Mbps)” 模式下,当输出功率达到 18 dBm 时,依然能保持良好的 EVM 性能 (

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