ESP-IDF 環境の構築 (Windows11 + WSL2)

はじめに

ESP32 マイコンの開発環境としてマイコンメーカ Espressif Systems が提供する ESP-IDF 環境を用いる. 以下では Windows11 + WSL で ESP-IDF 環境を構築する.

公式ドキュメント: <URL:https://docs.espressif.com/projects/esp-idf/en/latest/get-started/linux-setup.html>

WSL のインストールと基本設定

Windows Update

まず Windows11 を Microsoft が提供している最新の状態に更新する．更新されていない Windows では，WSL の機能のうち我々の必要とするものを利用できない可能性がある．

WSL2 (Debian) のインストール

管理者権限で PowerShell を立ち上げてインストール

> wsl --install -d Debian

Debian のバージョンアップ

wsl でインストールされる Debian のバージョンは古い． 2022/04/15 現在，最新の安定板は Debian 11 (bullseye) であるが， wslでインストールされるのは Debian 9 (stretch) である．そこで，Debian の更新を行う．

現時点での最新版にする．

$ sudo apt-get update
$ sudo apt-get upgrade

apt の参照先を stretch から bullseye に変更する．

$ sudo  nano  /etc/apt/sources.list 

  deb http://www.gfd-dennou.org/debian bullseye main
  deb http://www.gfd-dennou.org/debian bullseye-updates main
  deb http://security.debian.org/debian-security/ bullseye-security main

以下のような順番でバージョンアップを行う．途中でいくつか質問が来るが，そこはデフォルトから変更する必要はなく，そのままエンターを押せばよい．

$ sudo  apt  update 
$ sudo  apt  upgrade 
$ sudo  apt  dist-upgrade

Debian 上での環境構築 : X11 関連の設定

Debian X11 関連のパッケージやエディタ emacs をインストールしておく．

$ sudo apt-get update

$ sudo apt-get upgrade

$ sudo apt-get install x11-apps x11-utils x11-xserver-utils dbus-x11 emacs

テストとして，ターミナルから xeyes や gedit コマンドを実行してみる．うまくいけば以下の図のようにxeyesの目玉や emacs のウィンドウが立ち上がるはずである．

ESP-IDF 環境のセットアップ

公式ドキュメントに従ってセットアップを行う.

必要なパッケージをインストールする. 公式ドキュメントに書かれているパッケージや, ITOC の公開しているドキュメントに書かれているパッケージを全部インストールする. なお, python-libusb1 をインストールしておかないと OpenOcd が動かないので, それも追加している.

$ sudo apt-get install build-essential emacs lv pciutils net-tools

$ sudo apt-get install git wget flex bison gperf python3 python3-pip python3-setuptools cmake ninja-build ccache libffi-dev libssl-dev dfu-util

python3 をデフォルトにする.

$ sudo update-alternatives --install /usr/bin/python python /usr/bin/python3 10 && alias pip=pip3

作業用のディレクトリを作成する. ホームディレクトリ以下に esp ディレクトリを作る.

$ mkdir ~/esp

$ cd ~/esp

ESP-IDF は GitHub で公開されている. それを git clone する. --recursive をつけることでサブモジュールも全てインストールする (--recursive をつけないと環境構築に失敗する). インストールされるサブモジュールは標準出力に表示される.

$ git clone --recursive -b v4.2.4  https://github.com/espressif/esp-idf.git

  ... (メッセージは略) ...

git clone することでカレントディレクトリ (~/esp) 以下に esp-idf ディレクトリが作成される. そのディレクトリ以下にセットアップツールが存在するので, それを実行する. メッセージを見ると, 最新の xtensa-esp32-elf のダウンロードと, そのインストールが実行されていることがわかる.

$ cd ~/esp/esp-idf/

$ ./install.sh

  Installing ESP-IDF tools
  Installing tools: xtensa-esp32-elf, xtensa-esp32s2-elf, esp32ulp-elf, openocd-esp32
  Installing xtensa-esp32-elf@esp-2019r2-8.2.0
  Downloading xtensa-esp32-elf-gcc8_2_0-esp-2019r2-linux-amd64.tar.gz to /home/sugiyama/.espressif/dist/xtensa-esp32-elf-gcc8_2_0-esp-2019r2-linux-amd64.tar.gz.tmp
  Done
  Extracting /home/sugiyama/.espressif/dist/xtensa-esp32-elf-gcc8_2_0-esp-2019r2-linux-amd64.tar.gz to /home/sugiyama/.espressif/tools/xtensa-esp32-elf/esp-2019r2-8.2.0

  ...(中略)...

  All done! You can now run:
    . ./export.sh

環境設定を行う. 上記のメッセージのように, export.sh を実行すれば良い. 実行時メッセージにあるように環境変数が追加される.

$ . ./export.sh 

  Adding ESP-IDF tools to PATH...
  Checking if Python packages are up to date...
  Python requirements from /home/sugiyama/esp/esp-idf/requirements.txt are satisfied.
  Added the following directories to PATH:
    /home/sugiyama/esp/esp-idf/components/esptool_py/esptool
    /home/sugiyama/esp/esp-idf/components/espcoredump
    /home/sugiyama/esp/esp-idf/components/partition_table/
    /home/sugiyama/.espressif/tools/xtensa-esp32-elf/esp-2019r2-8.2.0/xtensa-esp32-elf/bin
    /home/sugiyama/.espressif/tools/xtensa-esp32s2-elf/esp-2019r2-8.2.0/xtensa-esp32s2-elf/bin
    /home/sugiyama/.espressif/tools/esp32ulp-elf/2.28.51.20170517/esp32ulp-elf-binutils/bin
    /home/sugiyama/.espressif/tools/openocd-esp32/v0.10.0-esp32-20190708/openocd-esp32/bin
    /home/sugiyama/.espressif/python_env/idf4.1_py2.7_env/bin
    /home/sugiyama/esp/esp-idf/tools
  Done! You can now compile ESP-IDF projects.
  Go to the project directory and run:

    idf.py build

export.sh によってどのように環境変数が変化したかは, 例えば env コマンドで確かめられる. PATH (コマンドサーチパス) に ESP-IDF 関連のディレクトリが多数追加され, 新たに IDF_TOOLS_EXPORT_CMD と IDF_TOOLS_INSTALL_CMD という 2 つの環境変数が新たに 2 つ設定されている.

$ env

  (中略)

  PATH=/home/sugiyama/esp/esp-idf/components/esptool_py/esptool:/home/sugiyama/esp/esp-idf/components/espcoredump:/home/sugiyama/esp/esp-idf/components/partition_table/:/home/sugiyama/.espressif/tools/xtensa-esp32-elf/esp-2019r2-8.2.0/xtensa-esp32-elf/bin:/home/sugiyama/.espressif/tools/xtensa-esp32s2-elf/esp-2019r2-8.2.0/xtensa-esp32s2-elf/bin:/home/sugiyama/.espressif/tools/esp32ulp-elf/2.28.51.20170517/esp32ulp-elf-binutils/bin:/home/sugiyama/.espressif/tools/openocd-esp32/v0.10.0-esp32-20190708/openocd-esp32/bin:/home/sugiyama/.espressif/python_env/idf4.1_py2.7_env/bin:/home/sugiyama/esp/esp-idf/tools:/usr/local/bin:/usr/bin:/bin:/usr/local/games:/usr/games
  IDF_TOOLS_EXPORT_CMD=/home/sugiyama/esp/esp-idf/export.sh
  IDF_TOOLS_INSTALL_CMD=/home/sugiyama/esp/esp-idf/install.sh

毎回, ESP-IDF を使う前に export.sh を実行するのは面倒なので, ~/.bashrc に追加しておくとよい.

$ vi ~/.bashrc

  (末尾に追加)

  #ESP-IDF
  . $HOME/esp/esp-idf/export.sh

確認のために別のターミナルを立ちあげ, env コマンドを実行せよ. PATH や IDF_TOOLS_EXPORT_CMD, IDF_TOOLS_INSTALL_CMD が設定されていることが確かめられる.

mruby/c 環境の作成

mruby のビルドには CRuby（最も一般的なRuby実装）が必要となる． Ruby のインストールには複数の方法があるが，ここでは複数の Ruby をシステム内に共存させるためのツール「rbenv」を使用する．

Rubyをインストール

rbenv をインストールする.

$ cd $HOME
$ git clone https://github.com/rbenv/rbenv.git $HOME/.rbenv

パスを通す．

$ echo 'export PATH="$HOME/.rbenv/bin:$PATH"' >> $HOME/.bashrc
$ echo 'eval "$(rbenv init -)"' >> $HOME/.bashrc
$ source .bashrc

ruby-build をインストール．

$ mkdir -p "$(rbenv root)"/plugins
$ git clone https://github.com/rbenv/ruby-build.git "$(rbenv root)"/plugins/ruby-build

Ruby 3.2.2 (2023/04/09 での最新版) をインストールする.

$ sudo apt-get install -y libssl-dev libyaml-dev
$ rbenv install 3.2.2

たったいまインストールしたCRubyをグローバルデフォルトに設定する．

$ rbenv global 3.2.2
$ ruby --version

上のコマンドで、 ruby 3.2.2 のような出力があれば OK.

mruby のインストール

mruby をインストールする．mruby/c と合わせるために，ver. 3.1.0 を用いる．

$ rbenv install mruby-3.1.0

WSL2 で usb serial を使う

設定

ソフトウェアのインストール

# apt-get install hwdata usbip
# apt-get install linux-perf-5.10

Windows PowerShell を管理者権限で実行して，usbipd.exe をインストール

> winget.exe install --id dorssel.usbipd-win

毎回の作業．

USB Serial を結びつける

> usbipd.exe wsl list
   BUSID  DEVICE                                                        STATE
   2-1    USB Serial Converter                                          Not attached
   2-2    ELECOM WDC-150SU2M Wireless Adapter                           Not attached
   2-8    Front Camera, Front IR Camera                                 Not attached
   2-9    ELAN WBF Fingerprint Sensor                                   Not attached
   2-10   インテル(R) ワイヤレス Bluetooth(R)                           Not attached
   3-1    Realtek USB GbE Family Controller                             Not attached
   4-1    Logitech USB Input Device, USB 入力デバイス                   Not attached
   4-3    USB 入力デバイス                                              Not attached
   4-4    USB 入力デバイス                                              Not attached

> usbipd wsl attach --busid 2-1

> usbipd.exe wsl list
  BUSID  DEVICE                                                        STATE
  2-1    USB Serial Converter                                          Attached - Debian
  ...(以下略)...

デタッチ

> usbipd wsl detach --busid 2-1

参考文献

https://docs.microsoft.com/ja-jp/windows/wsl/connect-usb
https://devblogs.microsoft.com/commandline/connecting-usb-devices-to-wsl/

WSL2 で mrubyc-esp32 の利用

デバイスのパーミッション変更

# chgrp dialout /dev/ttyUSB0
# chmod 660 /dev/ttyUSB0

コンパイル

$ cd ~/esp
$ git clone https://github.com/gfd-dennou-club/mrubyc-esp32.git
$ cd mrubyc-esp32
$ make

ファームウェアの書き込み

$ make flash

src/master.rb を修正した後に，それをマイコンに書き込む

$ make spiffs monitor

注意 (2023/07/01 update)

make flash, make monitor を行ったときにタイムアウトしてしまうことが多いが，これは ESP32 マイコンが「書き込みモード」への自動切り替えがうまくいかない場合に生じる．書き込みモードへの変更は，DevKit 上のボタン操作で行うことができる．タイムアウトするような場合は手動操作で書き込みモードへ変更してみると良い．

BOOT と EN を同時に押す   →  BOOT を押したまま EN から手を離す