使用Arduino更新ESP8266 firmware

從Arduino 變成 USB to Serial文章已知如何將Arduino變成USB to Serial的功能，接下來利用這個方法配合Arudino程式讓ESP8266能進入UART0啟動的韌體更新模式再透過ESPTool更新韌體。

連接電路：

透過圖上提供的線路，將你的ESP8266與Arduino連接：

ESP8266	Arduino	說明
Vcc	3.3V	電源
GND	GND	接地
TX	RX	互接
RX	TX	互接
GPIO0	2	IO埠
CH_PD	3	晶片選擇
RST	4	重置

撰寫ESP8266程式碼

要讓ESP8266進入UART0啟動的更新模式至少要將GPIO0低電位、GPIO2高電位，但因GPIO2在ESP8266上電後預設為高電位，不另外接到高電位，只透過程式將連接GPIO0的PIN2輸出LOW，CH_PD連接PIN3輸出HIGH，並且將RST接入Arduino中增加一個重置ESP8266的功能

     int ch_pd = 3;
     int gpio0 = 2;
     int rst = 4;

     void setup() {
       pinMode(ch_pd, OUTPUT);
       pinMode(gpio0, OUTPUT);
       pinMode(rst, OUTPUT);
       digitalWrite(ch_pd, HIGH);
       digitalWrite(gpio0,LOW);
       //RESET ESP8266
       digitalWrite(rst,HIGH);
       delay(50);
       digitalWrite(rst,LOW);
       delay(200);
       digitalWrite(rst,HIGH);
     }

     void loop()
     {
     }

程式寫好後將程式下載至Arudino版子，並且更新時需讓Arduino板子重新接上USB線才會讓ESP8266進入更新模式。

更新ESP8266 韌體(FW)

Linux or OS X

更新韌體的主程式名為ESPTool，由Fredrik Ahlberg開發，目前已經由樂鑫官方負責維護，丹尼使用ESPTool 1.3才能符合下面操作範例（2.0版已加入ESP32)，因是python寫成的，在使用時確定你的環境已經有python，新版1.3已支援python 2.7與python 3，確定你是python哪版本：

    python --version

丹尼目前的環境為：

    Python 3.6.0

自行加入pySerial對應版本的Library，以Arich Linux為例：

    pacman -Ss pyserial

    community/python-pyserial 3.2.1-2
        Multiplatform Serial Port Module for Python
    community/python2-pyserial 3.2.1-2
        Multiplatform Serial Port Module for Python

    sudo pacman -S community/python-pyserial

安裝完成後，執行esptool.py，無錯誤產生的話會看到help說明：

esptool.py v1.3 - ESP8266 ROM Bootloader Utility

positional arguments:
  {load_ram,dump_mem,read_mem,write_mem,write_flash,run,image_info,make_image,elf2image,read_mac,chip_id,flash_id,read_flash,verify_flash,erase_flash,version}
                        Run esptool {command} -h for additional help
    load_ram            將映像檔載入RAM中並行執行
    dump_mem            轉存記憶體資料至檔案(轉存ESP資料)
    read_mem            讀取記憶體指定位址並存至檔案
    write_mem           讀取檔案內容並寫入至記憶體指定位址
    write_flash         將檔案內容寫入至SPI Flash
    run                 執行Flash裡的應用程式碼
    image_info          轉存可執行應用映像檔的標頭
    make_image          從二進位檔建立可執行的應用
    elf2image           從ELF檔建立可執行的應用
    read_mac            從OTP ROM讀取MAC位址
    chip_id             從OTP ROM讀取晶片資訊
    flash_id            讀取Flash出廠資訊(可透過此ID得知容量大小)
    read_flash          取讀SPI Flash內容
    verify_flash        驗證bin與Flash
    erase_flash         抹除SPI Flash
    version             列印出esptool版本

optional arguments:
  -h, --help            show this help message and exit
  --port PORT, -p PORT  Serial埠名稱(Linux ttyxxx,macOS cu.xxx,Windows COMx)
  --baud BAUD, -b BAUD  Serial埠速度

韌體上傳命令示範：

./esptool.py -p /dev/ttyUSB0  write_flash 0x00000 v0.9.5.2\ AT\ Firmware.bin

其中-p後所接的是你的通訊埠名稱(macOS以cu.命名規則，Linux以ttyXXX，Windows以COMx)，韌體寫入位址從0x00000開始，來源檔為0x00000 v0.9.5.2 AT Firmware.bin，一切順利後就會更新完成：

./esptool.py -p /dev/cu.usbmodem5d11  write_flash 0x00000 v0.9.5.2\ AT\ Firmware.bin
Connecting...
Erasing flash...
Writing at 0x0007ef00... (100 %)

Windows

Windows上有NodeMcu團隊開發的工具容易使用，根據你的環境下載版本

1. 32bit

2. 64bit

選擇Arduino使用的通訊埠號：

到Config頁面，每個韌體更新方式不同，依照安信可提供的韌體大小是符合整個flash大小，不需要分段更新，所以只要設定寫入從0x00000，並且選擇好對應的檔案，並將選擇它(選擇後會顯示x)：

基本上這些內容只需要注意Flash size，因為ESP8266設計上是以外接SPI Flash來運作，模組一開始主要都是使用256kBytes，後來官方新增功能愈來愈多就發展到512kByte，現在幾乎都是1MBytes以上，請根據你模組上面的SPI Flash編號來判斷，通常都是25xx開頭，但Flash以bit來定義，所以會變成：

編號	Flash	PC計算單位
W25Q20	2Mbits	256kBytes
GD25Q16B	2Mbits	256kBytes
W25Q40	4Mbits	512kBytes
W25Q80	8Mbits	1024kBytes
W25Q16	16Mbits	2048KBytes
W25Q32	32Mbits	4096kBytes
BG25Q32	32Mbits	4096kBytes
GD25Q32B	32Mbits	4096kBytes

1024 bits = 1k

丹尼很久以前購買的ESP-01是512kBytes的版本，在此說明一下，官方版本的韌體從SDK V1.5.0以後採用1024kBytes的容量(因新增許多AT命令造成容量過大)，所以購買模組時請跟賣家確認是否超過1024kBytes的版本。一切都設定好再切至Operation的頁面按下Flash進行更新，更新過程記錄切至Log頁就能看到。

補充

目前ESP8266發展愈來愈成熟，韌體主流為1MBytes(8Mbits)，安信可也提供符合新版SDK的自訂韌體供選擇，前往ESP8266 最新SDK发布查看安信可最新的自訂韌體，現在新版的韌體也建議使用樂鑫提供的ESP_DOWNLOAD_TOOL，安信可也提供燒錄說明如何为 ESP 系列模组烧录固件。

燒錄前的檢查確認避免燒錄失敗：

電壓、電流

ESP8266所使用的為3.3V電壓、電流至少大於300mA，這些來源都必需穩定，未確認USB to Serial提供的3.3V是否穩定時請勿使用，不穩定會造成燒錄到一半失敗或是無法切至燒錄模式，詳細說明請參考ESP8266 電源電路研究

確認flash size，選擇對應的韌體大小

讀取flash id

    esptool.py -p /dev/ttyUSB0 -b 230400 flash_id

得到flash相關資訊：

esptool.py v1.3
Connecting....
Manufacturer: ef
Device: 4016

取得flash_id資料後重新組合為1640EF(DeviceL + DeviceH + Manufacturer)，再經由Esp.cpp擷取出來的程式內容自行比對並取得內容：

uint32_t EspClass::getFlashChipSizeByChipId(void) {
    uint32_t chipId = getFlashChipId();
    /**
     * Chip ID
     * 00 - always 00 (Chip ID use only 3 byte)
     * 17 - ? looks like 2^xx is size in Byte ?     //todo: find docu to this
     * 40 - ? may be Speed ?                        //todo: find docu to this
     * C8 - manufacturer ID
     */
    switch(chipId) {

        // GigaDevice
        case 0x1740C8: // GD25Q64B
            return (8_MB);
        case 0x1640C8: // GD25Q32B
            return (4_MB);
        case 0x1540C8: // GD25Q16B
            return (2_MB);
        case 0x1440C8: // GD25Q80
            return (1_MB);
        case 0x1340C8: // GD25Q40
            return (512_kB);
        case 0x1240C8: // GD25Q20
            return (256_kB);
        case 0x1140C8: // GD25Q10
            return (128_kB);
        case 0x1040C8: // GD25Q12
            return (64_kB);

        // Winbond
        case 0x1640EF: // W25Q32
            return (4_MB);
        case 0x1540EF: // W25Q16
            return (2_MB);
        case 0x1440EF: // W25Q80
            return (1_MB);
        case 0x1340EF: // W25Q40
            return (512_kB);

        // BergMicro
        case 0x1640E0: // BG25Q32
            return (4_MB);
        case 0x1540E0: // BG25Q16
            return (2_MB);
        case 0x1440E0: // BG25Q80
            return (1_MB);
        case 0x1340E0: // BG25Q40
            return (512_kB);

        default:
            return 0;
    }
}

以1640EF為例得到的資料為：

        // Winbond
        case 0x1640EF: // W25Q32
            return (4_MB);

Winbond W25Q32 flash型號並且容量為4MBytes(32Mbits)。

確認韌體的結構

使用官方提供的分段燒錄韌體(參考ESP8266 韌體)要確定每段都有燒錄正確，官方提供的SDK目錄結構來說，AT command 韌體更新說明都會放在bin/at/README.txt

***********************BOOT MODE***********************
download:
Flash size 8Mbit: 512KB+512KB
boot_v1.2+.bin          0x00000
user1.1024.new.2.bin    0x01000
esp_init_data_default.bin   0xfc000 (optional)
blank.bin               0x7e000 & 0xfe000

Flash size 16Mbit: 512KB+512KB
boot_v1.2+.bin          0x00000
user1.1024.new.2.bin    0x01000
esp_init_data_default.bin   0x1fc000 (optional)
blank.bin               0x7e000 & 0x1fe000

Flash size 16Mbit-C1: 1024KB+1024KB
boot_v1.2+.bin          0x00000
user1.2048.new.5.bin    0x01000
esp_init_data_default.bin   0x1fc000 (optional)
blank.bin               0xfe000 & 0x1fe000

Flash size 32Mbit: 512KB+512KB
boot_v1.2+.bin          0x00000
user1.1024.new.2.bin    0x01000
esp_init_data_default.bin   0x3fc000 (optional)
blank.bin               0x7e000 & 0x3fe000

Flash size 32Mbit-C1: 1024KB+1024KB
boot_v1.2+.bin          0x00000
user1.2048.new.5.bin    0x01000
esp_init_data_default.bin   0x3fc000 (optional)
blank.bin               0xfe000 & 0x3fe000

***********************NON-BOOT MODE***********************
download
eagle.flash.bin     0x00000
eagle.irom0text.bin 0x40000
blank.bin
    Flash size 4Mbit:   0x3e000 & 0x7e000
    Flash size 8Mbit:   0x7e000 & 0xfe000
    Flash size 16Mbit:      0x7e000 & 0x1fe000
    Flash size 16Mbit-C1:   0xfe000 & 0x1fe000
    Flash size 32Mbit:      0x7e000 & 0x3fe000
    Flash size 32Mbit-C1:   0xfe000 & 0x3fe000
esp_init_data_default.bin    (optional)
    Flash size 4Mbit:   0x7c000
      Flash size 8Mbit:   0xfc000
    Flash size 16Mbit:      0x1fc000
    Flash size 16Mbit-C1:   0x1fc000
    Flash size 32Mbit:      0x3fc000
    Flash size 32Mbit-C1:   0x3fc000

*NOTICE*:
UPDATE is not supported in non-boot mode

***********************************************************

Update steps
1.Make sure TE(terminal equipment) is in sta or sta+ap mode
ex. AT+CWMODE=3
    OK

    AT+RST

2.Make sure TE got ip address
ex. AT+CWJAP="ssid","12345678"
    OK

    AT+CIFSR
    192.168.1.134

3.Let's update
ex. AT+CIUPDATE
    +CIPUPDATE:1    found server
    +CIPUPDATE:2    connect server
    +CIPUPDATE:3    got edition
    +CIPUPDATE:4    start start

    OK

note. If there are mistakes in the updating, then break update and print ERROR.

第三方韌體請確認韌體是否整合好還是屬於分段燒錄，以安信可提供的則是已經整合好的，從位址0x00000開始燒錄就能完成。

清除flash

必要時，自行清楚所有flash內容，避免有一些未知的內容被引用：

    esptool.py -p /dev/ttyUSB0 -b 230400 erase_flash

512kBytes 韌體

如果你是買512kBytes版本，丹尼提供使用官方SDK V1.3的版本整合成適合512kBytes版本使用的單一更新韌體檔案ESP8266_V1.3_FOR_512k，可以使用任何的ESP8266更新程式來更新韌體。

參考資料

ESP8266 Firmware Update with Arduino Board

安信可v0.9.5.2AT固件支持SmartLink，带0.9.5.2APK，支持OTA！

ESPTool

nodemcu-flasher

丹尼 ESP8266

V1.3 for 512k

更新日誌

日期	修訂內容
2017/05/24	修正文字內容
2017/03/21	更新內容並增加補充項目
2016/03/28	更新接腳、新增Windows更新工具