ESP32 C3添加SPI以太网口芯片DM9051ANX通讯开发指导以及ESP-IDF介紹

前言

最近公司有新项目会用到 ESP32 系列芯片，需要添加有线以太网口，我对这一块不熟悉，可以说是新手小白，那该如何准备开发工作及快速入门呢？让我以这份纪录来回顾当初新项目ESP32 硬件开发、软件环境ESP-IDF V5.4以及运行有线以太网DM9051ANX与通信演示。

一、概述

本篇文章旨在介绍ESP32芯片，SPI有线以太网芯片DM9051ANX以及ESP IDF等。ESP32 C系列具有高性能、高集成、低功耗和多种接口的特点，可为独立系统或从设备提供 Wi-Fi应用功能。而SPI以太网芯片DM9051ANX体积小，QFN24管脚包装，功耗更低以及周边RBOM成本更省等有优点，将ESP32 C与DM9051ANX作为简易型网关方案，是一个性价比高，並符合行业实际应用的方案捆绑。

此篇帖子以ESP IDF最新版V5.4来进行开发与调适。

二、ESP32 C3模块介绍&产品定位

在这里说下为什么选择ESP32 C3这样的方案来做行业网关，当初选型ESP32 S3与C3选型时，两者同样支持IEEE 802.11b/g/n 2.4G以及Bluetooth 5 & Bluetooth mesh，索性自己就做了规格比较：

除了两者规格比较之外，在实际应用上，同學稍微作下功课，就可以知道C3普遍是做无线应用，如果遇到需要有線以太网口的场景，我们其实可以利用SPI、UART等GPIO较少的硬件街口，作為对外通信，在这里我选用在市场上广泛被采用且仅4条线通信的SPI接口與以太网进行通信。这样一来，C3可作无线网关帶网口应用，主要任务是做无线與有線數據之間的传输，很适合各行业应用;但是，如果项目要求C3不仅要做传输数据，还要处理其他应用功能，這種多任务处理就不是C3擅长了。而S3就不同了，S3在作数据传输时，同时可以处理外设功能，可以有一定程度的响应速度，而且AI应用开发资源丰富。

做一个小总结，我们可以这样理解，要多任务任务处理、AI应用功能等，S3比较合适，价格也稍贵些，毕竟规格摆在那儿；如果要做一般应用且单一任务，例如：无线网关带有线网口应用，C3就有性价比了。

三、DM9051ANX介绍

DM9051ANX是一个SPI接口以太网芯片，24管脚OFN包装，自带MAC传输层与10/100兆PHY，以SPI接口与主控进行通信，相较于老款，DM9051ANX体积更小，功耗更低、能节省外部周围零件，降低RBOM成本，每个芯片内置独立MAC地址，并有1.8V, 2.5V, 3.3V I/O电压可供选择，适用于各种MCU与CPU等各式主控的SPI接口以太网通信需求。

四、开发环境

4.1准备工作

1个ESP32 开发板：我手上的开发板是合宙ESP32-C3-xxxx

1个DM9051ANX开发。

1条USB 数据线：Type A 转 Micro-B

1台电脑：Windows微软系统

市面上有开发板是 USB Type C 接口，请选择合适USB接口的数据线来连接。

?4.2.开发版硬件接法

1.)在模块的硬件部分，依照合宙ESP32 C3 开发版的Pinout接口，连接DM9051ANX开发版對應的SPI接口，简单整理下兩者的硬件接法。

2.)合宙ESP32 C3开发版Pin Out示意图

合宙ESP32-C3开发版的硬件设计文档，请参考连结网址：

https://wiki.luatos.com/chips/esp32c3/hardware.html

3.)DM9051ANX开发版SPI接口Pin Out表

五、ESP-IDF安装，配置

5.1使用版本( ESP-IDF v5.4 )

ESP-IDF 是?ESP32全系列芯片的官方开发工具，非常好用，当下我这里使用的是：ESP-IDF最新稳定版本 V5.4，相关版本介绍的文档，请参考下面链结。

https://docs.espressif.com/projects/esp-idf/zh_CN/v5.3.1/esp32/versions.html

*步骤2：建议同学们选择V 5.4 离线下载版本，避免出现网络传输的问题。

点击离线下载版本，依照当下条件选择合适自己的语言版本。

*步骤3：建议要点选“应用修复” 避免接下来运行时，出现错误。

*步骤4：在安装中途，ESP IDF会出现一个窗口：是否安装USB 转 UART 芯片驱动?

*步骤5：最后，终于完成安装了！慢点，因为我们调试项目时，还需要用串口 ，可以找自已习惯的串口软件，微软也有提供免费的工具。

*步骤6：接下来，我们来进入”串口调试助手”，硬件接口是用到UART接口，而波特率设置为 115200 ，并开启左下角的 “终端模式”，方便我们输入指令。

?

六、编译以太网DM9051ANX例程

ESP-IDF 开发工具提供一系列灵活好用的 API，为外部以太网通信以及外部 SPI有线以太网SPI-Ethernet通信模块提供良好支持，更多说明请参考下列链结：

https://docs.espressif.com/projects/esp-idf/zh_CN/v5.4/esp32/api-reference/network/esp_eth.html

6.1烧录例程 (步骤1~4)

从 ESP-IDF 中，在 examples 目录下的 get-started/hello_world 工程开始。

我们点击桌面上的ESP-IDF 5.4 CMD 或 ESP-IDF 5.4 PowerShell ，这儿使用的是后者，相关的工具连接都配置好了，我们不用再手动去配置。然后，我们切换到 c:Espressifframeworksesp-idf-v5.4examplesget-startedhello_world 目录中。

*步骤1:先进行ESP32 C3 配置：idf.py set-target

*步骤2:之后就可以开始编译：idf.py build

*步骤3：如果没出现错误，我们就可以用idf.py -p COM3 flash命令烧写, 在这里要注意的是“COM” 要大写，然后按下Enter回车键。

*步骤4:这时候，我们可以在”串口调试助手”中，看到ESP C3与SPI以太网DM9051ANX模块运行起来，并且输出 “Hello world!”，那就表示SPI以太网DM9051ANX通信成功。

6.2以太网口功能演示(步骤1~8)

当成功通信后，我们来实际演示SPI以太网口DM9051ANX的通信功能，切换到 c:Espressifframeworksesp-idf-v5.4examplesethernetbasic 目录中。

*步骤1:与之前动作一样，先配置ESP32 C3:idf.py set-target

*步骤2:这时，我们对ESP32 C3开启 DM9051 以太网通信功能： idf.py

*步骤3:在ESP-IDF菜单中，选择 “Example Ethernet Configuration”

*步骤4:我们在 “SPI Ethernet”菜单中，点选”DM9051 Module”

*步骤5: 另外还要修改 DHCPS 功能，避免 DHCP 和路由有冲突

关闭? DHCPS 功能

退出时记得储存

*步骤6:开始编idf.py build

*步骤7:完成后，进行烧写idf.py -p COM3 flash

*步骤8:完成后，可以在串口看到系统跑起来，并且取得ip 地址，使用 ping 功能测试，结果正常。

七、Iperf网络性能测试工具实测
7.1 相关配置

在这里和之前配置进行都一样，只是测试代码在c:Espressifframeworksesp-idf-v5.4examplesethernetiperf

*步骤1:相同的命令流程：
idf.py set-target esp32c3
idf.py menuconfig
idf.py build
idf.py -p COM3 flash

7.2 Iperf命令

在PC端使用 Iperf 软件，我们输入命令为 iperf -u -s , 而在ESP IDF这儿使用串口调试助手软件，接着输入命令 iperf -u -c xxx.xxx.xxx.xxx -t 60 -i 3
(相关说明，请参考 c:Espressifframeworksesp-idf-v5.4examplesethernetiperfREADME.md 文档）

7.3) DM9051ANX网口性能数据

DM9051ANX网口芯片在 100兆全双工模式，得出实测数据为 11.63Mbps， 还行！我觉得应该可以更快一些，再重新运行 idf.py menuconfig，修改 SPI clock speed (Mhz)到 60Mhz，这个SPI clock要依照使用的网线质量去作调整，这样测试下来，我留意到，当SPI Clock超过 60Mhz时，就有些不稳定了。

重新调整SPI clock后，再测试一次!

最后测出DM9051ANX网口性能为 22.12Mbps，这样的网口數據在一般行业的項目应用是足够了！不仅如此，以这样的性能数据，更可以扩大ESP32 C3/C6+DM9051ANX无线网关的应用范围！