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自定义开发板指南

本指南介绍如何为小智AI语音聊天机器人项目定制一个新的开发板初始化程序。小智AI支持50多种ESP32系列开发板，每个开发板的初始化代码都放在对应的目录下。

重要提示

警告: 对于自定义开发板，当IO配置与原有开发板不同时，切勿直接覆盖原有开发板的配置编译固件。必须创建新的开发板类型，或者通过config.json文件中的builds配置不同的name和sdkconfig宏定义来区分。使用 python scripts/release.py [开发板目录名字] 来编译打包固件。

如果直接覆盖原有配置，将来OTA升级时，您的自定义固件可能会被原有开发板的标准固件覆盖，导致您的设备无法正常工作。每个开发板有唯一的标识和对应的固件升级通道，保持开发板标识的唯一性非常重要。

目录结构

每个开发板的目录结构通常包含以下文件：

• xxx_board.cc - 主要的板级初始化代码，实现了板子相关的初始化和功能
• config.h - 板级配置文件，定义了硬件管脚映射和其他配置项
• config.json - 编译配置，指定目标芯片和特殊的编译选项
• README.md - 开发板相关的说明文档

定制开发板步骤

1. 创建新的开发板目录

首先在boards/目录下创建一个新的目录，例如my-custom-board/：

mkdir main/boards/my-custom-board

2. 创建配置文件

config.h

在config.h中定义所有的硬件配置，包括:

• 音频采样率和I2S引脚配置
• 音频编解码芯片地址和I2C引脚配置
• 按钮和LED引脚配置
• 显示屏参数和引脚配置

参考示例（来自lichuang-c3-dev）：

#ifndef _BOARD_CONFIG_H_
#define _BOARD_CONFIG_H_

#include <driver/gpio.h>

// 音频配置
#define AUDIO_INPUT_SAMPLE_RATE  24000
#define AUDIO_OUTPUT_SAMPLE_RATE 24000

#define AUDIO_I2S_GPIO_MCLK GPIO_NUM_10
#define AUDIO_I2S_GPIO_WS   GPIO_NUM_12
#define AUDIO_I2S_GPIO_BCLK GPIO_NUM_8
#define AUDIO_I2S_GPIO_DIN  GPIO_NUM_7
#define AUDIO_I2S_GPIO_DOUT GPIO_NUM_11

#define AUDIO_CODEC_PA_PIN       GPIO_NUM_13
#define AUDIO_CODEC_I2C_SDA_PIN  GPIO_NUM_0
#define AUDIO_CODEC_I2C_SCL_PIN  GPIO_NUM_1
#define AUDIO_CODEC_ES8311_ADDR  ES8311_CODEC_DEFAULT_ADDR

// 按钮配置
#define BOOT_BUTTON_GPIO        GPIO_NUM_9

// 显示屏配置
#define DISPLAY_SPI_SCK_PIN     GPIO_NUM_3
#define DISPLAY_SPI_MOSI_PIN    GPIO_NUM_5
#define DISPLAY_DC_PIN          GPIO_NUM_6
#define DISPLAY_SPI_CS_PIN      GPIO_NUM_4

#define DISPLAY_WIDTH   320
#define DISPLAY_HEIGHT  240
#define DISPLAY_MIRROR_X true
#define DISPLAY_MIRROR_Y false
#define DISPLAY_SWAP_XY true

#define DISPLAY_OFFSET_X  0
#define DISPLAY_OFFSET_Y  0

#define DISPLAY_BACKLIGHT_PIN GPIO_NUM_2
#define DISPLAY_BACKLIGHT_OUTPUT_INVERT true

#endif // _BOARD_CONFIG_H_

config.json

在config.json中定义编译配置:

{
    "target": "esp32s3",  // 目标芯片型号: esp32, esp32s3, esp32c3等
    "builds": [
        {
            "name": "my-custom-board",  // 开发板名称
            "sdkconfig_append": [
                // 额外需要的编译配置
                "CONFIG_ESPTOOLPY_FLASHSIZE_8MB=y",
                "CONFIG_PARTITION_TABLE_CUSTOM_FILENAME=\"partitions_8M.csv\""
            ]
        }
    ]
}

3. 编写板级初始化代码

创建一个my_custom_board.cc文件，实现开发板的所有初始化逻辑。

一个基本的开发板类定义包含以下几个部分：

1. 类定义：继承自WifiBoard或ML307Board
2. 初始化函数：包括I2C、显示屏、按钮、IoT等组件的初始化
3. 虚函数重写：如GetAudioCodec()、GetDisplay()、GetBacklight()等
4. 注册开发板：使用DECLARE_BOARD宏注册开发板

#include "wifi_board.h"
#include "audio_codecs/es8311_audio_codec.h"
#include "display/lcd_display.h"
#include "application.h"
#include "button.h"
#include "config.h"
#include "iot/thing_manager.h"

#include <esp_log.h>
#include <driver/i2c_master.h>
#include <driver/spi_common.h>

#define TAG "MyCustomBoard"

// 声明字体
LV_FONT_DECLARE(font_puhui_16_4);
LV_FONT_DECLARE(font_awesome_16_4);

class MyCustomBoard : public WifiBoard {
private:
    i2c_master_bus_handle_t codec_i2c_bus_;
    Button boot_button_;
    LcdDisplay* display_;

    // I2C初始化
    void InitializeI2c() {
        i2c_master_bus_config_t i2c_bus_cfg = {
            .i2c_port = I2C_NUM_0,
            .sda_io_num = AUDIO_CODEC_I2C_SDA_PIN,
            .scl_io_num = AUDIO_CODEC_I2C_SCL_PIN,
            .clk_source = I2C_CLK_SRC_DEFAULT,
            .glitch_ignore_cnt = 7,
            .intr_priority = 0,
            .trans_queue_depth = 0,
            .flags = {
                .enable_internal_pullup = 1,
            },
        };
        ESP_ERROR_CHECK(i2c_new_master_bus(&i2c_bus_cfg, &codec_i2c_bus_));
    }

    // SPI初始化（用于显示屏）
    void InitializeSpi() {
        spi_bus_config_t buscfg = {};
        buscfg.mosi_io_num = DISPLAY_SPI_MOSI_PIN;
        buscfg.miso_io_num = GPIO_NUM_NC;
        buscfg.sclk_io_num = DISPLAY_SPI_SCK_PIN;
        buscfg.quadwp_io_num = GPIO_NUM_NC;
        buscfg.quadhd_io_num = GPIO_NUM_NC;
        buscfg.max_transfer_sz = DISPLAY_WIDTH * DISPLAY_HEIGHT * sizeof(uint16_t);
        ESP_ERROR_CHECK(spi_bus_initialize(SPI2_HOST, &buscfg, SPI_DMA_CH_AUTO));
    }

    // 按钮初始化
    void InitializeButtons() {
        boot_button_.OnClick([this]() {
            auto& app = Application::GetInstance();
            if (app.GetDeviceState() == kDeviceStateStarting && !WifiStation::GetInstance().IsConnected()) {
                ResetWifiConfiguration();
            }
            app.ToggleChatState();
        });
    }

    // 显示屏初始化（以ST7789为例）
    void InitializeDisplay() {
        esp_lcd_panel_io_handle_t panel_io = nullptr;
        esp_lcd_panel_handle_t panel = nullptr;
        
        esp_lcd_panel_io_spi_config_t io_config = {};
        io_config.cs_gpio_num = DISPLAY_SPI_CS_PIN;
        io_config.dc_gpio_num = DISPLAY_DC_PIN;
        io_config.spi_mode = 2;
        io_config.pclk_hz = 80 * 1000 * 1000;
        io_config.trans_queue_depth = 10;
        io_config.lcd_cmd_bits = 8;
        io_config.lcd_param_bits = 8;
        ESP_ERROR_CHECK(esp_lcd_new_panel_io_spi(SPI2_HOST, &io_config, &panel_io));

        esp_lcd_panel_dev_config_t panel_config = {};
        panel_config.reset_gpio_num = GPIO_NUM_NC;
        panel_config.rgb_ele_order = LCD_RGB_ELEMENT_ORDER_RGB;
        panel_config.bits_per_pixel = 16;
        ESP_ERROR_CHECK(esp_lcd_new_panel_st7789(panel_io, &panel_config, &panel));
        
        esp_lcd_panel_reset(panel);
        esp_lcd_panel_init(panel);
        esp_lcd_panel_invert_color(panel, true);
        esp_lcd_panel_swap_xy(panel, DISPLAY_SWAP_XY);
        esp_lcd_panel_mirror(panel, DISPLAY_MIRROR_X, DISPLAY_MIRROR_Y);
        
        // 创建显示屏对象
        display_ = new SpiLcdDisplay(panel_io, panel,
                                    DISPLAY_WIDTH, DISPLAY_HEIGHT, 
                                    DISPLAY_OFFSET_X, DISPLAY_OFFSET_Y, 
                                    DISPLAY_MIRROR_X, DISPLAY_MIRROR_Y, DISPLAY_SWAP_XY,
                                    {
                                        .text_font = &font_puhui_16_4,
                                        .icon_font = &font_awesome_16_4,
                                        .emoji_font = font_emoji_32_init(),
                                    });
    }

    // IoT设备初始化
    void InitializeIot() {
        auto& thing_manager = iot::ThingManager::GetInstance();
        thing_manager.AddThing(iot::CreateThing("Speaker"));
        thing_manager.AddThing(iot::CreateThing("Screen"));
        // 可以添加更多IoT设备
    }

public:
    // 构造函数
    MyCustomBoard() : boot_button_(BOOT_BUTTON_GPIO) {
        InitializeI2c();
        InitializeSpi();
        InitializeDisplay();
        InitializeButtons();
        InitializeIot();
        GetBacklight()->SetBrightness(100);
    }

    // 获取音频编解码器
    virtual AudioCodec* GetAudioCodec() override {
        static Es8311AudioCodec audio_codec(
            codec_i2c_bus_, 
            I2C_NUM_0, 
            AUDIO_INPUT_SAMPLE_RATE, 
            AUDIO_OUTPUT_SAMPLE_RATE,
            AUDIO_I2S_GPIO_MCLK, 
            AUDIO_I2S_GPIO_BCLK, 
            AUDIO_I2S_GPIO_WS, 
            AUDIO_I2S_GPIO_DOUT, 
            AUDIO_I2S_GPIO_DIN,
            AUDIO_CODEC_PA_PIN, 
            AUDIO_CODEC_ES8311_ADDR);
        return &audio_codec;
    }

    // 获取显示屏
    virtual Display* GetDisplay() override {
        return display_;
    }
    
    // 获取背光控制
    virtual Backlight* GetBacklight() override {
        static PwmBacklight backlight(DISPLAY_BACKLIGHT_PIN, DISPLAY_BACKLIGHT_OUTPUT_INVERT);
        return &backlight;
    }
};

// 注册开发板
DECLARE_BOARD(MyCustomBoard);

4. 创建README.md

在README.md中说明开发板的特性、硬件要求、编译和烧录步骤：

常见开发板组件

1. 显示屏

项目支持多种显示屏驱动，包括:

• ST7789 (SPI)
• ILI9341 (SPI)
• SH8601 (QSPI)
• 等...

2. 音频编解码器

支持的编解码器包括:

• ES8311 (常用)
• ES7210 (麦克风阵列)
• AW88298 (功放)
• 等...

3. 电源管理

一些开发板使用电源管理芯片:

• AXP2101
• 其他可用的PMIC

4. IoT设备

可以添加各种IoT设备，让AI能够"看到"和控制:

• Speaker (扬声器)
• Screen (屏幕)
• Battery (电池)
• Light (灯光)
• 等...

开发板类继承关系

• Board - 基础板级类
  • WifiBoard - WiFi连接的开发板
  • ML307Board - 使用4G模块的开发板

开发技巧

1. 参考相似的开发板：如果您的新开发板与现有开发板有相似之处，可以参考现有实现
2. 分步调试：先实现基础功能（如显示），再添加更复杂的功能（如音频）
3. 管脚映射：确保在config.h中正确配置所有管脚映射
4. 检查硬件兼容性：确认所有芯片和驱动程序的兼容性

可能遇到的问题

1. 显示屏不正常：检查SPI配置、镜像设置和颜色反转设置
2. 音频无输出：检查I2S配置、PA使能引脚和编解码器地址
3. 无法连接网络：检查WiFi凭据和网络配置
4. 无法与服务器通信：检查MQTT或WebSocket配置

参考资料

• ESP-IDF 文档: https://docs.espressif.com/projects/esp-idf/
• LVGL 文档: https://docs.lvgl.io/
• ESP-SR 文档: https://github.com/espressif/esp-sr