啟明雲端分享│ESP32-S3 晶片簡介

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ESP32-S3 搭載 Xtensa 32 位 LX7 雙核處理器,五級流水線架構,主頻高達 240 MHz。整合 2.4 GHz Wi-Fi 和 Bluetooth 5 (LE),具有強大的 AI 運算能力和可靠的安全加密機制,專為 AIoT 市場打造。

ESP32-S3 是一款整合 2.4 GHz Wi-Fi 和 Bluetooth 5 (LE) 的 MCU 晶片,支援遠距離模式 (Long Range)。ESP32-S3 搭載 Xtensa® 32 位 LX7 雙核處理器,主頻高達 240 MHz,內建 512 KB SRAM (TCM),具有 45 個可程式設計 GPIO 管腳和豐富的通訊介面。與 ESP32 相比,ESP32-S3 支援更大容量的高速 Octal SPI flash 和片外 RAM,支援使用者配置資料快取與指令快取。

功能框圖

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ESP32S3功能框圖

產品特性

Wi-Fi

• 支援 IEEE 802.11 b/g/n 協議

• 在 2.4 GHz 頻帶支援 20 MHz 和 40 MHz 頻寬

• 支援 1T1R 模式,資料速率高達 150 Mbps

• 無線多媒體 (WMM)

• 幀聚合 (TX/RX A-MPDU, RX A-MSDU)

• 立即塊回覆 (Immediate Block ACK)

• 分片和重組 (Fragmentation and defragmenta-tion)

• Beacon 自動監測(硬體 TSF)

• 4 × 虛擬 Wi-Fi 介面

• 同時支援基礎結構型網路 (Infrastructure BSS) Station 模式、SoftAP 模式和 Station + SoftAP 混雜模式 請注意 ESP32-S3 在 Station 模式下掃描時,SoftAP 通道會同時改變

• 天線分集

• 802.11 mc FTM

藍芽

• 低功耗藍芽 (Bluetooth LE):Bluetooth 5、Blue-tooth mesh

• 2 Mbps PHY

• 遠距離模式 (Long Range)

• 廣播擴充套件 (Advertising Extensions)

• 多廣播 (Multiple Advertisement Sets)

• 通道選擇 (Channel Selection Algorithm #2)

CPU 和儲存

• 五級流水線架構,支援高達 240 MHz 的時鐘頻率

• 16 位/24 位指令集提供高程式碼密度

• 32 位定製化指令集及 128 位寬資料匯流排,提供高運算效能

• 支援單精度浮點運算單元 (FPU)

• 支援 32 位乘法器、32 位除法器

• 非快取 GPIO 指令

• 支援六級 32 箇中斷

• 支援 windowed ABI,64 個物理通用暫存器

• 支援帶 TRAX 壓縮模組的 trace 功能,最大 16 KB 的記錄儲存器 (trace memory)

• 用於除錯的 JTAG

• 384 KB ROM :用於程式啟動和核心功能呼叫

• 512 KB SRAM :用於資料和指令儲存

• 16 KB RTC SRAM

• SPI、Dual SPI、Quad SPI、Octal SPI、QPI、OPI 介面外接多個 flash 和片外 RAM

高階外設介面和感測器

• 45 × GPIO 口

• 數字介面:

– 4 × SPI

– 1 × LCD 介面(8 位 ~16 位並行 RGB,I8080, MOTO6800), 支援 RGB565,

YUV422, YUV420, YUV411 之間互相轉換

– 1 × DVP 8 位 ~16 位攝像頭介面

– 3 × UART

– 2 × I2C

– 2 × I2S

– 1 × RMT (TX/RX)

– 1 × 脈衝計數器

– LED PWM 控制器,多達 8 個通道

– 1 × 全速 USB OTG

– 1 × USB Serial/JTAG 控制器

– 2 × MCPWM

– 1 × SDIO 主機介面,具有 2 個卡槽

– DMA 控制器,5 個接收通道和 5 個傳送通道– 1 × TWAI® 控制器(相容 ISO11898-1)

• 模擬介面:

– 2 × 12 位 SAR ADC,多達 20 個通道

– 1 × 溫度感測器

– 14 × 電容式感測 GPIO以下是 ESP32-S3 的關鍵特性:

1. Wi-Fi + Bluetooth 5 (LE) 無線連線

ESP32-S3 整合 2.4 GHz Wi-Fi (802.11 b/g/n) 功能,支援 40 MHz 頻寬。其低功耗藍芽子系統支援 Bluetooth 5 (LE) 和 Bluetooth Mesh,可通過 Coded PHY 與廣播擴充套件實現遠距離通訊。它還支援 2 Mbps PHY,用於提高傳輸速度和資料吞吐量。ESP32-S3 的 Wi-Fi 和 Bluetooth LE 射頻效能優越,在高溫下也能穩定工作。

2. 支援 AI 加速

ESP32-S3 MCU 額外增加了用於加速神經網路計算和訊號處理等工作的向量指令 (vector instructions)。AI 開發者們將可以使用指令優化後的軟體庫(敬請期待 ESP-WHO,ESP-Skainet 更新版本),實現高效能的影象識別、語音喚醒和識別等應用。

3. 豐富的 IO 介面

ESP32-S3 擁有 45 個可程式設計 GPIO,支援所有常用外設介面,如 SPI、I2S、I2C、PWM、RMT、ADC、DAC、UART、SD/MMC 主機控制器和 TWAITM 控制器等。使用者可將其中的 14 個 GPIO 配置為用於 HMI 互動的電容觸控輸入端。此外,ESP32-S3 搭載了超低功耗協處理器 (ULP),支援多種低功耗模式,廣泛適用於各類低功耗應用場景。

完善的安全機制

4. ESP32-S3 為物聯網裝置提供了完善的安全機制和保護措施

為了防止各類惡意攻擊和威脅。它支援基於 AES-XTS 演算法的 Flash 加密和基於 RSA 演算法的安全啟動;具有數字簽名和 HMAC 模組,用於保護私鑰或對稱金鑰免受軟體攻擊,確保裝置身份安全。ESP32-S3 還新增了一個“世界控制器 (World Controller)”模組,提供了兩個互不干擾的執行環境,實現可信執行環境或許可權分離機制。

5.ESP32-S3 支援的功耗模式

• Active 模式:CPU 和晶片射頻處於工作狀態。晶片可以接收、發射和偵聽訊號。

• Modem-sleep 模式:CPU 可執行,時鐘頻率可配置。Wi-Fi 基帶和射頻關閉,但 Wi-Fi 可保持連線。

• Light-sleep 模式:CPU 暫停執行。RTC 外設以及 ULP 協處理器可被定時器週期性喚醒執行。任何喚醒事件(MAC、主機、RTC 定時器或外部中斷)都會喚醒晶片。Wi-Fi 可保持連線。

• Deep-sleep 模式:CPU 和大部分外設都會掉電,只有 RTC 儲存器和 RTC 外設處於工作狀態。Wi-Fi 連線

資料儲存在 RTC 中。ULP 協處理器可以工作。

• Hibernation 模式:內建快速 RC 振盪器時鐘和 ULP 協處理器均被禁用。只有 1 個位於低速時鐘上的 RTC

時鐘定時器和某些 RTC GPIO 在工作。RTC 時鐘定時器或 RTC GPIO 可以將晶片從 Hibernation 模式中喚醒。

不同模式下的功耗

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