ESP-IDF编译系统详解（1）

接前一篇文章：VSCode + ESP-IDF安装与配置全过程

本文内容主要参考：

《ESP32-C3物联网工程开发实战》 —— 乐鑫科技编著

特此致谢！

前文已经详述了ESP-IDF开发环境的搭建，包括ESP-IDF的下载与安装完整流程，以及VSCode + ESP-IDF的安装与配置。本文对于ESP-IDF编译系统进行详解。

1. 编译系统基本概念

ESP-IDF工程是一个包含入口函数的主程序和多个独立功能组件的集合。例如，一个控制LED开关的项目主要包含一个入口函数main和控制GPIO的driver组件。如果要实现LED远程控制功能，则还需要额外添加Wi-Fi、TCP/IP协议栈等。

编译系统通过一套构建规则可对代码进行编译、链接，并生成可执行文件（.bin）。ESP-IDF v4.0及以上版本的编译系统默认以CMake为基础搭建，编译脚本CMakeLists.txt可用于控制代码的编译行为。ESP-IDF编译系统除了支持CMake基础语法外，还定义了一套默认的编译规则和CMake函数，用户使用简单的语句即可完成编译脚本的编写。

2. 工程文件结构

工程（Project，也称为项目）是指一个包含入口函数main、用户自定义组件，以及构建可执行应用程序所需的编译脚本、配置文件、分区表等文件的文件夹。工程可以被复制和传递，并可在安装了相同版本ESP-IDF开发环境的机器中编译生成相同的可执行文件。

笔者之前建立的VSCODE+ESP-IDF的工程结构如下所示：

由于ESP-IDF具有跨芯片平台的特性，同时支持乐鑫的多款物联网芯片，包括ESP32、ESP32-S系列、ESP32-C系列、ESP32-H系列等，因此在编译代码之前，需要确定一个目标。此目标既是运行应用程序的硬件设备，也是编译系统的生成目标。

工程可以指定编译目标，也可以同时兼容多种目标，在编译时由用户选择。例如，可以通过命令“idf.py set-target esp32c3”将编译目标设置为ESP-C3，期间将加载针对ESP32-C3的默认参数和编译工具链路径，经过编译后即可为ESP32-C3生成可执行程序。用户也可以再次运行set-target命令来设置其它目标，编译系统将自动清理并重新进行配置。

这里，分别给出通过ESP-IDF命令行方式和VSCode+ESP-IDF方式执行set-target命令的实际操作。

ESP-IDF命令行方式

实际命令及结果如下：

C:\Users\ns\esp32\helloworld>idf.py set-target esp32-c3
Adding "set-target"'s dependency "fullclean" to list of commands with default set of options.
Executing action: fullclean
Executing action: set-target
Set Target to: esp32c3, new sdkconfig will be created.
Running cmake in directory C:\Users\ns\esp32\helloworld\build
Executing "cmake -G Ninja -DPYTHON_DEPS_CHECKED=1 -DPYTHON=C:\Espressif\python_env\idf5.2_py3.11_env\Scripts\python.exe -DESP_PLATFORM=1 -DIDF_TARGET=esp32c3 -DCCACHE_ENABLE=1 C:\Users\ns\esp32\helloworld"...
-- Existing sdkconfig 'C:/Users/ns/esp32/helloworld/sdkconfig' renamed to 'C:/Users/ns/esp32/helloworld/sdkconfig.old'.
-- Found Git: C:/Espressif/tools/idf-git/2.43.0/cmd/git.exe (found version "2.43.0.windows.1")
-- ccache will be used for faster recompilation
-- The C compiler identification is GNU 13.2.0
-- The CXX compiler identification is GNU 13.2.0
-- The ASM compiler identification is GNU
-- Found assembler: C:/Espressif/tools/riscv32-esp-elf/esp-13.2.0_20230928/riscv32-esp-elf/bin/riscv32-esp-elf-gcc.exe
-- Detecting C compiler ABI info
-- Detecting C compiler ABI info - done
-- Check for working C compiler: C:/Espressif/tools/riscv32-esp-elf/esp-13.2.0_20230928/riscv32-esp-elf/bin/riscv32-esp-elf-gcc.exe - skipped
-- Detecting C compile features
-- Detecting C compile features - done
-- Detecting CXX compiler ABI info
-- Detecting CXX compiler ABI info - done
-- Check for working CXX compiler: C:/Espressif/tools/riscv32-esp-elf/esp-13.2.0_20230928/riscv32-esp-elf/bin/riscv32-esp-elf-g++.exe - skipped
-- Detecting CXX compile features
-- Detecting CXX compile features - done
-- git rev-parse returned 'fatal: not a git repository (or any of the parent directories): .git'
-- Could not use 'git describe' to determine PROJECT_VER.
-- Building ESP-IDF components for target esp32c3
-- Project sdkconfig file C:/Users/ns/esp32/helloworld/sdkconfig
-- Looking for sys/types.h
-- Looking for sys/types.h - found
-- Looking for stdint.h
-- Looking for stdint.h - found
-- Looking for stddef.h
-- Looking for stddef.h - found
-- Check size of time_t
-- Check size of time_t - done
-- Found Python3: C:/Espressif/python_env/idf5.2_py3.11_env/Scripts/python.exe (found version "3.11.2") found components: Interpreter-- Performing Test C_COMPILER_SUPPORTS_WFORMAT_SIGNEDNESS
-- Performing Test C_COMPILER_SUPPORTS_WFORMAT_SIGNEDNESS - Success
-- App "hello_world" version: 1
-- Adding linker script C:/Users/ns/esp32/helloworld/build/esp-idf/esp_system/ld/memory.ld
-- Adding linker script C:/Espressif/frameworks/esp-idf-v5.2.1/components/esp_system/ld/esp32c3/sections.ld.in
-- Adding linker script C:/Espressif/frameworks/esp-idf-v5.2.1/components/esp_rom/esp32c3/ld/esp32c3.rom.ld
-- Adding linker script C:/Espressif/frameworks/esp-idf-v5.2.1/components/esp_rom/esp32c3/ld/esp32c3.rom.api.ld
-- Adding linker script C:/Espressif/frameworks/esp-idf-v5.2.1/components/esp_rom/esp32c3/ld/esp32c3.rom.libgcc.ld
-- Adding linker script C:/Espressif/frameworks/esp-idf-v5.2.1/components/esp_rom/esp32c3/ld/esp32c3.rom.newlib.ld
-- Adding linker script C:/Espressif/frameworks/esp-idf-v5.2.1/components/esp_rom/esp32c3/ld/esp32c3.rom.version.ld
-- Adding linker script C:/Espressif/frameworks/esp-idf-v5.2.1/components/esp_rom/esp32c3/ld/esp32c3.rom.eco3.ld
-- Adding linker script C:/Espressif/frameworks/esp-idf-v5.2.1/components/soc/esp32c3/ld/esp32c3.peripherals.ld
-- Components: app_trace app_update bootloader bootloader_support bt cmock console cxx driver efuse esp-tls esp_adc esp_app_format esp_bootloader_format esp_coex esp_common esp_eth esp_event esp_gdbstub esp_hid esp_http_client esp_http_server esp_https_ota esp_https_server esp_hw_support esp_lcd esp_local_ctrl esp_mm esp_netif esp_netif_stack esp_partition esp_phy esp_pm esp_psram esp_ringbuf esp_rom esp_system esp_timer esp_wifi espcoredump esptool_py fatfs freertos hal heap http_parser idf_test ieee802154 json log lwip main mbedtls mqtt newlib nvs_flash nvs_sec_provider openthread partition_table protobuf-c protocomm pthread riscv sdmmc soc spi_flash spiffs tcp_transport ulp unity usb vfs wear_levelling wifi_provisioning wpa_supplicant
-- Component paths: C:/Espressif/frameworks/esp-idf-v5.2.1/components/app_trace C:/Espressif/frameworks/esp-idf-v5.2.1/components/app_update C:/Espressif/frameworks/esp-idf-v5.2.1/components/bootloader C:/Espressif/frameworks/esp-idf-v5.2.1/components/bootloader_support C:/Espressif/frameworks/esp-idf-v5.2.1/components/bt C:/Espressif/frameworks/esp-idf-v5.2.1/components/cmock C:/Espressif/frameworks/esp-idf-v5.2.1/components/console C:/Espressif/frameworks/esp-idf-v5.2.1/components/cxx C:/Espressif/frameworks/esp-idf-v5.2.1/components/driver C:/Espressif/frameworks/esp-idf-v5.2.1/components/efuse C:/Espressif/frameworks/esp-idf-v5.2.1/components/esp-tls C:/Espressif/frameworks/esp-idf-v5.2.1/components/esp_adc C:/Espressif/frameworks/esp-idf-v5.2.1/components/esp_app_format C:/Espressif/frameworks/esp-idf-v5.2.1/components/esp_bootloader_format C:/Espressif/frameworks/esp-idf-v5.2.1/components/esp_coex C:/Espressif/frameworks/esp-idf-v5.2.1/components/esp_common C:/Espressif/frameworks/esp-idf-v5.2.1/components/esp_eth C:/Espressif/frameworks/esp-idf-v5.2.1/components/esp_event C:/Espressif/frameworks/esp-idf-v5.2.1/components/esp_gdbstub C:/Espressif/frameworks/esp-idf-v5.2.1/components/esp_hid C:/Espressif/frameworks/esp-idf-v5.2.1/components/esp_http_client C:/Espressif/frameworks/esp-idf-v5.2.1/components/esp_http_server C:/Espressif/frameworks/esp-idf-v5.2.1/components/esp_https_ota C:/Espressif/frameworks/esp-idf-v5.2.1/components/esp_https_server C:/Espressif/frameworks/esp-idf-v5.2.1/components/esp_hw_support C:/Espressif/frameworks/esp-idf-v5.2.1/components/esp_lcd C:/Espressif/frameworks/esp-idf-v5.2.1/components/esp_local_ctrl C:/Espressif/frameworks/esp-idf-v5.2.1/components/esp_mm C:/Espressif/frameworks/esp-idf-v5.2.1/components/esp_netif C:/Espressif/frameworks/esp-idf-v5.2.1/components/esp_netif_stack C:/Espressif/frameworks/esp-idf-v5.2.1/components/esp_partition C:/Espressif/frameworks/esp-idf-v5.2.1/components/esp_phy C:/Espressif/frameworks/esp-idf-v5.2.1/components/esp_pm C:/Espressif/frameworks/esp-idf-v5.2.1/components/esp_psram C:/Espressif/frameworks/esp-idf-v5.2.1/components/esp_ringbuf C:/Espressif/frameworks/esp-idf-v5.2.1/components/esp_rom C:/Espressif/frameworks/esp-idf-v5.2.1/components/esp_system C:/Espressif/frameworks/esp-idf-v5.2.1/components/esp_timer C:/Espressif/frameworks/esp-idf-v5.2.1/components/esp_wifi C:/Espressif/frameworks/esp-idf-v5.2.1/components/espcoredump C:/Espressif/frameworks/esp-idf-v5.2.1/components/esptool_py C:/Espressif/frameworks/esp-idf-v5.2.1/components/fatfs C:/Espressif/frameworks/esp-idf-v5.2.1/components/freertos C:/Espressif/frameworks/esp-idf-v5.2.1/components/hal C:/Espressif/frameworks/esp-idf-v5.2.1/components/heap C:/Espressif/frameworks/esp-idf-v5.2.1/components/http_parser C:/Espressif/frameworks/esp-idf-v5.2.1/components/idf_test C:/Espressif/frameworks/esp-idf-v5.2.1/components/ieee802154 C:/Espressif/frameworks/esp-idf-v5.2.1/components/json C:/Espressif/frameworks/esp-idf-v5.2.1/components/log C:/Espressif/frameworks/esp-idf-v5.2.1/components/lwip C:/Users/ns/esp32/helloworld/main C:/Espressif/frameworks/esp-idf-v5.2.1/components/mbedtls C:/Espressif/frameworks/esp-idf-v5.2.1/components/mqtt C:/Espressif/frameworks/esp-idf-v5.2.1/components/newlib C:/Espressif/frameworks/esp-idf-v5.2.1/components/nvs_flash C:/Espressif/frameworks/esp-idf-v5.2.1/components/nvs_sec_provider C:/Espressif/frameworks/esp-idf-v5.2.1/components/openthread C:/Espressif/frameworks/esp-idf-v5.2.1/components/partition_table C:/Espressif/frameworks/esp-idf-v5.2.1/components/protobuf-c C:/Espressif/frameworks/esp-idf-v5.2.1/components/protocomm C:/Espressif/frameworks/esp-idf-v5.2.1/components/pthread C:/Espressif/frameworks/esp-idf-v5.2.1/components/riscv C:/Espressif/frameworks/esp-idf-v5.2.1/components/sdmmc C:/Espressif/frameworks/esp-idf-v5.2.1/components/soc C:/Espressif/frameworks/esp-idf-v5.2.1/components/spi_flash C:/Espressif/frameworks/esp-idf-v5.2.1/components/spiffs C:/Espressif/frameworks/esp-idf-v5.2.1/components/tcp_transport C:/Espressif/frameworks/esp-idf-v5.2.1/components/ulp C:/Espressif/frameworks/esp-idf-v5.2.1/components/unity C:/Espressif/frameworks/esp-idf-v5.2.1/components/usb C:/Espressif/frameworks/esp-idf-v5.2.1/components/vfs C:/Espressif/frameworks/esp-idf-v5.2.1/components/wear_levelling C:/Espressif/frameworks/esp-idf-v5.2.1/components/wifi_provisioning C:/Espressif/frameworks/esp-idf-v5.2.1/components/wpa_supplicant
-- Configuring done
-- Generating done
-- Build files have been written to: C:/Users/ns/esp32/helloworld/build