Pochopenie rozdielov ESP32 a ESP32-S3 Analýza a analýza výkonnosti
2024-05-09 21795

V rýchlo sa rozvíjajúcom oblasti internetu vecí určuje výber mikrokontroléru úspech projektu.Vývojové rady ESP32 a ESP32-S3 sú dvoma reprezentatívnymi mikrokontrolérmi na trhu.Sú známe svojou výkonnou spracovateľskou silou a rôznymi sieťovými schopnosťami, ktoré sú navrhnuté tak, aby vyhovovali potrebám rôznych aplikácií internetu vecí.Účelom tohto článku je ponoriť sa do technických špecifikácií, architektúry procesorov a porovnania výkonnosti týchto dvoch vývojových rád, ako aj ich rozdiely a výhody v praktických aplikáciách.Porovnaním kľúčových technických charakteristík ESP32 a ESP32-S3 podrobne môžeme lepšie porozumieť ich príslušným technickým výhodám a použiteľným scenárom a poskytnúť referenciu na výber príslušnej vývojovej rady.

Vývojová doska ESP32 S3 využíva vysokovýkonný mikrokontrolér s dvoma jadrami LX7 s dvoma jadrami, ktorý beží pri 240 MHz.Táto vysoká rýchlosť umožňuje rýchle spracovanie a eliminuje oneskorenia v programoch kompilácie a načítania, čím sa zvyšuje produktivita vývojárov.Pri používaní dosky vývojári si všimli, že program bežal hladko a efektívne od začiatku.

Doska obsahuje 512 kb interného SRAM, čo je dostatočné na spracovanie zložitých programov a spravovanie dočasných údajov bez rizika pretečenia pamäte.Ponúka tiež technológiu 2,4 GHz Wi-Fi a Bluetooth 5 (LE) a je kompatibilná so sieťami 802.11 B/G/N, čím sa zlepšuje jeho schopnosť plynulo sa pripojiť k internetu a ďalším zariadeniam.Tieto pripojenia sú nielen stabilné, ale aj rýchle, čo podporuje efektívny prenos údajov a interoperabilitu zariadení.

Na uspokojenie potrieb ukladania ESP32 S3 podporuje osem kanálov vysokorýchlostného SPI Flash a PSRAM, čo uľahčuje rýchle spracovanie údajov a vhodné pre aplikácie vyžadujúce vysokú priepustnosť údajov.Okrem toho má 45 programovateľných kolíkov GPIO, ktoré poskytujú všestrannosť na spojenie rôznych senzorov a periférnych zariadení na domáce aj priemyselné použitie.

Vývojová rada ESP32, ktorá bola uvedená na trh v roku 2016, používa mikroarchitektúru Tensilica Xtensa LX6 a je optimalizovaná pre aplikácie internetu vecí.Má dvojjadrový procesor schopný multitaskingu, čím sa zvyšuje účinnosť.Používatelia majú úžitok z toho, že sú schopní vykonávať úlohy, ako je zber údajov a sieťová komunikácia súčasne bez ovplyvnenia reagovania systému.

Podpora dosky pre Bluetooth a Wi-Fi zaisťuje spoľahlivú prevádzku v rôznych bezdrôtových podmienkach.Toto je obzvlášť dôležité pre zariadenia internetu vecí, ktoré musia z dlhodobého hľadiska udržiavať stabilnú prevádzku.Používatelia často poznamenávajú, že zariadenie udržiava stabilné pripojenie aj v oblastiach s vysokou bezdrôtovou prevádzkou a zdôrazňuje jeho vhodnosť na trvalé a dlhodobé používanie.

Séria ESP32 obsahuje najmodernejšiu architektúru procesorov s mikroprocesormi Tensilica Xtensa LX6 a LX7.Tieto procesory môžu fungovať ako dvojjadrové alebo jednojadrové v závislosti od potrieb aplikácie, čo vývojárom umožňuje prispôsobiť výkonnosť a využitie energie systému.V prípade aplikácií, ktoré vyžadujú výkonné výpočtové schopnosti, je voľba duálnej jadra ideálna a môže efektívne vylepšiť možnosti spracovania.Na druhej strane sú jedno jadrové konfigurácie vhodnejšie pre úlohy, ktoré majú úžitok z väčšej energetickej účinnosti, čo poskytuje rovnováhu medzi výkonom a spotrebou energie.

ESP32 obsahuje dva špecializované ultra-nízko (ULP) koprocesory: ULP-RISC-V a ULP-FSM, ktoré sú navrhnuté na zníženie spotreby energie pri vykonávaní špecializovaných úloh.

Coprocesor ULP-RISC-V: Tento koprocesor je navrhnutý tak, aby vykonával jednoduché, nepretržité pozadie, ako napríklad počítanie krokov alebo monitorovanie životného prostredia.Umožňuje hlavnému procesoru vstúpiť do režimu hlbokého spánku, čo má za následok významné úspory energie.Napríklad v období nečinnosti dokáže ULP-RISC-V autonómne zvládnuť rutinné monitorovacie úlohy, ako napríklad sledovanie zdravotných metrík, ktoré pomáhajú znižovať pracovné zaťaženie hlavného procesora a zvyšuje energetickú účinnosť.Podporuje súbor inštrukcií RV32IMC a je vybavený 32 registrom všeobecných účtov, vhodných na efektívne riadenie malých dátových operácií.

Coprocesor ULP-FSM: Na rozdiel od ULP-RISC-V je koprocesor ULP-FSM prispôsobený štátnym úlohám, primárne monitorovania a spracovania údajov snímača v reálnom čase.Používa logiku strojov s pevným štátom na efektívnejšie využívanie energie, vďaka čomu je ideálna pre aplikácie, ktoré vyžadujú nepretržité monitorovanie s minimálnou spotrebou energie.Napríklad v inteligentných domácich systémoch ULP-FSM nepretržite sleduje zmeny v prostredí, ako sú hladiny teploty alebo svetla, bez výraznej zvýšenia spotreby energie.

ESP32 je poháňaný procesorom XTENSA LX6 a dá sa nakonfigurovať ako dvojjadrový alebo jednodielny 32-bitový systém.LX6, známy svojou spoľahlivosťou a účinnosťou, vyniká v štandardných aplikáciách IoT, ako je monitorovanie životného prostredia a inteligentná kontrola domácnosti, ktoré tieto úlohy vykonávajú so zanedbateľnou latenciou.

Na porovnanie, ESP32-S3 je vybavený pokročilejším dvojjadrovým 32-bitovým procesorom LX7, ktorý ponúka vylepšené výkonnostné schopnosti.Procesor LX7 je obzvlášť efektívny v náročných prostrediach, ktoré si vyžadujú rýchlu reakciu, ako je napríklad zvukové a interaktívne hry v reálnom čase alebo interaktívne hry.Jeho výnimočná schopnosť riadiť zložité úlohy a súčasné operácie je ideálna pre špičkové aplikácie vrátane pokročilého spracovania obrazu a komplexnej analýzy údajov.

ESP32-S3 má 512 kb SRAM, čo je o niečo menšie ako 520 kb ESP32.Aj keď sú rozdiely malé, zlepšenia správy pamäte ESP32-S3 umožňujú jej zladiť ESP32 vo výkone.Používatelia zvyčajne zažívajú žiadne viditeľné oneskorenie a prevádzka zostáva hladká aj v rôznych podmienkach využívania.

Spracovacia sila oboch procesorov sa meria pomocou referenčnej hodnoty Coremark, ktorý vyhodnocuje výkon zariadenia pri zaťažení.Referenčné testy ukazujú, že ESP32-S3 funguje lepšie ako ESP32 vo viacjadrových nastaveniach.Toto zlepšenie výkonu je do značnej miery spôsobené efektívnejšími spracovateľskými cestami LX7 a optimalizovanou súpravou inštrukcií, ktoré spolu zlepšujú jeho schopnosť zvládnuť vysokohorské výpočtové úlohy.Napríklad, keď vývojári pracujú na pokročilom spracovaní obrazu alebo vykonávaní zložitých algoritmov, výhody ESP32-S3 sa prejavia, čo umožňuje rýchle spracovanie a výrazne znížené časy dokončenia úloh.

ESP32 a ESP32-S3 demonštrujú pokroky vo verziách a výkone technológie Bluetooth.ESP32 je dodávaný s Bluetooth 4.2, ktorá poskytuje výkonnú platformu pre pripojenie Bluetooth s nízkym výkonom a efektívny prenos údajov.Táto verzia je účinná pre každodenné úlohy a optimalizovaná pre energetickú účinnosť, vhodná pre neustále prevádzkované zariadenia internetu vecí.

Naopak, ESP32-S3 má technológiu Bluetooth 5.0, ktorá ponúka významné vylepšenia oproti svojmu predchodcovi.Bluetooth 5.0 rozširuje potenciálny maximálny prenosový rozsah na 240 metrov, štvornásobok rozsahu Bluetooth 4.2 a zvyšuje rýchlosť prenosu údajov na 2 Mbps.Pri používaní ESP32 môžu používatelia zažiť spoľahlivý a energeticky efektívny prenos, ktorý je ideálny pre nepretržité operácie internetu vecí.Aktualizovaním na ESP32-S3 budú používatelia ťažiť z výrazne dlhších vzdialeností prenosu a rýchlejších rýchlostí, udržiavania stabilnej komunikácie aj v prostrediach s fyzickými prekážkami alebo predĺženým rozsahom.

Technológia Bluetooth 5.0 spoločnosti ESP32-S3 nielen rozširuje prenosový rozsah a rýchlosť, ale tiež zlepšuje možnosti vysielania správ.Tieto vylepšenia podporujú širšie a zložitejšie siete zariadení IoT, čo uľahčuje efektívnejšie dátové komunikácie.V scenároch v reálnom svete, napríklad v Smart Home Systems, ESP32-S3 podporuje robustnejšie pripojenia zariadení, čím sa znižuje potreba častého párovania alebo opätovného pripojenia zariadení.

Možnosti Bluetooth 5.0 sú obzvlášť užitočné v rôznych aplikáciách IoT, od inteligentných domov po systémy monitorovania zdravia až po správu mestskej infraštruktúry.Jeho dlhá dosah a nízka spotreba energie umožňujú zariadeniam spoľahlivo komunikovať na dlhšie vzdialenosti a nabíjať sa menej často, čím sa zabezpečuje nepretržitá prevádzka.Napríklad pri monitorovaní mestského prostredia ESP32-S3 spoľahlivo prenáša údaje medzi širokou škálou senzorov a centrálnymi systémami, čo podporuje konzistentný a stabilný environmentálny dohľad.

Ponúka 2,4 GHz 802.11 b/g/n Wi-Fi pripojenie, vyniká pri správe bezdrôtových sietí potrieb domov a malých kancelárií.Zahŕňa to činnosti, ako je odosielanie e -mailov, surfovanie po internete a jednoduchá výmena údajov.Používatelia sa vo všeobecnosti považujú za jednoduché a rýchle nastavenie a pripojenie svojich zariadení k tejto sieti.Wi-Fi má široké pokrytie a vysokú stabilitu, podporuje súčasné používanie viacerých zariadení bez zhoršenia výkonu a zaisťuje hladké a nepretržité online aktivity.

ESP32-S3 ďalej podporuje pokročilý štandard Wi-Fi HT20/40, ktorý nielen poskytuje frekvenciu 2,4 GHz, ale tiež zvyšuje maximálnu mieru prenosu údajov na 150 Mbps.Vďaka tomuto vylepšeniu je ESP32-S3 ideálny pre intenzívnejšie potreby sietí, ako je rýchle streamovanie videa HD alebo rýchle spracovanie veľkých prenosov súborov.

Zvýšená šírka pásma a rýchlosť ESP32-S3 sa prejavia, keď je sieť pod ťažkým využívaním.Napríklad pri streamovaní videa HD alebo pri prenose veľkých súborov môže zariadenie tieto úlohy efektívne spravovať s minimálnym vyrovnávacom poslancom.Táto schopnosť sa ukázala ako neoceniteľná v inteligentných domácich prostrediach, kde mnohé zariadenia, ako sú bezpečnostné kamery, inteligentné televízory a osvetľovacie systémy, fungujú súčasne a vyžadujú konštantné pripojenie v reálnom čase.

Vylepšená sila Wi-Fi ESP32-S3 navyše zaisťuje spoľahlivé spojenia vo väčších prostrediach, ako sú priestranné kancelárske priestory alebo priemyselné aplikácie.Môže udržiavať stabilné spojenie na väčších vzdialenostiach a prostredníctvom viacerých fyzických prekážok, ako sú steny.Táto spoľahlivosť pomáha dosiahnuť konzistentný a nepretržitý prenos údajov v sieti v prostrediach, kde je hustota zariadenia vysoká, alebo zariadenia často požadujú prístup siete.

ESP32 je dodávaný s rôznymi možnosťami rozhrania, vďaka čomu je vysoko prispôsobiteľný rôznym aplikáciám.Má 34 kolíkov GPIO (Vstup/výstup na všeobecné účely), dva porty UART (univerzálne asynchrónne trans-transmiterové) porty a dva porty SPI (sériové periférne rozhranie).Táto konfigurácia je ideálna pre projekty, ktoré zahŕňajú pripojenie rôznych senzorov alebo zariadení.Pri praktickom používaní to umožňuje používateľom ľahko spravovať úlohy v zložitých nastaveniach, ako sú systémy domácej automatizácie alebo malé priemyselné ovládacie prvky.Tieto rozhrania uľahčujú integráciu a plynulú prevádzku viacerých komponentov, čím sa zvyšuje funkčnosť v rôznych prostrediach.

Napríklad pri vytváraní systému monitorovania životného prostredia môžu byť kolíky GPIO ESP32 pripojené k rôznym senzorom (detekcia plynu, teplota a vlhkosť) súčasne, zatiaľ čo port UART uľahčuje prenos a spracovanie údajov a spracovanie údajov v reálnom čase s inými kontrolnými modulmi alebo počítačmi.

Napriek tomu, že v porovnaní s ESP32 má v porovnaní s ESP32 menej špendlíkov GPIO (celkom 26) a obmedzenú dostupnosť portov UART a SPI, kompenzuje ESP32-S3 vynikajúcimi periférnymi vylepšeniami.Zahŕňa najmä pokročilejšie analógovo-digitálne prevodník (ADC), ktorý významne zvyšuje jeho výkon v aplikáciách vyžadujúcich presné spracovanie analógového signálu.To je obzvlášť prospešné pre úlohy, ako je zvukové spracovanie alebo zložité monitorovanie životného prostredia, kde presnosť konverzie signálu zlepšuje kvalitu výstupu.

Napríklad vo vysoko kvalitných projektoch spracovania zvuku poskytuje sofistikovaná ADC ESP32-S3 presnejšie schopnosti zachytávania zvukových signálov a spracovania.Výsledkom je jasnejší a podrobnejší zvukový výstup ako štandardné vybavenie.Preto je ESP32-S3 ideálny pre scenáre, ktoré si vyžadujú vysoko presné vykonávanie úloh, ako sú profesionálne zvukové systémy, presné meranie zariadenia alebo presné nástroje vedeckého výskumu.

V porovnaní s ESP32 má ESP32-S3 významné vylepšenia v bezdrôtovej komunikácii, najmä integrácia Bluetooth 5.0.Táto nová verzia Bluetooth ponúka širší rozsah komunikácie a zdvojnásobí mieru prenosu údajov v porovnaní s Bluetooth 4.2 ESP32 a zároveň zlepšuje schopnosť spravovať viac simultánnych pripojení.Tieto funkcie umožňujú ESP32-S3 efektívne spracovať viaceré siete zariadení, napríklad v inteligentnom nastavení domácnosti, kde zaisťuje stabilné a rýchle pripojenie k rôznym zariadeniam, ako sú svetlá, senzory a kamery distribuované na rôznych miestach v okolí domu.Používatelia si všimli významné zlepšenia v čase odozvy a takmer okamžitých aktualizácií údajov, čo malo za následok plynulejší celkový systém systému.

Pokiaľ ide o Wi-Fi, ESP32-S3 podporuje štandard HT20/40 s rýchlosťami až 150 Mbps v pásme 2,4 GHz.Táto funkcia je rozhodujúca pre aplikácie, ktoré si vyžadujú rýchly prenos údajov a veľké spracovanie údajov, ako napríklad streamovanie videa s vysokým rozlíšením alebo efektívne prenos veľkých súborov.

Aj keď ESP32-S3 ponúka menej kolíkov GPIO ako ESP32, kompenzuje pokročilé periférne funkcie.Pozoruhodnou aktualizáciou je jeho analógový digitálny prevodník (ADC), ktorý teraz ponúka väčšiu presnosť a rýchlejšie rýchlosti spracovania údajov.Vďaka tomuto zlepšeniu je ESP32-S3 obzvlášť cenným v aplikáciách, ktoré si vyžadujú presné merania a rýchle časy odozvy, ako sú systémy monitorovania životného prostredia alebo zložité úlohy zvukového spracovania.

Napríklad v zvukových projektoch môže vylepšená ADC ESP32-S3 zachytávať a spracovávať zvukové signály s vyššou vernosťou, čo vedie k jasnejšiemu a podrobnejšiemu zvukovému výstupu, čím sa zlepší zážitok z počúvania používateľa.

Bezpečnosť je ďalšou oblasťou, v ktorej sa ESP32-S3 výrazne zlepšila.Podporuje digitálne podpisy a používa šifrovanie AES-XTS pre bleskovú pamäť, aby sa zabránilo manipulácii s údajmi a neoprávneným prístupom.Tieto vylepšenia zabezpečenia sú rozhodujúce pre aplikácie s prísnymi bezpečnostnými požiadavkami, ako sú systémy spracovania platieb alebo inteligentné domáce zariadenia, ktoré spravujú citlivé osobné údaje.Tieto bezpečnostné opatrenia zabezpečujú, aby platobný systém prevádzkovaný spoločnosťou ESP32-S3 bol vysoko bezpečný a účinne zabránil neoprávnenému prístupu a úniku údajov, čím sa zlepšila dôvera a bezpečnosť používateľov a poskytovateľov služieb.

ESP32 je známy svojím silným výkonom a všestrannosťou, najmä preto, že podporuje dvojpásmové Wi-Fi v pásmoch 2,4 GHz a 5 GHz.Táto funkcia je vhodná pre aplikácie, ktoré vyžadujú rýchle a spoľahlivé sieťové pripojenia, ako je streamovanie videa alebo správa veľkých objemov údajov.Aj keď jeho technológia Bluetooth 4.2 nie je taká pokročilá ako Bluetooth 5.0 ESP32-S3, stále spĺňa požiadavky najtradičnejších aplikácií Bluetooth.

Wi-Fi Dual-Band od ESP32 je veľmi efektívny v prostrediach náchylných na preťaženie Wi-Fi alebo v scenároch, kde zariadenia vyžadujú častú výmenu údajov (napríklad inteligentné domáce systémy alebo automatizáciu podnikov).Výber pásma 5 GHz je v týchto nastaveniach obzvlášť výhodný, pretože znižuje rušenie a poskytuje rýchlejšie možnosti prenosu údajov.Napríklad v podnikateľskom prostredí môže využívanie pásma 5 GHz výrazne zvýšiť rýchlosť spracovania údajov a reakciu siete, čím sa zvyšuje efektívnosť a spoľahlivosť systému.

Naopak, ESP32-S3 je prispôsobený pre aplikácie, ktoré zdôrazňujú nízku spotrebu energie a pokročilé funkcie Bluetooth.Jeho schopnosti Wi-Fi sú obmedzené na pásmo 2,4 GHz, čo je dostatočné pre väčšinu potrieb, ktoré nevyžadujú vysokorýchlostnú priepustnosť údajov 5 GHz.Technológia Bluetooth 5.0 spoločnosti ESP32-S3 ponúka dlhší komunikačný rozsah a vyššie rýchlosti dát, vďaka čomu je ideálna pre spotrebnú elektroniku, najmä pre inteligentné nositeľné odevy a zariadenia na monitorovanie zdravia, ktoré majú úžitok z rozšíreného rozsahu a nízkej výkonovej účinnosti.

Nízka spotreba energie ESP32-S3 je dôležitým prínosom pri navrhovaní nositeľnej technológie, ktorá umožňuje zariadeniam bežať dlhšie medzi poplatkami.Toto je obzvlášť cenné pre používateľov, ktorí sa spoliehajú na neustále monitorovanie zdravia alebo ktorí uprednostňujú minimálne nabíjanie zariadení.Napríklad v nositeľných zariadeniach, ako sú inteligentné hodinky alebo fitnes sledovače, ESP32-S3 zaisťuje, že zariadenie funguje po celý deň bez obáv zo výdrže batérie a poskytuje nepretržité sledovanie zdravia a analýzu údajov.

ESP32 a ESP32-S3 majú svoje jedinečné vlastnosti a výhody, vhodné pre rôzne technické požiadavky a aplikačné prostredia.ESP32, so stabilnou výkonnosťou a zrelou technickou podporou, je vhodný pre zložité aplikácie vyžadujúce vysoký výkon spracovania a dvojpásmové Wi-Fi;Zatiaľ čo ESP32-S3, so svojou pokročilou technológiou Bluetooth 5.0 a vylepšenými bezpečnostnými funkciami, je vhodnejší na sledovanie nízkej spotreby energie, nové projekty IoT ERA s vysokou spotrebou údajov a vysokou bezpečnosťou údajov.Výber správnej rady pre rozvoj môže nielen zlepšiť efektívnosť realizácie projektu, ale tiež zabezpečiť dlhodobú technickú podporu a trvalo udržateľný rozvoj.Pochopenie a hodnotenie kľúčových vlastností týchto mikrokontrolérov je preto dôležitým predpokladom pre každého technika a podnikania pracujúceho v priestore internetu vecí.

Séria ESP32 pozostáva z viacerých modelov, z ktorých každý je navrhnutý na základe konkrétnych požiadaviek na aplikáciu, ako sú spotreba energie, schopnosti spracovania a I/O porty.Medzi hlavné modely patria ESP32, ESP32-S2, ESP32-S3 a ESP32-C3.Každý model má svoje jedinečné vlastnosti, pričom ESP32-S2 sa zameriava na nižšie náklady a ESP32-S3 ponúka väčšie možnosti spracovania obrazu.

Áno, ESP32-S3 podporuje vývojové prostredie Arduino.ESP32 môžete naprogramovať inštaláciou správcu dosiek do Arduino IDE.Vďaka tomu je ESP32-S3 ideálny pre vývojárov, ktorí potrebujú používať softvér Arduino a knižnice.

Porty GPIO (Všeobecné a výstupné) GPIO (Všeobecné účely) v ESP32-S3 nepodporujú napätie 5V.Sú navrhnuté tak, aby bezpečne vydržali vstupné napätie až do 3,3 V.Ak potrebujete pripojiť ESP32-S3 k zariadeniu na úrovni 5 V, budete musieť použiť konvertor na úrovni logiky, aby ste zabránili poškodeniu vášho zariadenia.

Výber modulu „Best“ ESP32 závisí od vašich konkrétnych potrieb.Napríklad, ak potrebujete vysoko výkonné a ďalšie I/O porty, lepšou voľbou by bola ESP32 alebo ESP32-S3.Ak vaša aplikácia vyžaduje nízku spotrebu energie a nákladovú efektívnosť, potom môže byť vhodnejší ESP32-S2 alebo ESP32-C3.Vyhodnotenie vašich potrieb projektu, ako je typ pripojenia, požadovaná pamäť, výpočtový výkon a rozpočet, sú všetky dôležité faktory pri výbere správneho modelu.