ESP32S3

espressif : Xtensa LX7 Dual Core 240 MHz BLE5.0 USB1.1 OTG AI CAN Touch QFN56

Xin简介

Tags : Wi-Fi4 / BLE

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datasheet

规格参数

ESP32-S3作为乐鑫现役旗舰产品，双核240MHz配置高于传统MCU，基于wireless连接能力实现对传统MCU的降维打击。

基本参数

  • 发布时间：2020年12月31日

  • 参考价格：

  • 制程工艺：N40(40nm)

  • 供货周期：至2033年

  • 处理性能：613.8 CoreMark, 1181.6 CoreMark (Dual) , Level4

  • 封装规格：QFN56 (7x7mm)

  • 运行环境：-40°C to 105°C

  • RAM容量：512 KB (PSRAM ≤ 1GB)

  • ROM容量：384 KB

  • Flash容量：0/4/8/16/32 MB (≤1GB)

特征参数

  • 240 MHz Xtensa LX7 (2.56 CoreMark/MHz) Dual Core (4.92 CoreMark/MHz)

  • 低功耗协处理器 ULP (FSM/RISC-V)

  • Wi-Fi + BLE5.0

  • USB

  • CAN

  • 1 × 16bit DVP, 1 × 16bit LCD

  • 2 × SDIO 主机

  • 44 x GPIO，JTAG 接口

  • 2x 12-bit ADC 100KSPS (20ch)

  • 14 × 电容式传感 GPIO

  • 4 Kbit eFuse，用户可用 1792bit

Note

ESP32-S3增加了用于加速神经网络计算和信号处理等工作的向量指令 (vector instructions)

模拟性能

  • 10ch 12-bit SAR ADC1, 100 ksps

  • 10ch 12-bit SAR ADC2, 100 ksps

芯片架构

功耗参数

  • 电压范围：2.3 to 3.6 V

  • 功耗范围：

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ULP

RISC-V PicoRV32 FSM 8KB SRAM

电源管理单元，五种功耗模式，超低功耗协处理器 (ULP)：

  • ULP-RISC-V 协处理器

  • ULP-FSM 协处理器

连接能力

Link Budget : 118dBm Bandwidth : 150 Mbps

AP Model

Channel

Bandwidth

TCP RX

TCP TX

UDP RX

UDP TX

R6850

10

HT20

72.92 Mbps

76.40 Mbps

86.01 Mbps

76.70 Mbps

WDR8690

10

HT20/40

48.81 Mbps

51.90 Mbps

57.89 Mbps

60.20 Mbps

AC23

11

HT40

60.86 Mbps

76.50 Mbps

85.59 Mbps

69.30 Mbps

R300

13

HT20

43.58 Mbps

49.40 Mbps

60.03 Mbps

57.50 Mbps

AX3

1

HT20

46.25 Mbps

44.50 Mbps

58.69 Mbps

57.30 Mbps

D268G

1

HT20/40

70.77 Mbps

79.30 Mbps

87.66 Mbps

93.70 Mbps

ACRH17

1

HT20/40

74.76 Mbps

76.50 Mbps

87.71 Mbps

86.40 Mbps

AX3000

8

HT20/40

46.43 Mbps

46.70 Mbps

61.01 Mbps

59.30 Mbps

Hint

所有AP均配置加密模式

Wi-Fi

20dBm

Link Budget : 118dBm Bandwidth : 150 Mbps

在 2.4 GHz 频带支持 20 MHz 和 40 MHz 频宽，支持 1T1R 模式，数据速率高达 150 Mbps

  • 天线分集

  • 802.11 mc FTM

  • 支持外部功率放大器

BLE5.0

BLE -94dBm 20dBm

  • 高功率模式(20 dBm，与 Wi-Fi 共用 PA)

对比 ESP32 的 Bluetooth , ESP32S3 只支持LE模式

USB

USB 1.1 12Mbps

计算能力

加速指令

为了提高特定 AI 和 DSP (Digital Signal Processing) 算法的运算效率，ESP32-S3 中新增了一组扩展指令。处理器指令拓展 (PIE) 支持以下特性：

  • 新增 128-bit 位宽通用寄存器

  • 128-bit 位宽的向量数据操作，包括：乘法、加法、减法、累加、移位、比较等

  • 合并数据处理指令与加载/存储运算指令

  • 非对齐 128-bit 带宽的向量数据

  • 取饱和操作

安全特性

内置安全硬件，4096 bit eFuse(其中1566 bit用户可用)，硬件加密加速器可支持 AES-128/256、Hash、RSA、HMAC，RNG

RSA 模块

RSA-4096

AES 模块

XTS-AES-128 XTS-AES-256

基于 AES-128-XTS 算法的 flash 加密方案，确保应用程序与配置数据在 flash 中保持加密状态。 flash 控制器支持执行加密的应用程序固件，这不仅为存储在 flash 中的敏感数据提供了必要保护，还防止了运行时由于固件更改造成的 TOCTTOU (time-of-check-to-time-of-use) 攻击。

数字签名

数字签名DS(Digital Signature) 可以通过固件不可访问的私钥生成，同样地，其 HMAC 外设也可以生成固件不可访问的加密摘要。

目前，大多数物联网云服务使用基于 X.509 证书的身份验证，数字签名外设保护了定义设备身份的私钥。这样一来，即使出现软件漏洞，它也能为设备身份提供强大的保护

Xin选择

品牌对比

Espressif 在WiFi MCU领域市场占有率第一，在中低端或高性价比定位的产品里鲜有对手，而且不断完善的生态主要的护城河，所有应用领域都有较高的开发起点。

功能对比

Wi-Fi

CoreMark

SRAM/Flash

Characteristics

UART/SPI/SDIO

Package

ESP32S3

1181.6

512KB/384KB

USB1.1 OTG

3/2/1

QFN56

W801

288KB/2MB

16-bit ADC

6/2/1

QFN56

W801 和 ESP32S3 两者的封装规格相同，主频配置相同，差异主要在： ESP32S3 是双核且带有USB， W801 拥有更多外设

Performance

Espressif

Architecture

CoreMark

SRAM/Flash

USB

AIoT

Sleep

Package

ESP32S3

Xtensa LX7

1181.6

512K/384K

FS OTG

DSP

8µA

QFN56

STM32H7B0

Cortex-M7

1414

1.4M/128K

FS OTG

ART

2.2µA

64/100/176

Note

ESP32S3 双核 1181.6 CoreMark 略高于 STM32F7系列(1082CoreMark)，对性能要求较高的场景非常适用，不足在于非嵌入式存储器，IO的效率较低

型号对比

Espressif

Architecture

CoreMark

SRAM/Flash

Wireless

ADC/DAC/PWM

ETH/USB/CAN

Package

ESP32S3

Xtensa LX7

1181.6

512K/384K

WiFi+BLE

2(12bit)/X/10

1.1OTG+CAN

QFN56

ESP32S2

Xtensa LX7

613.8

320K/128K

WiFi

2(12bit)/2(8bit)/8

1.1OTG+CAN

QFN56

ESP32

Xtensa LX6

994.26

520K/448K

WiFi+BLE

2(12bit)/2(8bit)/18

ETH+CAN

QFN48

ESP32C3

RISC-V

407.22

400K/384K

WiFi+BLE

2(12bit)/X/6

CAN

QFN32

芯片系列对比

版本对比

主要对比集成的资源大小，便于硬件设计，对软件开发影响不大。

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Xin应用

开发板

ESP32-S3-EYE

ESP32-S3-EYE

ESP32-S3-BOX

ESP32-S3-BOX

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除了智能语音助手以外，还集触摸屏控制、传感器、红外控制器和智能网关等多功能于一体，拥有完善的 SDK 和丰富的例程。

ESP32-S3-USB-OTG

ESP32-S3-USB-OTG

开发框架

ESP-IDF ESP-ADF ESP-MDF ESP-DL ESP-WHO ESP-Skainet

ESP32S3 支持乐鑫所有开发框架：Arduino , ESP-IDF , ESP-ADF , ESP-MDF

此外，凭借其 加速指令 特性，在如下开发框架有良好的表现

ESP-DL

Deep Learning

ESP-DL

ESP-SR

Speech Recognition

ESP-SR

ESP-WHO

人脸识别 人脸探测 运动探测

esp-who

ESP-Skainet

WakeNet MultiNet 语言唤醒

ESP-Skainet 是乐鑫针对语音控制设备推出的智能语音助手。集成多种声学算法，如语音活动检测、声学回声消除、降噪和波束成形等，提供了增强的声学性能。

它不依赖云连接，可以完全实现离线运行，在本地乐鑫 SoC 上即可进行唤醒词检测和语音命令词（短语）识别。

外设应用

Touch

IOMUX

相对于传统的MCU，基于IO矩阵，可以将数字外设任意分配管脚，灵活性相当高。

支持快速信号如 SPI、JTAG、UART 等可以旁路 GPIO 交换矩阵以实现更好的高频数字特性。所以高速信号会直接通过 IO MUX 输入和输出。

基于RTC控制的IO MUX具有以下特性：

  • 控制 22 个 RTC GPIO 管脚的低功耗特性；

  • 控制 22 个 RTC GPIO 管脚的模拟功能；

  • 将 22 个 RTC 输入输出信号引入 RTC 系统。

产品案例

Xin总结

能力构建

如果要掌握ESP32的开发，需要对Linux有一定的了解，包括编码风格和开发环境。

问题整理

相对传统的MCU使用的强大IDE环境，最大的槽点就是缺乏高度集成的工具环境，ESP-IDF的编译效率较低，文件修改后编译非常耗时

Note

由于ESP-IDF的多版本、开源(链接集成)和快速迭代特性，导致获取完整资源慢且不稳定，GitHub无法访问≈放弃

应用总结

就芯片配置而言，相对ESP32的升级力度不大，用以太网换了USB-OTG，更多是一种发展方向的探索，围绕软件生态构建应用场景。