Comprendre les diferències ESP32 i ESP32-S3 Anàlisi tècnica i de rendiment
2024-05-09 21924

En el camp en desenvolupament ràpid d’Internet de les coses, l’elecció del microcontrolador determina l’èxit del projecte.Les juntes de desenvolupament ESP32 i ESP32-S3 són dos microcontroladors representatius del mercat.Són coneguts per les seves potents poder de processament i diverses capacitats de xarxa, dissenyades per satisfer les necessitats de diferents aplicacions IoT.L’objectiu d’aquest article és aprofundir en les especificacions tècniques, l’arquitectura del processador i la comparació de rendiment d’aquests dos taulers de desenvolupament, així com les seves diferències i avantatges en les aplicacions pràctiques.Si comparem detalladament les característiques tècniques clau d’ESP32 i ESP32-S3, podem comprendre millor els seus respectius avantatges tècnics i els escenaris aplicables i proporcionar una referència per triar el tauler de desenvolupament adequat.

La Junta de Desenvolupament ESP32 S3 utilitza un microcontrolador XTENSA LX7 de doble rendiment que funciona a 240MHz.Aquesta alta velocitat permet el processament ràpid i elimina els retards en els programes de recopilació i càrrega, augmentant així la productivitat dels desenvolupadors.Mentre utilitzaven el tauler, els desenvolupadors van notar que el programa funcionava de manera fluida i eficaç des del primer moment.

El consell conté 512 kb de SRAM intern, que és suficient per gestionar programes complexos i gestionar dades temporals sense el risc de desbordament de memòria.També ofereix la tecnologia Wi-Fi i Bluetooth 5 (LE) de 2,4 GHz i és compatible amb xarxes 802.11 b/g/n, millorant la seva capacitat de connectar-se perfectament a Internet i altres dispositius.Aquestes connexions no només són estables, sinó també ràpides, donant suport a la transferència de dades eficient i la interoperabilitat del dispositiu.

Per satisfer les necessitats d’emmagatzematge, ESP32 S3 admet vuit canals de Flash i PSRAM d’alta velocitat, facilitant el processament ràpid de dades i adequats per a aplicacions que requereixen un rendiment elevat de dades.A més, té 45 pins GPIO programables, proporcionant la versatilitat per connectar una varietat de sensors i perifèrics tant per a ús domèstic com industrial.

Llançat el 2016, la Junta de Desenvolupament ESP32 utilitza la microarquitectura Tensilica XTENA LX6 i està optimitzada per a aplicacions IoT.Té un processador de doble nucli capaç de multitasca, augmentant així l'eficiència.Els usuaris es beneficien de poder realitzar tasques com la recollida de dades i les comunicacions de xarxa simultàniament sense afectar la resposta del sistema.

El suport del consell per a Bluetooth i Wi-Fi garanteix un funcionament fiable en diverses condicions sense fils.Això és especialment important per als dispositius IoT que necessiten mantenir un funcionament estable a llarg termini.Els usuaris solen assenyalar que el dispositiu manté una connexió estable fins i tot en zones amb trànsit sense fils pesats, subratllant la seva idoneïtat per a un ús sostingut i a llarg termini.

La sèrie ESP32 presenta una arquitectura de processadors d’última generació amb microprocessadors Tensilica XTENA LX6 i LX7.Aquests processadors poden funcionar com a nucli de doble nucli o únic en funció de les necessitats de l’aplicació, permetent als desenvolupadors personalitzar el rendiment i l’ús d’energia del sistema.Per a aplicacions que requereixen potents capacitats informàtiques, l’opció de doble nucli és ideal i pot millorar eficaçment les capacitats de processament.D'altra banda, les configuracions d'un sol nucli s'adapten millor a les tasques que es beneficien d'una major eficiència energètica, proporcionant un equilibri entre el rendiment i el consum d'energia.

ESP32 inclou dos coprocessadors dedicats a la potència ultra-baixa (ULP): ULP-RISC-V i ULP-FSM, tots dos dissenyats per reduir el consum d’energia mentre realitzen tasques especialitzades.

Coprocessador ULP-RISC-V: aquest coprocessador està dissenyat per realitzar tasques de fons senzilles i contínues com el recompte de passos o el control ambiental.Permet al processador principal entrar al mode de suspensió profund, donant lloc a un estalvi energètic important.Per exemple, durant els períodes d’inactivitat, ULP-RISC-V pot gestionar de forma autònoma tasques de control rutinària, com ara el seguiment de les mètriques de salut, que ajuda a reduir la càrrega de treball del processador principal i millorar l’eficiència energètica.Admet el conjunt d’instruccions RV32IMC i està equipat amb 32 registres d’ús general, adequats per a una gestió eficient de petites operacions de dades.

Coprocessador ULP-FSM: a diferència del ULP-RISC-V, el coprocessador ULP-FSM està adaptat a les tasques basades en l'estat, sobretot el control i el processament de dades del sensor en temps real.Utilitza la lògica de la màquina d’estat fix per utilitzar l’energia de manera més eficient, cosa que la fa ideal per a aplicacions que requereixen un control continu amb un mínim consum d’energia.Per exemple, en sistemes domèstics intel·ligents, ULP-FSM rastreja contínuament els canvis en l’entorn, com ara la temperatura o els nivells de llum, sense augmentar significativament el consum d’energia.

L’ESP32 està alimentat pel processador XTENA LX6 i es pot configurar com un sistema de 32 bits de doble nucli o d’un sol nucli.Conegut per la seva fiabilitat i eficiència, el LX6 destaca en aplicacions IoT estàndard com el control ambiental i el control de la llar intel·ligent, realitzant aquestes tasques amb latència insignificant.

En comparació, l'ESP32-S3 presenta un processador LX7 de 32 bits més avançat que ofereix capacitats de rendiment millorades.El processador LX7 és especialment eficaç en entorns exigents que requereixen resposta ràpida, com ara el processament d’àudio i vídeo en temps real o jocs interactius.La seva excepcional capacitat per gestionar tasques complexes i operacions simultànies la fa ideal per a aplicacions de gamma alta, incloent el processament avançat d’imatges i l’anàlisi de dades complexes.

L’ESP32-S3 té 512 kb de SRAM, que és lleugerament menor que els 520 KB de l’ESP32.Tot i que les diferències són petites, les millores en la gestió de la memòria de l’ESP32-S3 li permeten coincidir amb l’ESP32 en el rendiment.Els usuaris normalment no experimenten cap retard notable, i el funcionament es manté suau fins i tot en diferents condicions d’ús.

La potència de processament dels dos processadors es mesura mitjançant el punt de referència de Coremark, que avalua el rendiment del dispositiu sota càrrega.Les proves de referència mostren que l'ESP32-S3 funciona millor que l'ESP32 en la configuració de diversos nuclis.Aquesta millora del rendiment es deu en gran mesura a les rutes de processament més eficients del LX7 i al conjunt d’instruccions optimitzades, que milloren la seva capacitat per gestionar tasques informàtiques d’alta càrrega.Per exemple, quan els desenvolupadors treballen en processament avançat d’imatges o executant algoritmes complexos, els avantatges d’ESP32-S3 es fan paleses, permetent processar-los ràpid i reducció significativament de temps de finalització de tasques.

Els ESP32 i ESP32-S3 demostren avenços en versions i rendiment de la tecnologia Bluetooth.ESP32 inclou Bluetooth 4.2, proporcionant una potent plataforma per a la connectivitat Bluetooth de baixa potència i la transferència eficient de dades.Aquesta versió és eficaç per a tasques diàries i optimitzada per a l'eficiència energètica, adequada per a dispositius IoT en execució contínuament.

En canvi, l’ESP32-S3 presenta tecnologia Bluetooth 5.0, que ofereix millores importants sobre el seu predecessor.Bluetooth 5.0 estén el rang de transmissió màxim potencial a 240 metres, quatre vegades més que el de Bluetooth 4.2, i augmenta les velocitats de transmissió de dades fins a 2 Mbps.Quan s’utilitzen l’ESP32, els usuaris poden experimentar una transmissió fiable i eficient energètica, ideal per a operacions IoT contínues.Actualitzant a l’ESP32-S3, els usuaris es beneficiaran de distàncies de transmissió significativament més llargues i velocitats més ràpides, mantenint comunicacions estables fins i tot en entorns amb barreres físiques o rang estès.

La tecnologia Bluetooth 5.0 ESP32-S3 no només amplia el rang i la velocitat de transmissió, sinó que també millora les capacitats de transmissió de missatges.Aquestes millores donen suport a xarxes més àmplies i complexes de dispositius IoT, facilitant comunicacions de dades més eficients.En escenaris del món real, com en els sistemes domèstics intel·ligents, ESP32-S3 admet connexions de dispositius més robustes, reduint la necessitat de maridatge o reconnexió de dispositius freqüents.

Les capacitats de Bluetooth 5.0 són especialment útils en diverses aplicacions IoT, des de cases intel·ligents fins a sistemes de control de salut fins a la gestió de les infraestructures urbanes.El seu abast llarg i el consum baix d’energia permeten als dispositius comunicar -se de manera fiable a distàncies més llargues i carregar -se amb menys freqüència, garantint un funcionament ininterromput.Per exemple, en el control ambiental urbà, l’ESP32-S3 transmet de manera fiable dades entre una àmplia gamma de sensors i sistemes centrals, promovent una supervisió ambiental consistent i estable.

Oferint 2,4 GHz 802.11 b/g/n connectivitat Wi-Fi, ESP32 destaca en la gestió de les necessitats de xarxa sense fils de les cases i petites oficines.Inclou activitats com enviar correus electrònics, navegar per Internet i un simple intercanvi de dades.Els usuaris generalment els resulta fàcil i ràpid de configurar i connectar els seus dispositius a aquesta xarxa.Wi-Fi té una àmplia cobertura i una alta estabilitat, admet l’ús simultani de diversos dispositius sense degradació del rendiment i garanteix activitats en línia suaus i ininterrompudes.

ESP32-S3 admet a més la norma avançada HT20/40 Wi-Fi, que no només continua proporcionant una freqüència de 2,4 GHz, sinó que també augmenta la taxa de transferència de dades màxima a 150 Mbps.Aquesta millora fa que l'ESP32-S3 sigui ideal per a necessitats de xarxa més intensives, com ara la transmissió de vídeo en alta definició o la manipulació de grans transferències de fitxers ràpidament.

L’augment de l’ample de banda i la velocitat de l’ESP32-S3 es fan paleses quan la xarxa està sota ús intens.Per exemple, quan es transmeten vídeo HD o transfereix fitxers grans, el dispositiu pot gestionar de manera eficient aquestes tasques amb un bufferet mínim.Aquesta capacitat s’ha demostrat inestimable en entorns domèstics intel·ligents, on nombrosos dispositius com ara càmeres de seguretat, televisors intel·ligents i sistemes d’il·luminació funcionen simultàniament i requereixen una connectivitat en temps real constant.

A més, la força de Wi-Fi millorada d’ESP32-S3 garanteix connexions fiables en entorns més grans, com ara espais d’oficines amplis o aplicacions industrials.Pot mantenir una connexió estable a grans distàncies i a través de múltiples obstacles físics com les parets.Aquesta fiabilitat ajuda a aconseguir una transferència de dades coherent i ininterrompuda a la xarxa en entorns on la densitat del dispositiu és alta o els dispositius sol·liciten freqüentment accés a la xarxa.

ESP32 inclou diverses opcions d’interfície, cosa que la fa molt adaptable a diverses aplicacions.Té 34 pins GPIO (entrada/sortida de propòsit general), dos ports UART (transmissor de receptor asíncron universal) i dos ports SPI (interfície perifèrica en sèrie).Aquesta configuració és ideal per a projectes que impliquen connectar diversos sensors o dispositius.En un ús pràctic, això permet als usuaris gestionar fàcilment tasques en configuracions complexes, com ara sistemes de domòtica o petits controls industrials.Aquestes interfícies faciliten la integració i el bon funcionament de diversos components, millorant així la funcionalitat en diferents entorns.

Per exemple, quan es construeix un sistema de control ambiental, els pins GPIO de l’ESP32 es poden connectar a diversos sensors (detecció de gas, temperatura i humitat) simultàniament, mentre que el port UART facilita la transferència i el processament de dades en temps real amb altres mòduls o ordinadors de control.

Tot i tenir menys pins GPIO (26 total) i la disponibilitat de ports UART i SPI limitat en comparació amb l’ESP32, l’ESP32-S3 compensa amb excel·lents millores perifèriques.Sobretot, inclou un convertidor analògic a digital més avançat (ADC) que millora significativament el seu rendiment en aplicacions que requereixen un processament de senyal analògic precís.Això és particularment beneficiós per a tasques com el processament d’àudio o el control ambiental complex, on la precisió de la conversió del senyal millora la qualitat de la sortida.

Per exemple, en els projectes de processament d’àudio d’alta qualitat, l’ADC sofisticat de l’ESP32-S3 proporciona capacitats de processament i captura de senyal d’àudio més precises.D’aquesta manera es produeix una sortida de so més clara i detallada que l’equip estàndard.Per tant, ESP32-S3 és ideal per a escenaris que requereixen una execució de tasques d’alta precisió, com ara sistemes d’àudio professionals, equips de mesura de precisió o instruments de recerca científica de precisió.

En comparació amb ESP32, ESP32-S3 té millores importants en la comunicació sense fils, especialment la integració de Bluetooth 5.0.Aquesta nova versió de Bluetooth ofereix un rang de comunicació més ampli i dobla la velocitat de transferència de dades en comparació amb el Bluetooth 4.2 de l'ESP32, alhora que millora la capacitat de gestionar múltiples connexions simultànies.Aquestes funcions permeten a ESP32-S3 gestionar de manera eficient diverses xarxes de dispositius, com en una configuració de la llar intel·ligent, on garanteix connexions estables i ràpides a diversos dispositius com ara llums, sensors i càmeres distribuïdes en diferents llocs de la casa.Els usuaris van observar millores significatives en els temps de resposta i les actualitzacions de dades gairebé instantànies, donant lloc a una experiència general del sistema.

En termes de Wi-Fi, ESP32-S3 admet la norma HT20/40, amb velocitats de fins a 150 Mbps a la banda de 2,4 GHz.Aquesta característica és fonamental per a aplicacions que requereixen transferència ràpida de dades i processament de dades grans, com ara la transmissió de vídeo d’alta definició o la transferència de manera eficient de fitxers grans.

Tot i que l’ESP32-S3 ofereix menys pins GPIO que l’ESP32, compensa amb funcions perifèriques avançades.Una actualització notable és el seu convertidor analògic a digital (ADC), que ara ofereix una major precisió i velocitats de processament de dades més ràpides.Aquesta millora fa que l’ESP32-S3 sigui especialment valuosa en aplicacions que requereixen mesures precises i temps de resposta ràpides, com ara sistemes de control ambiental o tasques complexes de processament d’àudio.

Per exemple, en els projectes d’àudio, l’ADC actualitzat d’ESP32-S3 pot capturar i processar senyals de so amb una fidelitat més alta, donant lloc a una sortida d’àudio més clara i detallada, millorant així l’experiència d’escolta de l’usuari.

La seguretat és una altra àrea on l’ESP32-S3 ha millorat significativament.Admet signatures digitals i utilitza el xifrat AES-TTS per a la memòria flash per evitar la manipulació de dades i l’accés no autoritzat.Aquestes millores de seguretat són fonamentals per a aplicacions amb requisits estrictes de seguretat, com ara sistemes de processament de pagaments o dispositius domèstics intel·ligents que gestionen dades personals sensibles.Aquestes mesures de seguretat asseguren que el sistema de pagament executat per ESP32-S3 és altament segur, impedint efectivament d’accés i fuites de dades no autoritzades, millorant així la confiança i la seguretat dels usuaris i proveïdors de serveis.

L’ESP32 és conegut per la seva potent rendiment i versatilitat, sobretot perquè admet Wi-Fi de doble banda a les bandes de 2,4 GHz i 5 GHz.Aquesta característica és adequada per a aplicacions que requereixen connexions de xarxa ràpides i fiables, com ara la transmissió de vídeo o la gestió de grans volums de dades.Tot i que la seva tecnologia Bluetooth 4.2 no és tan avançada com el Bluetooth 5.0 de l’ESP32-S3, encara compleix els requisits de la majoria d’aplicacions Bluetooth tradicionals.

La Wi-Fi de doble banda d’ESP32 és molt eficaç en entorns propensos a la congestió Wi-Fi, o en escenaris on els dispositius requereixen un intercanvi de dades freqüent (com ara sistemes domèstics intel·ligents o automatització empresarial).L’elecció de la banda de 5 GHz és especialment avantatjós en aquests paràmetres perquè redueix la interferència i proporciona capacitats de transferència de dades més ràpides.Per exemple, en un entorn empresarial, utilitzar la banda de 5 GHz pot augmentar significativament les velocitats de processament de dades i la resposta a la xarxa, augmentant així l’eficiència i la fiabilitat del sistema.

En canvi, l’ESP32-S3 s’adapta a les aplicacions que posen èmfasi en el consum baix d’energia i la funcionalitat avançada de Bluetooth.Les seves capacitats Wi-Fi estan limitades a la banda de 2,4 GHz, cosa que és suficient per a la majoria de necessitats que no requereixen el rendiment de dades d’alta velocitat de 5 GHz.La tecnologia Bluetooth 5.0 ESP32-S3 ofereix un rang de comunicació més llarg i velocitats de dades més elevades, cosa que la fa ideal per a l'electrònica de consum, especialment els usables intel·ligents i els dispositius de control de la salut que es beneficien de la gamma estesa i l'eficiència de baixa potència.

El baix consum d’energia d’ESP32-S3 és un actiu important a l’hora de dissenyar tecnologia que es pot portar, permetent que els dispositius s’executin més temps entre les càrregues.Això és especialment valuós per als usuaris que es basen en un seguiment constant de la salut o que prefereixen la càrrega mínima del dispositiu.Per exemple, en dispositius portables com ara smartwatchs o rastrejadors de fitness, l’ESP32-S3 garanteix que el dispositiu funciona durant tot el dia sense preocupar-se de la durada de la bateria, proporcionant un seguiment continu de salut i anàlisi de dades.

ESP32 i ESP32-S3 tenen les seves característiques i avantatges únics, adequats per a diferents requisits tècnics i entorns d'aplicació.ESP32, amb el seu rendiment estable i el seu suport tècnic madur, és adequat per a aplicacions complexes que requereixen una elevada potència de processament i Wi-Fi de doble banda;Mentre que ESP32-S3, amb la seva tecnologia avançada Bluetooth 5.0 i les seves funcions de seguretat millorades, és més adequat per perseguir un consum baix d’energia, els projectes de New Era IoT amb un alt consum de dades i una alta seguretat de dades.L’elecció de la junta de desenvolupament adequada no només pot millorar l’eficiència de la implementació del projecte, sinó que també garanteix el suport tècnic a llarg termini i el desenvolupament sostenible.Per tant, comprendre i avaluar les característiques clau d’aquests microcontroladors és un requisit previ important per a qualsevol tècnic i negoci que treballi a l’espai IoT.

La sèrie ESP32 consisteix en diversos models, dissenyats cadascun basats en requisits específics d'aplicacions, com ara el consum d'energia, les capacitats de processament i els ports d'E/S.Els principals models inclouen ESP32, ESP32-S2, ESP32-S3 i ESP32-C3.Cada model té les seves característiques úniques, amb ESP32-S2 centrada en un cost inferior i l’ESP32-S3 que ofereix majors capacitats de processament d’imatges.

Sí, ESP32-S3 dóna suport a l’entorn de desenvolupament d’Arduino.Podeu programar l'ESP32 instal·lant el gestor del consell a l'Arduino IDE.Això fa que l’ESP32-S3 sigui ideal per als desenvolupadors que necessiten utilitzar programari i biblioteques Arduino.

Els ports GPIO dels ESP32-S3 (entrada i sortida de propòsit general) no admeten de forma nativa la tensió de 5V.Estan dissenyats per suportar les tensions d’entrada amb seguretat fins a 3,3V.Si necessiteu connectar l’ESP32-S3 a un dispositiu de nivell lògic de 5V, haureu d’utilitzar un convertidor a nivell de lògica per evitar danyar el dispositiu.

L’elecció del mòdul ESP32 “millor” depèn de les vostres necessitats específiques.Per exemple, si necessiteu un rendiment d’alt rendiment i més ports d’E/S, ESP32 o ESP32-S3 seria una opció millor.Si la vostra aplicació requereix un consum baix d’energia i rendibilitat, el ESP32-S2 o ESP32-C3 pot ser més adequat.L’avaluació de les necessitats del vostre projecte, com ara el tipus de connexió, la memòria obligatòria, la potència informàtica i el pressupost són tots els factors importants per triar el model adequat.