作者：陸向陽
上海樂鑫信息（Espressif）在2014年推出的ESP8266 Wi-Fi晶片，因為晶片模組化、板卡化的零售價僅5美元，在雙北吃一餐飯再配個飲料大概就這個錢，便宜到讓人不可思議，加上可以與Arduino系統板連接，或使用Arduino IDE整合開發環境等，瞬間在創客界爆紅！
樂鑫之後趁勝追擊，在2016年推出ESP8266的後續晶片ESP32，ESP32同時具備Wi-Fi與Bluetooth通訊能力，較ESP8266的純Wi-Fi通訊更佳，其他各方面也多所強化。
2019年樂鑫再針對ESP32晶片的安全防護能力進行強化，成為ESP32-S系列晶片，2020年2月底，樂鑫再推出S系列的新版晶片，即ESP32-S2（2019年9月即預告，2020年2月底正式供貨，工程樣品2019年6月即已提供）。
強化安全防護能力的ESP32-S2（Source）
表面上ESP32-S與ESP32-S2只有一個數字之別，但晶片內部卻有大程度的翻動，到底有哪些變化？本文以下將對此討論。
ESP32-S2內部功能方塊圖（source）
ESP32編號規則
無論是ESP32-S、ESP32-S2其實都只是泛稱，ESP32晶片有其編號規則，除了開頭必然是ESP32外，之後搭配不同的英文字母與數字而有不同的意涵：
ESP32-ABCDE
A欄：晶片內有幾個控制器核心，若為字母D（Dual）為雙核核心，若為S（Single）為單核核心。
B欄：晶片內是否有嵌入式的快閃記憶體，若為數字0表示沒有，若為2表示有16Mbit容量的快閃記憶體。
C欄：晶片的無線通訊能力，字母WD指的是晶片內有Wi-Fi（11b/g/n傳輸率）也有Bluetooth（BT、BLE均有），不過ESP32-S2只有Wi-Fi沒有Bluetooth，此將於後述。
D欄：晶片的封裝（或稱構裝）方式，若為Q6表示是以QFN 6x6mm方式封裝，若無任何字母數字則為QFN 5x5mm方式封裝。
E欄：晶片的晶圓層面改版（wafer level），若寫ECO V3則為ECO V3版，若無任何字母數字則為ECO V3之前的版本。ECO V3是一連串的晶片電路修正與強化，相關技術細節見本文件（簡體字）。
ESP32系列晶片編號原則（source）
控制器核心升級
ESP32-S2的第一個特點是控制器核心的架構提升，過往的ESP32晶片使用Xtensa LX6，而S2改用Xtensa LX7，且之前多數ESP32晶片多為雙核，S2則為單核，ESP32的各系列中亦有一款為單核，即ESP32-S0WD。S2的運作時脈為240MHz，此前的ESP32即有160MHz、240MHz的版本，因此運作頻率上未有提升。
除了主控制器外，其實ESP32內部搭配即時鐘子系統運作的還有一個附屬的超低功耗處理器（Ultra-Low power Processor, ULP），過去樂鑫未揭露ULP的架構與規格，但S2則確定改用開放原始程式碼的RISC-V架構。
新的ULP使S2更省電，在閒置（idle）模式時耗用不到5uA的電力，若把運作週期（duty cycle）設定在1%則也只耗24uA電力。此前的ESP32晶片在深度睡眠時也仍要耗10uA電力。
ESP32-S2之前的ESP32內部功能方塊圖。（source）
內部記憶體減少、I/O接腳增加
ESP32-S2縮減了內部記憶體的容量，SRAM自520KB降至320KB，ROM則自448KB（64KB＋384KB）降至128KB，樂鑫未說明縮減原因，筆者推估在晶片電路面積有限的權衡取捨下，減少記憶體資源以增強ESP32-S2所強調的安全防護能力。
不過S2增強了外部記憶體的擴充能力，若使用SPI介面連接RAM記憶體而言，過往的ESP32系列晶片只能達8MB，S2卻可達128MB；而以SPI介面連接外部快閃記憶體時，過往的ESP32系列晶片可達16MB，S2則可到1GB。
在GPIO方面，過往的ESP32系列有34個可用的I/O接腳（大陸稱引腳、管腳），S2則增加至43個，觸控用的I/O接腳也自10個增至14個。
其他如S2具備LCD顯示的連接介面，此在此之前的ESP32系列上不具備；I2S介面過往ESP32有兩組但在S2上僅剩1組；S2可連接USB OTG（Full Speed 12Mbps）而原有ESP32不行；過往ESP32可支援CAN介面、SDIO介面，以及乙太網路介面，此方面S2均取消。
取消雙模改專注在Wi-Fi
S2取消了Bluetooth通訊能力，但卻強化了Wi-Fi能力，雖然同樣是11n速率標準但加入了TOF（Time-of-Flight）能力，可讓Wi-Fi實現測距、定位功能。
安全性強化、封裝增大
S2顧名思義是安全防護強化型的第二款，S2支援RSA 3072非對稱密碼，快閃記憶體內的敏感資料可用AES256-XTS方式加密保護；S2提供4096bits的eFuse（熔絲，寫入一次即無法再改變）儲存且有一半可供應用程式使用，另外也加入數位簽章功能。
在封裝方面，過往的ESP32為5x5mm、6x6mm，而S2增成7x7mm。
ESP32-S2的封裝略為增大（Source）
可應用範圍廣泛
ESP32本來即鎖定16種應用，S2延續其訴求但再新增兩種：USB介面需求的相關應用及觸控相關應用。另外S2也更聚焦於本有16種中的3種，包含家庭自動化、工業自動化、零售與餐飲，加上S2因功耗大幅降低所以也訴求任何以電池供電的裝置，這自然也包含原有16種應用中的「可穿戴電子產品」，以及其他各類型應用中以電池運作的應用項。
晶片、模組、板卡都到位
S2除了晶片正式發售外，其官方版模組與官方版板卡也都推出，模組有ESP32-S2-WROVER、ESP32-S2-WROO，板卡則有開發學習取向的ESP32-S2-Saola-1，以及多媒體應用開發取向的ESP32-S2-Kaluga-1。
ESP32-S2的多媒體開發板ESP32-S2-Kaluga-1。（source）
小結
綜觀上述，ESP32-S2系列是一種資源規格的重新調整與取捨，而不是全面進化。S2特別強調省電及安全，網路上有觀察者認為樂鑫之所以推出S2，主要是ESP32未快速取代ESP8266，而ESP8266最受人顧慮的即是安全不足，ESP32-S與ESP32-S2即在於彌補此一領域。
有趣的是，樂鑫也預告會有簡單版的ESP32晶片，稱為C系列（C = cost成本？），此即更可看出樂鑫想加速取代自家原有ESP8266，原本因為很便宜而使用ESP8266但不在意安全性的用戶可用C系列，反之重視安全性的可用S系列。
（責任編輯：王姵文）
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2021/03/02
原來如此！
2021/02/08
C系列的安全性和 S 系列是一致的，安全性在未来会是底线。
ESP32-S2是 ESP32-S系列中的一员，但和 ESP32 是完全两个系列了。不能套用 ESP32 的命名规则了。