使用 ESP32-S3 模块时两个小坑别踩到

前言

之前已经用 ESP32-S3 模块做了不少项目，会经常使用到 SPI 总线来驱动外设，想起来有两个坑需要注意，这里记录一下供大家参考～

两个坑都跟 GPIO 使用有关系：

N16R8 版本的 ESP32-S3 模块，GPIO 35/36/37 被内部 PSRAM 占用，绝对不能拿来做 SPI
SPI 只有走 IOMUX 固定引脚才能跑到 80MHz；一旦用 GPIO Matrix 重映射，最高只有 40MHz

坑一：N16R8 的 GPIO 35/36/37 不能碰

N16R8 是什么

ESP32-S3 有很多封装版本，N16R8 的意思是：板载 16MB Flash + 8MB PSRAM。听起来很香，内存大、Flash 大，DIY 项目首选。

但它有个代价：片内的 Octal Flash 和 Octal PSRAM 需要占用更多 GPIO 引脚。普通版本（比如 N8）只占用 GPIO 27-32，而 N16R8 额外还要占用 GPIO 35、36、37。

文档中说明如下：

SPI0/1：GPIO26-32 通常用于 SPI flash 和 PSRAM，不推荐用于其他用途。当使用八线 flash 或八线 PSRAM 或同时使用两者时，GPIO33~37 会连接到 SPIIO4 ~ SPIIO7 和 SPIDQS。因此，对于内嵌 ESP32-S3R8 或 ESP32-S3R8V 芯片的开发板，GPIO33~37 也不推荐用于其他用途。

EDA 中要注意

在 LCEDA 中直接使用 N16R8 模块器件时，并不会额外标明这几个引脚不能使用，因此在设计原理图时需要特别注意，不要把这几个引脚用来当作普通 GPIO 或者 SPI 总线的引脚来使用。

解决方案

绕开 35/36/37，改用其他 GPIO。

选 pin 时可以参考这个范围：GPIO 0-21、GPIO 38-48。

部分引脚是 Strapping 管脚，同样需要注意，建议使用前先仔细阅读数据手册是否有影响。

坑二：GPIO Matrix 把速度砍了一半

ESP32-S3 相比其他 MCU 最方便的就是外设的 IO 可以随意使用，不是固定外设与固定引脚配对，但是这里也就会有一个小坑。

两种 SPI 信号路由方式

ESP32-S3 的 SPI 信号有两种走法：

ESP32-S3 的 SPI2（FSPI）有一组固定的 IOMUX 引脚：

只要你把 SPI 脚分配到这几个固定引脚，硬件自动走 IOMUX，可以跑满 80 MHz。

一旦你换了任何一个脚，哪怕只换了一个 CS，信号就全部绕道 GPIO Matrix，整组 SPI 速度上限跌到 40 MHz。

踩坑现象

代码里写的是 SPI.setFrequency(80000000)，但用逻辑分析仪一量，CLK 实际频率 40 MHz，少了整整一半。

在之前测试 JPEG 解码（ESP32-S3 JPEG 实测：从解码库对比到 DMA 优化，最终到达 SPI 上限）中也说到，因为用了 GPIO Matrix，SPI 刷屏速度最高也只能 43 FPS。

怎么确认走的是哪种路由

方法一：看引脚分配，对照 SPI2 的 IOMUX 表，每个脚都在固定位置才是 IOMUX。

方法二：用逻辑分析仪实测，设 80MHz，实际量出来 40MHz 就说明走了 Matrix。

方法三：查 ESP-IDF 日志，驱动初始化时会打印使用的模式（需要开 debug 级别日志）。

怎么避开这两个坑

总结一下选 pin 的原则：

用 N16R8 时，GPIO 35/36/37 列为禁区，原理图里直接加上非连接标记

SPI 想跑 80MHz，必须全部用 IOMUX 固定引脚，一个都不能换；如果板子布线不允许，就接受 40MHz 的上限

后续打算

之前测试 JPEG 解码是用了以前做好的开发板，后面手动连接到固定引脚，看看在 80Mbps 下刷屏速度能提升到多少。

参考资料

https://docs.espressif.com/projects/esp-idf/zh_CN/stable/esp32s3/api-reference/peripherals/spi_master.html
https://docs.espressif.com/projects/esp-idf/zh_CN/v5.0/esp32s3/api-reference/peripherals/gpio.html