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学习使用 Nanase 对 XIAO SAMD21 进行编程

这是一个由 @nanase_coder 撰写的文档。(由Seeed翻译自日语原文:コインサイズ Arduino互換機 Seeed Studio XIAO SAMD21 を使ってみた)。感谢Nanase与我们分享!

文档​

关于Seeeduino XIAO的使用有两个文档，分别侧重于不同的领域，请查看下表以供参考：

Seeed的文档Nanase的文档
引脚图界面
Seeed Studio XIAO SAMD21 入门Seeed Studio XIAO SAMD21 带 MicroSD 卡(SPI)
Seeed Studio XIAO SAMD21 GPIO 用法Seeed Studio XIAO SAMD21 带 GPS(UART)
Seeed Studio XIAO SAMD21 资源单周期 IOBUS

Features​

  • ARM Cortex M0 + CPU (SAMD21G18) 48MHz
  • 256 KB 闪存, 32 KB SRAM
  • USB Type-C
  • SPI, I2C, UART, DMA 可用
  • 硬币尺寸(20mm x 17.5mm)
  • 逻辑电平：3.3V

该板的背面没有任何元件，所有引脚都有城堡形孔，可以轻松焊接到另一块板上。

零件​

  • 1 x Seeeduino XIAO
  • 2 x 7针接头
  • 4 x 贴纸

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齿形孔：

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规格​

规格
中央处理器ARM Cortex-M0+ CPU(SAMD21G18)，运行频率高达 48MHz（从 32.768 kHz 倍增）
贮存256KB闪存，32KB静态存储器
I/O 引脚14个GPIO引脚，11个模拟引脚，11个数字引脚，1个DAC输出引脚
引脚功能SPI、I2C、UART、PWM、外部中断、SWD（电源板）
逻辑电平3.3V
LED：1个用户LED、1个电源LED、2个串口下载LED
力量USB Type-C接口，电源板位于背面
尺寸20x17.5x3.5毫米

正如您所看到的，它是 SAMD 类型的 Arduino，与 Arduino MKR 系列类似，因此从技术上讲，为它们编写的任何库都可以在 Seeed Studio XIAO SAMD21 上使用。另一方面，由于它与Arduino Uno等ATmega型Arduino不同，因此无法使用依赖于ATmega某些特定寄存器的库。

GPIO 14针是指侧面的11针、复位针、背面的SWD（SWDIO、SWCLK）。

引脚功能中的 UART 与通过 USB 的串口不同，可以通过 进行操作Serial1。

重置你的主板​

查看此处并了解如何将 Seeed Studio XIAO SAMD21 添加到 Arduino IDE。

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Seeed Studio XIAO SAMD21 does not have a reset button. Instead, there is a reset pad. Short connect this reset pad and apply GND to reset your board.

引导加载程序​

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有时程序可能会崩溃或无法上传草图。您可以重置板两次并进入 Bootloader 模式。在此模式下，LED 缓慢闪烁，Seeed Studio XIAO SAMD21 被识别为 USB 存储设备。串口与普通模式分离，始终处于草图写入模式，不运行板上之前的程序。

要从引导加载程序模式返回到正常模式，请上传草图或再次快速重置两次。

如果在 PC 未将 Seeed Studio XIAO SAMD21 识别为 USB 设备时进入引导加载程序模式，LED 将快速闪烁。

LCD（液晶显示屏）​

就像原来的 Arduino 一样，从示例草图中选择 Basics> Blink 并上传。

void setup() {
  pinMode(LED_BUILTIN, OUTPUT);
}

void loop() {
  digitalWrite(LED_BUILTIN, HIGH);
  delay(1000);
  digitalWrite(LED_BUILTIN, LOW);
  delay(1000);
}

与原始 Arduino 不同的是，它在低电平时开启，在高电平时关闭。

两个可闪烁的内置LED​

官方网站将另外两个内置 LED 描述为two LEDs for serial port downloading。然而，从原理图来看，没有物理引脚连接到这些 RX 和 TX LED。

如果您查看此处的USBCore.cpp，您可以看到每次串行 USB 传输/接收发生时它们都会打开digitalWrite，这意味着这两个 LED 是可编程的。

uint32_t USBDeviceClass::recv(uint32_t ep, void *_data, uint32_t len)
{
    if (!_usbConfiguration)
        return -1;

#ifdef PIN_LED_RXL
    if (rxLEDPulse == 0)
        digitalWrite(PIN_LED_RXL, LOW);

    rxLEDPulse = TX_RX_LED_PULSE_MS;
#endif

具体引脚编号variant.h / variant.cpp与 SAMD Arduino 类似，如果是 Seeeduino XIAO，则分配为 11 和 12，如下所示。

#define PIN_LED_13  (13u)
#define PIN_LED     PIN_LED_13
#define LED_BUILTIN PIN_LED

#define PIN_LED_RXL          (12u)
#define PIN_LED_TXL          (11u)
#define PIN_LED2             PIN_LED_RXL
#define PIN_LED3             PIN_LED_TXL

下面是三个 LED 闪烁的草图。RX 和 TX 的 LED 为蓝色。

void setup() {
  pinMode(LED_BUILTIN, OUTPUT);
  pinMode(PIN_LED2, OUTPUT);
  pinMode(PIN_LED3, OUTPUT);
}

void loop() {
  digitalWrite(LED_BUILTIN, HIGH);
  digitalWrite(PIN_LED2, HIGH);
  digitalWrite(PIN_LED3, HIGH);
  delay(1000);
  digitalWrite(LED_BUILTIN, LOW);
  digitalWrite(PIN_LED2, LOW);
  digitalWrite(PIN_LED3, LOW);
  delay(1000);
}

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接口​

Serial over USB CDC（USB串口）​

与 ATmega 型 Arduino 不同，Seeed Studio XIAO SAMD21 的串行通信实际状态是 USB CDC。换句话说，它的执行速度比普通串行通信更快。

因此，指定波特率Serial.begin (speed)没有任何意义，但除此之外，它可以用作普通串口。

测量​

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我使用此草图测量了从 Seeed Studio XIAO SAMD21 到 PC 的传输速度，从 PC 到 Seeed Studio XIAO SAMD21 的传输速率应该是相同的。

The horizontal axis is the buffer size(send at once using Serial.write (buf, len)).横轴是缓冲区大小（使用 一次发送Serial.write (buf, len)）。如果一次发送 1 个字节，则只能获得 0.11 Mbps (14.53 KB/s)，但如果发送 64 个字节，则速度会明显加快，达到 6.30 Mbps (805.86 KB/s)。可以推断内部缓冲区的大小为64字节。

如上所述，串行通信时 LED 会闪烁，但速度几乎没有因此而降低。

SPI (MicroSD 卡）​

Seeed Studio XIAO SAMD21 的逻辑电平为 3.3V。换句话说，microSD 卡可以通过 SPI 进行处理，无需电平转换器。SPI 的某些功能与 ATmega 型 Arduino 的功能不同，请查看此处了解更多信息。

这里我们将使用 Akizuki Denshi的micro SD卡擦槽DPI套件来读取micro SD卡。

我们这里使用Arduino示例代码，但参数SD.begin (cs_pin)指定为SS. 根据variant.h，SS=4，与D4/A4/SDA引脚相同。当然，您可以指定其他引脚。

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#include <SPI.h>
#include <SD.h>

File myFile;

void setup() {
  Serial.begin(9600);
  while (!Serial) ;

  Serial.print("Initializing SD card... ");

  if (!SD.begin(SS)) { // <-------------------------------- SS = D4/A4/SDA pin
    Serial.println("initialization failed!");
    while (1) ;
  }
  Serial.println("initialization done.");

  myFile = SD.open("test.txt", FILE_WRITE);

  if (myFile) {
    Serial.print("Writing to test.txt...");
    myFile.println("testing 1, 2, 3.");

    myFile.close();
    Serial.println("done.");
  }
  else
    Serial.println("error opening test.txt");

  myFile = SD.open("test.txt");
  if (myFile) {
    Serial.println("test.txt:");

    while (myFile.available())
      Serial.write(myFile.read());

    myFile.close();
  }
  else
    Serial.println("error opening test.txt");
}

void loop() { }

结果：

Initializing SD card...initialization done.
Writing to test.txt...done.
test.txt:
testing 1, 2, 3.

I2C​

I2C 也可用。3.3V设备可以直接连接，无需电平转换器。

这次我们使用BME280来测量温湿度和大气压。BME280 的工作电压为 3.3V，因此无需电平转换器即可连接。Arduino与BME280连接的详细说明请查看这里。

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#include <Wire.h>
#include "SparkFunBME280.h"

BME280 sensor;

void setup() {
  Serial.begin(9600);
  Wire.begin();
  sensor.beginI2C(); // Wire を用いて I2C 接続開始
}

void loop() {
  Serial.print("Temp: ");
  Serial.print(sensor.readTempC(), 2);

  Serial.print(" °C, Humidity: ");
  Serial.print(sensor.readFloatHumidity(), 2);

  Serial.print(" %, Pressure: ");
  Serial.print(sensor.readFloatPressure() / 100.0, 1);
  Serial.println(" hPa");

  delay(5000);
}

结果：

Temp: 22.05 °C, Humidity: 44.99 %, Pressure: 1009.0 hPa
Temp: 22.05 °C, Humidity: 44.72 %, Pressure: 1008.9 hPa
Temp: 22.06 °C, Humidity: 44.81 %, Pressure: 1008.9 hPa

UART（串口）​

如前所述，物理 UART 引脚与 USB CDC 上的引脚不同。Serial1用于使用 TX 和 RX 引脚进行串行通信。

这次，我们将 Seeed Studio XIAO SAMD21 连接到 GPS 接收器套件，并从 PC 获取 NMEA 信息。使用Xiao时这是一个非常简单的工作，它只是gps套件和PC串口之间的桥梁。

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void setup() {
  Serial.begin(9600);
  Serial1.begin(9600);
}

void loop() {
  if (Serial.available()) {
    char c = (char)Serial.read();
    Serial1.write(c);
  }

  if (Serial1.available()) {
    char c = (char)Serial1.read();
    Serial.write(c);
  }
}

这次我们使用GPSFox来浏览NMEA信息。可以轻松测量坐标。

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其他​

DMA​

作为 SAMD 类型 Arduino 的功能之一，您可以在 Xiao 上使用 DMA。请在此处查看有关 DMA 的更多信息。

Single Cycle IOBUS​

Cortex M0+ 有一个称为 Single Cycle IOBUS 的功能，可以在一个时钟周期内操作GPIO输出。写入特定寄存器可以反转逻辑、禁用引脚或更改引脚驱动电流。

DigitalWrite（数字写入）​

您可以使用digitalWrite来创建脉冲，这是一种适用于任何Arduino板的方法-只是重复开销。

void setup() {
  pinMode(PIN_A7, OUTPUT);
}

#define P                     \
  digitalWrite(PIN_A7, HIGH); \
  digitalWrite(PIN_A7, LOW);

#define W P P P P P P P P P P P P P P P P
void loop() { W W W W W W W W W W W W W W W W }

使用​

也可以不使用 直接操作寄存器来创建脉冲digitalWrite`.

void setup() {
  pinMode(PIN_A7, OUTPUT);
}

#define P                                                             \
  digitalPinToPort(PIN_A7)->OUTSET.reg = digitalPinToBitMask(PIN_A7); \
  digitalPinToPort(PIN_A7)->OUTCLR.reg = digitalPinToBitMask(PIN_A7);

#define W P P P P P P P P P P P P P P P P
void loop() { W W W W W W W W W W W W W W W W }

使用单周期IOBUS​

我们使用 这里IOBUS介绍的。

#include "IOBUS.h"

#define digitalPinToIOPin(P) ((g_APinDescription[P].ulPort << 5) + g_APinDescription[P].ulPin)
#define PIN_NUM digitalPinToIOPin(PIN_A7)

void setup() {
  IOBUS::pinMode(PIN_NUM, OUTPUT, true);
}

#define P IOBUS::toggleOutput(PIN_NUM);

#define W P P P P P P P P P P P P P P P P
void loop() { W W W W W W W W W W W W W W W W }
数字写入寄存器单周期 IOBUS
波形

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频率333 kHz6 MHz24 MHz
创建脉冲所需的时钟周期数14482

逻辑可以在一个周期(48MHz)内反转。

技术支持和产品讨论​

感谢您选择我们的产品!我们在这里为您提供不同的支持，以确保您使用我们的产品的体验尽可能顺利。我们提供多种沟通渠道，以满足不同的喜好和需求。

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