XIAO RP2040 与 Zephyr(RTOS)

本wiki介绍了Seeed Studio XIAO RP2040对Zephyr的支持。通过本指南的帮助，您将能够利用该开发板的可用功能集。

什么是Zephyr

Zephyr OS基于一个小占用空间的内核，专为资源受限和嵌入式系统而设计：从简单的嵌入式环境传感器和LED可穿戴设备到复杂的嵌入式控制器、智能手表和IoT无线应用。

对于每个支持的设备，Zephyr都有一个设备树文件来描述开发板及其功能。Xiao RP2040 Zephyr开发板页面描述了当前可用的支持功能，这些功能由开发板的dts文件定义。

参考：Zephyr项目

入门指南

使用Zephyr的第一步是为本地开发设置SDK和工具链。应参考Zephyr入门指南了解您的环境所需的相关设置程序。

一旦设置了Zephyr工具链并下载了相关的SDK，您就可以开始应用程序开发。

对于Xiao RP2040，可以参考开发板描述文件获取进一步的设置信息。

要对Xiao RP2040进行编程，可以采取以下步骤：

构建示例或您的应用程序
插入Xiao RP2040
按住标记为B（boot）的按钮并按下R（reset），这将把设备挂载为大容量存储设备
运行flash命令来刷写设备west flash -r uf2

最简单的示例是在开发板上运行"Hello World"示例。切换到Zephyr安装目录后，运行以下命令。

west build -p always -b xiao_rp2040 samples/subsys/usb/console

如前所述进入bootloader模式，然后刷写设备：

west flash -r uf2

设备在接收到文件后会重置，您的机器现在应该通过USB串口连接。

找到您设备的端口，例如在Ubuntu上输入ls /dev/tty*，并确认插入USB时出现的设备。

在我的示例中，我看到/dev/ttyACM0作为新添加的设备。

使用screen，您可以连接并监控串口响应：

screen /dev/ttyACM0 115200

您应该看到类似以下的响应：

*** Booting Zephyr OS build v3.6.0-2212-gc38ea288eee9 ***
Hello World! arm
Hello World! arm
Hello World! arm

为了协助在Xiao及其扩展板上使用Zephyr的过程，已构建了一个包含此处使用的多个覆盖层和配置的存储库。本wiki文章中包含的命令假设它位于相对于zephyr根目录的../applications/xiao-zephyr-examples位置。可以通过更新下面的命令来提供替代路径。

git clone https://github.com/Cosmic-Bee/xiao-zephyr-examples

硬件准备

Seeed Studio XIAO RP2040	Seeed Studio 扩展板

立即获取 🖱️	立即获取🖱️

开发者知识

XIAO 扩展板

为了在 Seeed Studio XIAO RP2040 上使用 Grove 模块，我们将使用 Seeed Studio XIAO 扩展底板并将 XIAO RP2040 连接到上面。

之后，板上的 Grove 连接器可以用来连接 Grove 模块

引脚定义

当将 Grove 模块连接到 Seeed Studio XIAO 的 Grove 扩展板上的 Grove 连接器时，您需要按照下图使用适当的内部引脚编号。

主要功能

WS2812 LED
LED PWM
时钟
TFLite

WS2812 LED

在这个示例中，Xiao RP2040 利用其板载 LED 并持续闪烁红色、绿色和蓝色。

要测试此设置，我们可以使用 Zephyr 的现有示例：

cd ~/zephyrproject/zephyr
west build -p always -b xiao_rp2040 samples/drivers/led_strip

进入引导加载程序模式并刷写您的设备：

west flash -r uf2

您将看到板载 WS2812 LED 以闪烁模式持续循环显示红色、蓝色和绿色。

让我们深入了解这个示例，看看它为什么有效：

 / {
     aliases {
         led-strip = &ws2812;
     };
 }
 &gpio0 {
     status = "okay";
     neopixel-power-enable {
		gpio-hog;
		gpios = <11 GPIO_ACTIVE_HIGH>;
		output-high;
	};
 };
 &pio0 {
     status = "okay";

     pio-ws2812 {
         compatible = "worldsemi,ws2812-rpi_pico-pio";
         status = "okay";
         pinctrl-0 = <&ws2812_pio0_default>;
         pinctrl-names = "default";
         bit-waveform = <3>, <3>, <4>;

         ws2812: ws2812 {
             status = "okay";
             gpios = <&gpio0 12 GPIO_ACTIVE_HIGH>;
             chain-length = <1>;
             color-mapping = <LED_COLOR_ID_GREEN
                      LED_COLOR_ID_RED
                      LED_COLOR_ID_BLUE>;
             reset-delay = <280>;
             frequency = <800000>;
         };
     };
 };

设备树的这些元素显示了板载 WS2812 及其使用情况。由于 WS2812 的 VCC 线设置为 RP2040 的引脚 11，设备树利用 gpio-hog 功能允许通过环境变量启用 LED。在这种情况下，引脚 12 是为 WS2812 数据线设置的，因此在启用 CONFIG_GPIO_HOGS 环境变量的情况下，LED 灯带能够用于示例。

这之所以有效，部分原因是示例在其 boards 目录中有一个 xiao_rp2040.conf 文件，因此它将该配置与板的配置合并并启用它。

CONFIG_GPIO=y
CONFIG_GPIO_HOGS=y

如果您希望使用板载 WS2812，建议启用此变量以允许其获得电源。

LED PWM

在这个示例中，我们将演示 Xiao RP2040 的 PWM 功能。为此，我们将使用板载蓝色 LED 并使用 PWM 使其持续淡化。

要测试此设置，我们可以使用 Zephyr 的现有示例：

cd ~/zephyrproject/zephyr
west build -p always -b xiao_rp2040 samples/basic/fade_led

进入引导加载程序模式并刷写您的设备：

west flash -r uf2

您将看到板载 RGB LED 的蓝光慢慢淡化并重复该过程。

让我们深入了解这个示例，看看它为什么有效：

&pwm {
	status = "okay";
	divider-int-4 = <255>;
};

示例的 boards/xiao_rp2040.overlay 中的这段逻辑启用了设备树中通常被禁用的 PWM 功能。Xiao RP2040 设置将板载蓝色 RGB LED 设置为默认 PWM。

如 zephyr 板文件中的 xiao_rp2040-pinctrl.dtsi 所示，存在以下内容：

	pwm_ch4b_default: pwm_ch4b_default {
		group1 {
			pinmux = <PWM_4B_P25>;
		};
	};

在这种情况下，PWM 使用配置的设备树 pwm LED，它与引脚 25（蓝色 LED）相关联。PWM 引脚可以从 RP2040 文档中参考。

时钟

对于这个示例，我们将使用现有的示例和我们的控制台覆盖：

cd ~/zephyrproject/zephyr
west build -p always -b xiao_rp2040 samples/drivers/counter/alarm -- -DDTC_OVERLAY_FILE=$(dirname $(pwd))/applications/xiao-zephyr-examples/console.overlay -DEXTRA_CONF_FILE=$(dirname $(pwd))/applications/xiao-zephyr-examples/console.conf

进入引导加载程序模式并刷写您的设备：

west flash -r uf2

连接到监视器（快速重置您的开发板后以确保它重新启动）：

screen /dev/ttyACM0 115200

您将看到一系列定时器在设定延迟后依次触发：

*** Booting Zephyr OS build v3.6.0-2212-gc38ea288eee9 ***
Counter alarm sample

Set alarm in 2 sec (2000000 ticks)
!!! Alarm !!!
Now: 2
Set alarm in 4 sec (4000000 ticks)
!!! Alarm !!!
Now: 6
Set alarm in 8 sec (8000000 ticks)
!!! Alarm !!!
Now: 14
Set alarm in 16 sec (16000000 ticks)
!!! Alarm !!!
Now: 30
Set alarm in 32 sec (32000000 ticks)

TFLite - Hello World

启用 TFLite 与 Zephyr 并更新：

west config manifest.project-filter -- +tflite-micro
west update

对于这个示例，我们将使用示例 tflite "Hello World" 以及我们的控制台覆盖和配置文件，通过 USB 串口读取响应。

cd ~/zephyrproject/zephyr
west build -p always -b xiao_rp2040 samples/modules/tflite-micro/hello_world -- -DDTC_OVERLAY_FILE=$(dirname $(pwd))/applications/xiao-zephyr-examples/console.overlay -DEXTRA_CONF_FILE=$(dirname $(pwd))/applications/xiao-zephyr-examples/console.conf

进入引导加载程序模式并刷写您的设备：

west flash -r uf2

连接到监视器：

screen /dev/ttyACM0 115200

您将看到从控制台返回的结果：

*** Booting Zephyr OS build v3.6.0-1155-g1a55caf8263e ***
x_value: 1.0*2^-127, y_value: 1.0*2^-127

x_value: 1.2566366*2^-2, y_value: 1.4910772*2^-2

x_value: 1.2566366*2^-1, y_value: 1.1183078*2^-1

x_value: 1.8849551*2^-1, y_value: 1.677462*2^-1

x_value: 1.2566366*2^0, y_value: 1.9316229*2^-1

x_value: 1.5707957*2^0, y_value: 1.0420598*2^0

x_value: 1.8849551*2^0, y_value: 1.9146791*2^-1

x_value: 1.0995567*2^1, y_value: 1.6435742*2^-1

x_value: 1.2566366*2^1, y_value: 1.0674761*2^-1

x_value: 1.4137159*2^1, y_value: 1.8977352*2^-3

附加组件

Grove - 扩展板 - I2C 显示屏

要测试此设置，我们可以使用 Zephyr 的现有示例：

cd ~/zephyrproject/zephyr
west build -p always -b xiao_rp2040 samples/drivers/display -- -DSHIELD=seeed_xiao_expansion_board

进入引导加载程序模式并刷写您的设备：

west flash -r uf2

您将看到显示屏显示多个黑色方框和角落里的一个闪烁方框，因为此显示屏仅支持两种颜色。

让我们深入了解这个示例，看看它为什么有效：

/ {
    chosen {
      zephyr,display = &ssd1306;
    };
};

&xiao_i2c {
  status = "okay";

  ssd1306: ssd1306@3c {
    compatible = "solomon,ssd1306fb";
    reg = <0x3c>;
    width = <128>;
    height = <64>;
    segment-offset = <0>;
    page-offset = <0>;
    display-offset = <0>;
    multiplex-ratio = <63>;
    segment-remap;
    com-invdir;
    prechargep = <0x22>;
  };
};

此示例中的屏蔽覆盖文件在 0x3C 寄存器处设置了一个 SSD1306 OLED 屏幕。它在 chosen 部分被选为 zephyr 显示屏。

Grove - 扩展板 - 按钮

要测试此设置，我们可以使用 Zephyr 的现有示例，我们将与 USB 控制台覆盖和配置文件一起使用。

cd ~/zephyrproject/zephyr
west build -p always -b xiao_rp2040 samples/basic/button -- -DDTC_OVERLAY_FILE="$(dirname $(pwd))/applications/xiao-zephyr-examples/console.overlay" -DEXTRA_CONF_FILE=$(dirname $(pwd))/applications/xiao-zephyr-examples/console.conf -DSHIELD=seeed_xiao_expansion_board

进入引导加载程序模式并刷写您的设备：

west flash -r uf2

连接到监视器：

screen /dev/ttyACM0 115200

使用示例按下按钮将触发板载 LED 点亮。

您将看到从控制台返回的结果：

*** Booting Zephyr OS build v3.6.0-2212-gc38ea288eee9 ***
Set up button at gpio@40014000 pin 27
Set up LED at gpio@40014000 pin 25
Press the button
Button pressed at 1934761489
Button pressed at 2178879257
Button pressed at 3084766465
Button pressed at 3388674993

让我们深入了解这个示例，看看它为什么有效：

/ {
    aliases {
      sw0 = &xiao_button0;
    };

    buttons {
      compatible = "gpio-keys";
      xiao_button0: button_0 {
        gpios = <&xiao_d 1 (GPIO_PULL_UP | GPIO_ACTIVE_LOW)>;
        label = "SW0";
        zephyr,code = <INPUT_KEY_0>;
      };
    };
};

应用覆盖文件用于设置各种开发板组件。使用此文件，按钮示例可以被利用，因为覆盖允许 Zephyr 配置按钮并使其可用于相关代码。

在这种情况下，GPIO 27 对应于 Xiao RP2040 上的 Pin A1/D1。在此覆盖层中，它被设置为按钮功能，并别名为 sw0 名称，以便可以用于具有期望此功能的代码的示例。

Grove - 扩展板 - 蜂鸣器

我们将使用闪烁 PWM 示例来激活蜂鸣器，通过 PWM 信号控制其激活。为此，我们将使用一个自定义覆盖层，该覆盖层为 A3 引脚启用 PWM。

cd ~/zephyrproject/zephyr
west build -p always -b xiao_rp2040 samples/basic/blinky_pwm -- -DDTC_OVERLAY_FILE="$(dirname $(pwd))/applications/xiao-zephyr-examples/xiao-rp2040/xiao_expansion_buzzer.overlay"

进入引导加载程序模式并刷写您的设备：

west flash -r uf2

刷写 uf2 文件后，您应该开始听到一系列蜂鸣声，这些声音会随着示例运行过程而改变。

让我们看看为什么这样工作：

/delete-node/ &pwm_led0;

/ {
	aliases {
		pwm-led = &pwm_led0;
	};
};

&{/pwm_leds} {
	status = "okay";
	compatible = "pwm-leds";

	pwm_led0: pwm_led0 {
		status = "okay";
		pwms = <&pwm 13 PWM_HZ(880) PWM_POLARITY_NORMAL>;
	};
};

&pinctrl {
	pwm_ch6b_default: pwm_ch6b_default {
		group1 {
			pinmux = <PWM_6B_P29>;
		};
	};
};

&pwm {
	status = "okay";
	pinctrl-0 = <&pwm_ch6b_default>;
	divider-frac-6 = <15>;
	divider-int-6 = <255>;
};

使用的覆盖层首先删除现有的 pwm_led0 节点，因为此板通过板载 LED 设置支持 PWM。然后它配置 A3 引脚用作 PWM。

我们在这里使用通道 6B 进行 PWM，因为 Xiao RP2040 上 A3 的关联引脚是引脚 29。有关更多信息/其他引脚的引脚映射，请参阅 RP2040 pinctrl 文档。

Grove - 扩展板 - SD 卡

我们将在这里使用文件系统示例以及 Xiao 扩展板屏蔽来尝试通过 SPI 与 SD 卡读卡器接口。扩展板屏蔽为关联的 &xiao_d 2 引脚配置了 CS 引脚，因此除了添加屏蔽外，您无需为将此功能与板关联而做任何工作。为了进一步准备，我们使用启用 SD 卡功能的自定义配置。

cd ~/zephyrproject/zephyr
west build -p always -b xiao_rp2040 samples/subsys/fs/fs_sample -- -DDTC_OVERLAY_FILE="$(dirname $(pwd))/applications/xiao-zephyr-examples/console.overlay" -DEXTRA_CONF_FILE="$(dirname $(pwd))/applications/xiao-zephyr-examples/console.conf $(dirname $(pwd))/applications/xiao-zephyr-examples/xiao_expansion_sd.conf" -DSHIELD=seeed_xiao_expansion_board

进入引导加载程序模式并刷写您的设备：

west flash -r uf2

连接到监视器：

screen /dev/ttyACM0 115200

*** Booting Zephyr OS build v3.6.0-2566-gc9b45bf4672a ***
[00:00:00.201,000] <inf> sd: Maximum SD clock is under 25MHz, using clock of 24000000Hz
[00:00:00.202,000] <inf> main: Block count 15519744
Sector size 512
Memory Size(MB) 7578
Disk mounted.

Listing dir /SD: ...
[FILE] IMAGE1.JPG (size = 58422)
[FILE] IMAGE2.JPG (size = 97963)

在这种情况下，我的 SD 卡有两个文件。它们的名称和大小被输出到我的控制台。

让我们查看相关的元素：

CONFIG_SPI=y
CONFIG_DISK_DRIVER_SDMMC=y
CONFIG_GPIO=y

在关联的配置中，我们启用了 SPI、SDMMC 磁盘驱动程序和 GPIO。没有此配置，覆盖层将导致错误，因为示例无法找到 SD 卡。

Xiao 扩展板屏蔽的相关部分如下所示：

&xiao_spi {
	status = "okay";
	cs-gpios = <&xiao_d 2 GPIO_ACTIVE_LOW>;

	sdhc0: sdhc@0 {
		compatible = "zephyr,sdhc-spi-slot";
		reg = <0>;
		status = "okay";
		mmc {
			compatible = "zephyr,sdmmc-disk";
			status = "okay";
		};
		spi-max-frequency = <24000000>;
	};
};

如前所述，&xiao_d 2 引脚映射用于允许选择 D2 引脚，无论使用哪种板，只要它支持 &xiao_d 引脚设置。

Grove - 温湿度传感器 (SHT31)

首先焊接引脚并将您的 Xiao RP2040 连接到扩展板。然后在 Grove SHT31 和扩展板上的一个 I2C 端口之间连接一根 grove 连接器电缆。

为了测试此设置，我们可以使用 Zephyr 的现有示例，我们将使用我们的覆盖层和配置启用 USB 控制台支持。

cd ~/zephyrproject/zephyr
west build -p always -b xiao_rp2040 samples/sensor/sht3xd -- -DDTC_OVERLAY_FILE="$(dirname $(pwd))/applications/xiao-zephyr-examples/sht31.overlay $(dirname $(pwd))/applications/xiao-zephyr-examples/console.overlay" -DEXTRA_CONF_FILE=$(dirname $(pwd))/applications/xiao-zephyr-examples/console.conf

进入引导加载程序模式并刷写您的设备：

west flash -r uf2

连接到监视器：

screen /dev/ttyACM0 115200

您将看到从控制台返回的结果：

*** Booting Zephyr OS build v3.6.0-2212-gc38ea288eee9 ***
SHT3XD: 26.20 Cel ; 52.49 %RH
SHT3XD: 26.19 Cel ; 52.69 %RH
SHT3XD: 26.20 Cel ; 52.75 %RH
SHT3XD: 26.24 Cel ; 52.88 %RH
SHT3XD: 26.24 Cel ; 52.67 %RH
SHT3XD: 26.23 Cel ; 52.49 %RH
SHT3XD: 26.23 Cel ; 52.48 %RH
SHT3XD: 26.24 Cel ; 52.30 %RH

让我们深入了解这个示例，看看为什么它能工作：

 &xiao_i2c {
	sht3xd@44 {
			compatible = "sensirion,sht3xd";
			reg = <0x44>;
		};
	};

应用覆盖层文件用于设置各种板组件。使用此文件，SHT31 示例可以被利用，因为覆盖层告知示例逻辑如何为我们的板配置传感器。

1.69英寸 LCD 显示模块，240×280 分辨率，SPI 接口

在这个示例中，我们将使用 SPI 连接到一个分辨率为 240x280 的 1.69 英寸 LCD 显示屏。

首先使用以下图片作为指导，将您的开发板连接到 LCD 屏幕（在这个例子中我们使用的是 Xiao RP2040，但连接时使用相同的引脚布局）。

1.69-inch LCD SPI Display	XIAO RP2040
VCC	3V3
GND	GND
DIN	D10
CLK	D8
CS	D1
DC	D3
RST	D0
BL	D6

接下来，在硬件准备好后，我们可以构建用于烧录的 uf2 文件：

cd ~/zephyrproject/zephyr
west build -p always -b xiao_rp2040 samples/drivers/display -- -DDTC_OVERLAY_FILE=$(dirname $(pwd))/applications/xiao-zephyr-examples/240x280_st7789v2.overlay -DEXTRA_CONF_FILE=$(dirname $(pwd))/applications/xiao-zephyr-examples/240x280_st7789v2.conf

进入引导加载程序模式并烧录您的设备：

west flash -r uf2

安装新固件后，设备现在显示与我们之前在扩展板上看到的相同演示屏幕，只是现在更新为通过 SPI 连接的彩色 LCD。

✨ 贡献者项目

此项目由 Seeed Studio 贡献者项目支持。
感谢 Tim 的努力，您的工作将被展示。

技术支持与产品讨论

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

什么是Zephyr​

入门指南​

硬件准备​

开发者知识​

XIAO 扩展板​

引脚定义​

主要功能​

WS2812 LED​

LED PWM​

时钟​

TFLite - Hello World​

附加组件​

Grove - 扩展板 - I2C 显示屏​

Grove - 扩展板 - 按钮​

Grove - 扩展板 - 蜂鸣器​

Grove - 扩展板 - SD 卡​

Grove - 温湿度传感器 (SHT31)​

1.69英寸 LCD 显示模块，240×280 分辨率，SPI 接口​

✨ 贡献者项目​

技术支持与产品讨论​

什么是Zephyr

入门指南

硬件准备

开发者知识

XIAO 扩展板

引脚定义

主要功能

WS2812 LED

LED PWM

时钟

TFLite - Hello World

附加组件

Grove - 扩展板 - I2C 显示屏

Grove - 扩展板 - 按钮

Grove - 扩展板 - 蜂鸣器

Grove - 扩展板 - SD 卡

Grove - 温湿度传感器 (SHT31)

1.69英寸 LCD 显示模块，240×280 分辨率，SPI 接口

✨ 贡献者项目

技术支持与产品讨论