XIAO RP2040 与 Zephyr(RTOS)

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本篇 Wiki 涵盖了 Zephyr 对 Seeed Studio XIAO RP2040 的支持。通过本指南，您将能够利用该开发板提供的功能集。

什么是 Zephyr

Zephyr 操作系统基于一个小型内核，专为资源受限和嵌入式系统设计：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、智能手表和物联网无线应用。

对于每个支持的设备，Zephyr 都有一个 devicetree 文件，用于描述开发板及其功能。Xiao RP2040 Zephyr 开发板页面描述了当前支持的功能，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 的第一步是设置本地开发所需的 SDK 和工具链。请参考 Zephyr 入门指南，了解与您的环境相关的设置步骤。

一旦设置好 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以获取进一步的设置信息。

要对 Xiao RP2040 进行编程，可以按照以下步骤操作：

构建一个示例或您的应用程序
插入 Xiao RP2040
按住标记为 B（启动）的按钮并按下 R（复位）按钮，这将把设备挂载为大容量存储设备
运行闪存命令以烧录设备 west flash -r uf2

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

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

按照前述步骤进入引导加载模式，然后烧录设备：

west flash -r uf2

设备接收到文件后将会重置，您的计算机现在应该通过 USB 连接到串口。

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

在我的示例中，我看到 /dev/ttyACM0 是新添加的设备。

使用 screen 工具，您可以连接并监控串口响应：

screen /dev/ttyACM0 115200

您应该会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

为了帮助在 Xiao 和其扩展板上使用 Zephyr 的过程，我们构建了一个包含多个覆盖文件和配置的代码库。本文中的命令假设它位于 Zephyr 根目录的 ../applications/xiao-zephyr-examples 路径下。如果需要，可以通过更新路径提供替代位置。

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

硬件准备

Seeed Studio XIAO RP2040	Seeed Studio 扩展板

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开发者知识

XIAO 扩展板

为了使用 Grove 模块与 Seeed Studio XIAO RP2040，我们将使用 Seeed Studio XIAO 扩展底板并将 XIAO RP2040 连接到其上。

之后，开发板上的 Grove 接口可以用于连接 Grove 模块。

引脚定义

当将 Grove 模块连接到 Seeed Studio XIAO 的 Grove 接口时，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

在此示例中，Xiao RP2040 使用其板载 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 中的现有示例：

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

进入引导加载模式并烧录设备：

west flash -r uf2

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

让我们深入了解此示例为何有效：

 / {
     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>;
         };
     };
 };

设备树的这些元素展示了板载 WS2812 及其使用方式。由于 WS2812 的 VCC 线连接到 RP2040 的引脚 11，设备树利用了 gpio-hog 功能，通过环境变量启用 LED。在此示例中，引脚 12 被设置为 WS2812 的数据线，因此在启用了 CONFIG_GPIO_HOGS 环境变量的情况下，可以使用 LED 灯条。

这部分功能之所以有效，是因为示例在其板目录中包含了一个 xiao_rp2040.conf 文件，因此它将该配置与板的配置合并并启用了相关功能。

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供电。

LED PWM

在此示例中，我们将演示 Xiao RP2040 的 PWM 功能。为此，我们将使用板载蓝色 LED，并通过 PWM 使其持续渐变。

要测试此设置，我们可以使用 Zephyr 中的现有示例：

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

进入引导加载模式并烧录设备：

west flash -r uf2

您将看到 RGB 板载 LED 的蓝光缓慢渐变并重复此过程。

让我们深入了解此示例为何有效：

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

此逻辑位于示例的 boards/xiao_rp2040.overlay 文件中，启用了设备树中默认禁用的 PWM 功能。Xiao RP2040 的设置将板载 RGB LED 的蓝光设置为默认的 PWM。

从 Zephyr 板文件中的 xiao_rp2040-pinctrl.dtsi 可以看到以下内容：

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

在此示例中，PWM 使用了配置的设备树 PWM LED，该 LED 与引脚 25（蓝色 LED）相关联。PWM 引脚可以参考 RP2040 文档。

时钟

在此示例中，我们将使用现有示例和控制台覆盖文件：

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

进入引导加载模式并烧录设备：

west flash -r uf2

连接到监视器（快速重置板以确保其重新启动）：

screen /dev/ttyACM0 115200

您将看到一系列定时器在设定的延迟后依次触发：

*** 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

通过 Zephyr 启用 TFLite 并更新：

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

在此示例中，我们将使用 TFLite 的 "Hello World" 示例，并结合我们的控制台覆盖文件和配置文件，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

进入引导加载模式并烧录设备：

west flash -r uf2

连接到监视器：

screen /dev/ttyACM0 115200

您将在控制台中看到返回的结果：

*** 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

为了测试此设置，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

进入引导加载模式并刷新设备：

west flash -r uf2

您将看到显示屏显示多个黑色方块，并且角落有一个闪烁的方块，因为此显示屏仅支持两种颜色。

让我们深入了解这个示例为何有效：

/ {
    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设置了 SSD1306 OLED 屏幕，地址为 0x3C 寄存器。在 chosen 部分中，它被选为 Zephyr 的显示屏。

Grove - 扩展板 - 按钮

为了测试此设置，我们可以使用 Zephyr 的现有示例，并结合 USB 控制台覆盖和配置文件。

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

进入引导加载模式并刷新设备：

west flash -r uf2

连接到监视器：

screen /dev/ttyACM0 115200

按下按钮时，示例会触发板载 LED 点亮。

您将在控制台中看到返回的结果：

*** 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为何有效：

/ {
    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板载组件。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。

在此示例中，GPIO 27 对应 Xiao RP2040 的 Pin A1/D1。在此覆盖中，它被设置为按钮，并被别名为 sw0，以便用于示例代码，该代码期望此名称。

Grove - 扩展板 - 蜂鸣器

我们将使用 blinky PWM 示例通过 PWM 信号控制蜂鸣器的激活。为此，我们将使用一个自定义覆盖文件，该文件启用了 A3 引脚的 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"

进入引导加载模式并刷新设备：

west flash -r uf2

刷新 uf2 文件后，您应该会听到一系列蜂鸣声，随着示例运行过程，声音会发生变化。

让我们看看为什么它有效：

/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>;
};

使用的覆盖文件首先删除现有的 pwm_led0 节点，因为此板通过板载 LED 设置支持 PWM。然后，它配置了 A3 引脚用于 PWM。

我们在这里使用通道 6B 进行 PWM，因为 Xiao RP2040 上 A3 的相关引脚是 Pin 29。有关更多信息或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 卡读取器进行交互。扩展板屏蔽已将 CS 引脚配置为相关的 &xiao_d 2 引脚，因此除了添加屏蔽之外，您无需执行任何操作即可将此功能与板关联。为了进一步准备，我们使用了一个启用 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

进入引导模式并烧录设备固件：

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: 最大 SD 时钟低于 25MHz，使用 24000000Hz 的时钟
[00:00:00.202,000] <inf> main: 块数 15519744
扇区大小 512
内存大小(MB) 7578
磁盘已挂载。

列出目录 /SD: ...
[文件] IMAGE1.JPG (大小 = 58422)
[文件] IMAGE2.JPG (大小 = 97963)

在这个例子中，我的 SD 卡上有两个文件。它们的名称和大小被输出到我的控制台。

让我们看看这里涉及的相关元素：

CONFIG_SPI=y
CONFIG_DISK_DRIVER_SDMMC=y
CONFIG_GPIO=y

在相关配置中，我们启用了 SPI、SDMMC 磁盘驱动程序和 GPIO。如果没有这些配置，覆盖文件将导致错误，因为示例无法找到 SD 卡。

Xiao 扩展板相关部分的配置如下所示：

&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，无论使用的是什么板，只要它支持 &xiao_d 引脚设置即可。

Grove - 温湿度传感器 (SHT31)

首先焊接引脚并将 Xiao RP2040 连接到扩展板。然后使用 Grove 连接线将 Grove SHT31 传感器连接到扩展板上的一个 I2C 接口。

为了测试这个设置，我们可以使用 Zephyr 中的一个现有示例，并通过我们的覆盖文件和配置启用 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

进入引导模式并烧录设备固件：

west flash -r uf2

连接到监视器：

screen /dev/ttyACM0 115200

您将在控制台中看到返回的结果：

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

让我们深入研究这个示例，看看它为什么有效：

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

应用覆盖文件用于设置各种板载组件。通过这个文件，SHT31 示例可以被利用，因为覆盖文件通知了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

在这个例子中，我们将使用 SPI 连接到一个 240x280 分辨率的 1.69 英寸 LCD。

首先，按照以下图片的指导，将您的板子连接到 LCD 屏幕（在本例中，我们使用 Xiao RP2040，但连接的引脚布局相同）。

1.69 英寸 LCD SPI 显示屏	XIAO RP2040
VCC	3V3
GND	GND
DIN	D10
CLK	D8
CS	D1
DC	D3
RST	D0
BL	D6

接下来，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

进入引导模式并烧录设备固件：

west flash -r uf2

烧录新固件后，设备现在显示与之前扩展板上的演示屏幕相同的内容，只是更新为通过 SPI 的彩色 LCD。

✨ 贡献者项目

本项目由 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！我们为您提供多种支持，以确保您使用我们的产品时体验顺畅。我们提供多种沟通渠道，以满足不同的偏好和需求。

XIAO RP2040 与 Zephyr(RTOS)

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​

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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

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