XIAO RP2040 与 Zephyr（RTOS）

本维基介绍了 Zephyr 在 Seeed Studio XIAO RP2040上的支持。通过本指南，您将能够利用该开发板提供的功能。

什么是 Zephyr

Zephyr 操作系统基于一个小型内核，专为资源受限的嵌入式系统设计，从简单的嵌入式环境传感器、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均可使用。

对于每个支持的设备，Zephyr 有一个设备树文件，描述了开发板及其特性。 Xiao RP2040 Zephyr 开发板页面描述了当前可用的支持特性，这些特性由开发板的 dts 文件定义。

参考资料: Zephyr 项目

入门指南

开始使用 Zephyr 的第一步是设置 SDK 和工具链，以便进行本地开发。可以参考 Zephyr 入门指南来完成环境的配置。

一旦配置好了 Zephyr 工具链并下载了相关的 SDK，您就可以开始应用程序的开发了。

对于 Xiao RP2040，您可以参考开发板描述文件获取更多的配置信息。

要编程 Xiao RP2040，可以按照以下步骤操作：

构建示例或您的应用程序
插入 Xiao RP2040
按住指定的 B（引导）按钮并按下 R（重置）按钮，这会将设备挂载为大容量存储设备
运行 flash 命令来刷新设备 west flash -r uf2

最简单的示例是运行板上的 "Hello World" 示例。在 Zephyr 安装目录中执行以下命令。

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

进入引导加载程序模式并按照前述步骤刷新设备：

west flash -r uf2

设备在接收到文件后会重启，您的机器应该通过 USB 连接以进行串口通信。

查找设备的端口，例如在 Ubuntu 上输入 ls /dev/tty*，确认当您插入 USB 时，哪个设备出现。

在我的示例中，我看到 /dev/ttyACM0 是新添加的设备。

接下来，您可以使用 screen 连接并监视串口响应：

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

为了帮助在 Xiao 和其扩展板上使用 Zephyr，已经建立了一个包含多个覆盖层和配置的仓库，您可以在此使用。文中提供的命令假设该仓库位于 Zephyr 根目录的 ../applications/xiao-zephyr-examples。您可以通过更新路径提供其他路径。

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

硬件准备

Seeed Studio XIAO RP2040	Seeed Studio Expansion 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扩展基板并将 XIAO RP2040 连接到该板上。

之后，您可以使用板上的 Grove 接口来连接 Grove 模块。

引脚定义

在连接 Grove 模块到 Seeed Studio XIAO 的 Grove 扩展板时，您需要按照下图选择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 使用其板载 LED，持续不断地切换红色、绿色和蓝色。

为了测试这个设置，我们可以使用 Zephyr 中现有的示例：

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新设备：

west flash -r uf2

您将看到板载的 WS2812 LED 持续闪烁，依次显示红色、蓝色和绿色。

让我们深入了解这个示例，看看为什么它能正常工作：

 / {
     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>;
         };
     };
 };

这些设备树的元素展示了板载 WS2812 的使用。由于 WS2812 的 VCC 引脚连接到 RP2040 的引脚 11，因此设备树使用 gpio-hog 功能，使得可以通过环境变量启用 LED。在这种情况下，引脚 12 用于 WS2812 数据线，所以通过启用 CONFIG_GPIO_HOGS 环境变量，LED 条带可以用于该示例。

之所以能正常工作，部分原因在于该示例有一个 xiao_rp2040.conf 文件，作为其开发板目录的一部分，合并了该配置并启用了它。

CONFIG_GPIO=y
CONFIG_GPIO_HOGS=y

如果您希望使用板载 WS2812，建议启用此变量，以允许其获取电力。

LED PWM

在这个示例中，我们将演示 Xiao RP2040 的 PWM 功能。我们将使用板载的蓝色 LED，通过 PWM 实现持续渐变效果。

为了测试这个设置，我们可以使用 Zephyr 中现有的示例：

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新设备：

west flash -r uf2

您将看到 RGB 板载 LED 的蓝色灯光逐渐变暗并重复该过程。

让我们深入了解这个示例，看看为什么它能正常工作：

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

这段逻辑位于示例的 boards/xiao_rp2040.overlay 中，它启用了通常被禁用的 PWM 功能。Xiao RP2040 设置中，蓝色板载 RGB LED 被设置为默认 PWM。

如 Zephyr 开发板文件中的 xiao_rp2040-pinctrl.dtsi 所示，以下配置存在：

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

在此案例中，PWM 使用配置的设备树 PWM LED，它与引脚 25（蓝色 LED）关联。PWM 引脚可以参考 RP2040 文档.

时钟

我们将使用一个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新设备：

west flash -r uf2

连接并监视（快速重置开发板以确保其重启）：

screen /dev/ttyACM0 115200

您将看到一系列定时器在设置的延迟后相继触发：

*** 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 Zephyr 上的 TFLite，并更新：

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

在这个示例中，我们将使用 tflite "Hello World" 示例，并配合控制台覆盖和配置文件，通过 USB 串行接口读取响应。

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新设备：

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 显示器

为了测试此设置，我们可以使用 Zephyr 中现有的示例：

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新设备：

west flash -r uf2

您将看到显示屏显示多个黑色框和一个闪烁的框，因为此显示器仅支持两种颜色。

让我们深入了解这个示例，看看为什么它能正常工作：

/ {
    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>;
  };
};

此示例中的扩展板覆盖文件设置了一个 SSD1306 OLED 屏幕，位于 0x3C 寄存器。它在 chosen 部分中被选择为 Zephyr 显示器。

Grove - 扩展板 - 按钮

为了测试此设置，我们可以使用 Zephyr 中现有的示例，并配合 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

进入引导加载程序模式并刷新设备：

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，看看为什么它能正常工作：

/ {
    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>;
      };
    };
};

应用程序覆盖文件用于设置各种板载组件。通过这个文件，按钮示例可以被利用，覆盖文件使 Zephyr 配置按钮并使其可用于关联的代码。

在此案例中，GPIO 27 对应于 Xiao RP2040 的引脚 A1/D1。它在此覆盖中被设置为按钮，并被别名为 sw0 名称，以便它可以被用于示例，该示例的代码会期望它。

Grove - 扩展板 - 蜂鸣器

我们将通过PWM信号控制蜂鸣器的激活，使用闪烁PWM示例来实现。为此，我们将使用自定义的overlay来启用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，您应该开始听到一系列的蜂鸣声，随着示例的运行，声音会有所变化。

让我们看看为什么这样设置有效：

/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>;
};

此overlay首先删除现有的 pwm_led0 节点，因为该板已通过板载LED设置支持PWM。接着，它配置A3引脚作为PWM。

我们在这里使用的是通道6B的PWM，因为A3引脚在Xiao RP2040板上对应的是引脚29。有关更多信息和其他引脚的引脚映射，请参见 RP2040引脚控制文档。

Grove - 扩展板 - SD卡

在此，我们将使用文件系统示例，并结合Xiao扩展板的shield尝试通过SPI接口与SD卡读取器进行交互。扩展板shield已经将CS引脚配置为关联的 &xiao_d 2 引脚，因此您无需额外配置此功能，只需要添加shield即可。为了进一步准备，我们使用了启用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

进入引导加载模式并刷新设备：

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卡中有两个文件。它们的名称和大小被输出到控制台。

让我们来看一下这里使用的相关元素：

CONFIG_SPI=y
CONFIG_DISK_DRIVER_SDMMC=y
CONFIG_GPIO=y

在相关的配置中，我们启用了SPI、SDMMC磁盘驱动程序和GPIO。如果没有此配置，overlay会导致错误，因为示例无法找到SD卡。

Xiao扩展板shield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 引脚映射用于让D2引脚能够为此功能提供支持，无论使用何种板，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Xiao RP2040连接到扩展板。然后，使用Grove连接线将Grove SHT31连接到扩展板的一个I2C端口。

为了测试这个设置，我们可以使用Zephyr的现有示例，并通过overlay和conf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

进入引导加载模式并刷新设备：

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

让我们深入了解一下这个示例为什么有效：

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

应用overlay文件用于设置各种板组件。使用该文件，SHT31示例可以根据overlay提供的信息配置传感器，从而使示例逻辑知道如何配置我们板上的传感器。

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连接一个1.69英寸的LCD显示屏，分辨率为240×280。

首先，使用以下图片连接您的板子与LCD屏幕（在此示例中，我们使用的是Xiao RP2040，但同样的引脚布局也适用于其他连接）。

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uf2文件并进行烧录：

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

进入引导加载模式并刷新设备：

west flash -r uf2

刷新完成后，设备现在会显示与扩展板上相同的演示屏幕，只不过这是通过SPI接口更新为彩色LCD。

✨ 贡献者项目

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

技术支持与产品讨论

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XIAO RP2040 与 Zephyr（RTOS）

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WS2812 LED​

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时钟​

TFLite - Hello World​

附加组件​

Grove - 扩展板 - I2C 显示器​

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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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 显示器

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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