Seeed Studio XIAO RP2040 与 NuttX(RTOS)

介绍

NuttX 是一个成熟的实时操作系统（RTOS），因其标准合规性和小占用空间而广受认可。NuttX 的主要特性之一是其可扩展性，这使得它可以在从 8 位微控制器到 64 位系统的各种环境中使用。这种灵活性是通过遵循 POSIX 和 ANSI 标准实现的，使您能够在来自不同架构、系列和半导体供应商的各种芯片上体验类似的 NuttX 功能。

此外，NuttX 提供了许多先进且有用的功能，如 USB、以太网、音频和图形子系统。这些特性使 NuttX 成为寻求多功能、强大的 RTOS 且能够在各种类型硬件上运行的开发者的有吸引力的选择。

NuttX 支持大量且不断扩展的开发板。官方文档提供了支持的开发板的完整列表，按架构和片上系统（SoC）系列组织。

例如，NuttX 文档中的 Seeed Studio Xiao RP2040 页面提供了每个支持功能的详细描述以及如何使用它们的说明。

工具设置

开始使用 NuttX 的第一步是安装一系列必需的工具、用于您将要使用的架构的工具链，最后下载 NuttX 源代码本身。NuttX 为不同平台提供了一个指南。

安装和设置环境后，请按照以下步骤操作：

下载 Raspberry Pi Pico SDK：

git clone -b 1.1.2 https://github.com/raspberrypi/pico-sdk.git

设置 PICO_SDK_PATH 环境变量：

export PICO_SDK_PATH=<absolute_path_to_pico-sdk_directory>

创建工作空间

mkdir nuttxspace

克隆仓库

cd nuttxspace
git clone https://github.com/apache/nuttx.git nuttx
git clone https://github.com/apache/nuttx-apps apps

Apache NuttX 分为两个项目：

NuttX：包含已实现的内核、驱动程序和子系统。
Apps：包含工具、shell、网络实用程序、库和解释器的集合。

应用程序

要启动应用程序，需要在 NuttX 上加载配置，调用命令：

./tools/configurate.sh board_name:your_application

也可以通过运行命令来检查支持的开发板列表：

./tools/configurate.sh -L

脚本运行后，必须编译 NuttX。有两种方法可以做到这一点，使用：Make 或 CMake。

编程

成功编译得到保证后，下一个目标是使用 BOOTSEL 进行编程。为此，您必须按照以下步骤操作：

步骤 1：在按住按钮 B（启动）的同时将 Seed Studio XIAO RP2040 连接到 USB 端口。开发板将被检测为 USB 大容量存储设备 RPI-RP2。

步骤 2：在工作空间中，进入 nuttx 并将 nuttx.uf2 复制到 Seed Studio XIAO RP2040 中。

步骤 3：在您的计算机上搜索新的 USB 设备。

步骤 4：与 Seed Studio XIAO RP2040 建立串行通信。

实践操作

现在是实际探索 NuttX 的时候了。在本节中，提供了四个应用程序：USB NSH、GPIO、USERLEDS 和 WS2812 驱动程序。

USBNSH

NuttXShell(NSH) 是在 NuttX 中使用的 shell 系统，类似于 bash 和其他类似选项。它支持丰富的内置命令集、脚本编写以及将您自己的应用程序作为"内置"（同一个 NuttX 二进制文件的一部分）运行的能力。

我们可以通过清除之前的配置来开始构建过程

$ cd ~/nuttxspace/nuttx
$ make distclean

现在我们为 seeed-xiao-rp2040 开发板选择 USBNSH 配置：

$ ./tools/configurate.sh seeed-xiao-rp2040:usbnsh

编译源代码。

$  make -j

编程后打开串行通信

picocom -b 115200 /dev/ttyACM0

您必须按 Enter 键 3 次，然后此消息将在终端中显示。

NuttShell (NSH) NuttX-12.5.1
nsh> 

输入 ?，您将访问命令和内置应用程序的可用选项。

nsh> ?
help usage: [-v] [<cmd>]

    .           cp          exec        ls          reboot      truncate    
    [           cmp         exit        mkdir       rm          uname       
    ?           dirname     expr        mkrd        rmdir       umount      
    alias       date        false       mount       set         unset       
    unalias     dd          fdinfo      mv          sleep       uptime      
    basename    df          free        pidof       source      usleep      
    break       dmesg       help        printf      test        xd          
    cat         echo        hexdump     ps          time        
    cd          env         kill        pwd         true        

Builtin Apps:
    getprime    hello       nsh         ostest      sh 

让我们向 NuttX 问好，输入 hello，然后它执行命令：

nsh> hello
Hello, World!!

恭喜，您与 NuttX 的第一次交互已完成。

GPIO 驱动程序

通用输入/输出 (GPIO) 是微控制器最基本的部分，允许它连接到外部世界。这样我们将使用 NSH 来访问和配置这些引脚。但首先，让我们清除之前的配置。

$ cd ~/nuttxspace/nuttx
$ make distclean

为 seeed-xiao-rp2040 开发板选择 gpio 配置。

$ ./tools/configurate.sh seeed-xiao-rp2040:gpio

编译源代码。

$  make -j

编程后打开串行通信

picocom -b 115200 /dev/ttyACM0

您必须按 Enter 键 3 次，然后此消息将在终端中显示。

NuttShell (NSH) NuttX-12.5.1
nsh>

要检查与此应用程序交互接受哪些选项，请输入 gpio -h，它将返回参数列表。

NuttShell (NSH) NuttX-12.5.1
nsh> gpio -h
USAGE: gpio [-t <pintype>] [-w <signo>] [-o <value>] <driver-path>
       gpio -h
Where:
 <driver-path>: The full path to the GPIO pin driver.
 -t <pintype>:  Change the pin to this pintype (0-10):
 -w <signo>:    Wait for a signal if this is an interrupt pin.
 -o <value>:    Write this value (0 or 1) if this is an output pin.
mation and exit.
Pintypes:
  0: GPIO_INPUT_PIN
  1: GPIO_INPUT_PIN_PULLUP
IO_INPUT_PIN_PULLDOWN
  3: GPIO_OUTPUT_PIN
  4: GPIO_OUTPUT_PIN_OPENDRAIN
  5: GPIO_INTERRUPT_PIN
  6: GPIO_INTERRUPT_HIGH_PIN
  7: GPIO_INTERRUPT_LOW_PIN
  8: GPIO_INTERRUPT_RISING_PIN
  9: GPIO_INTERRUPT_FALLING_PIN
 10: GPIO_INTERRUPT_BOTH_PIN

要确认 GPIO 设备文件已创建，请输入 ls/dev。输入后，您可以看到一些 gpio 被声明定义在 seed-studio-gpio.c 中，它们代表：

3 个板载 LED（gpio 18、gpio 17 和 gpio 16）。
1 个输入（gpio 6）
1 个中断输入（gpio 7）

nsh> ls /dev
/dev:
 console
 gpio16
 gpio17
 gpio18
 gpio6
 gpio7
 null
 ttyACM0

根据 Seeed Studio RP2040 原理图，当 GPIO 电平设置为零时，开发板的 LED 会点亮。

要控制 GPIO 输出，您必须传递参数 —o、一个值（零或一）和路径（/dev/gpio）。

按照这两个命令，您会看到黄色 LED 闪烁。

nsh> gpio -o 0 /dev/gpio17
Driver: /dev/gpio17
  Output pin:    Value=1
  Writing:       Value=0
  Verify:        Value=0

nsh> gpio -o 1 /dev/gpio17
Driver: /dev/gpio17
  Output pin:    Value=1
  Writing:       Value=1
  Verify:        Value=1

同样地，红色 LED 也会有相同的结果。

nsh> gpio -o 0 /dev/gpio16
Driver: /dev/gpio16
  Output pin:    Value=1
  Writing:       Value=0
  Verify:        Value=0

nsh> gpio -o 1 /dev/gpio16
Driver: /dev/gpio16
  Output pin:    Value=1
  Writing:       Value=1
  Verify:        Value=1

USERLED

USERLEDS 是一个允许通过单一操作控制 LED 的子系统。此外，您可以使用类似 printf 的命令行。在此演示中，我们将每 1 秒打开和关闭板载 LED。

首先，清除之前的配置。

$ cd ~/nuttxspace/nuttx
$ make distclean

使用以下命令为 userled 应用程序配置开发板：

$ ./tools/configurate.sh seeed-xiao-rp2040:userleds

编译源代码。

$  make -j

编程后，打开串行通信并按 Enter 键 3 次，按照之前应用程序显示的相同步骤。

如果你输入：ls /dev/，将显示设备列表，并观察到 userleds 文件已被创建。

nsh> ls /dev/
/dev:
 console
 userleds
 null
 ttyACM0
 ttyS0

输入 leds，你会观察到 LED 同时闪烁。

NuttShell (NSH) NuttX-12.5.1
nsh> leds
leds_main: Starting the led_daemon
leds_main: led_daemon started

led_daemon (pid # 3): Running
led_daemon: Opening /dev/userled
led_daemon: Supported LEDs 0x07
led_daemon: LED set 0x01
led_daemon: LED set 0x00
led_daemon: LED set 0x01
led_daemon: LED set 0x00

WS2812 LED

WS2812 驱动程序允许控制任何使用 ws2812 协议的智能像素。这个基于 NSH 的应用程序允许调用命令来执行示例。

清除之前的配置

$ cd ~/nuttxspace/nuttx
$ make distclean

为 seeed-xiao-rp2040 开发板选择 ws2812 配置。

$ ./tools/configurate.sh seeed-xiao-rp2040:ws2812

编译源代码。

$  make -j

编译完成后，开始对开发板进行编程，打开串口通信并按 3 次回车键，按照之前应用程序显示的相同步骤操作。输入 ?，将看到 ws2812 应用程序可用。

NuttShell (NSH) NuttX-12.5.1
nsh> ?
help usage:  help [-v] [<cmd>]

    .           cp          exit        mkdir       rm          uname       
    [           cmp         expr        mkrd        rmdir       umount      
    ?           dirname     false       mount       set         unset       
    alias       dd          fdinfo      mv          sleep       uptime      
    unalias     df          free        pidof       source      usleep      
    basename    dmesg       help        printf      test        xd          
    break       echo        hexdump     ps          time        
    cat         env         kill        pwd         true        
    cd          exec        ls          reboot      truncate    

Builtin Apps:
    getprime    hello       nsh         ostest      sh          ws2812      
nsh> 

在运行应用程序之前，重要的是确认文件夹 ls /dev/ 中已创建了 leds0 文件，该文件将用于 ws2812 驱动程序。

nsh> ls /dev/
/dev:
 console
 leds0
 null
 ttyACM0
 ttyS0

输入 ws2812 -h 将返回与此应用程序交互时接受的参数列表。

nsh> ws2812 -h
Usage: ws2812 [OPTIONS]

Arguments are "sticky".  For example, once the device path is
specified, that path will be re-used until it is changed.
  [-p path] selects the ws2812 device.  Default: /dev/leds0 Current: /dev/leds0
  [-l leds] selects number of ws2812s in the chain.  Default: 1 Current: 1
  [-r repeat] selects the number change cycles.  Default: 4 Current: 4
  [-d delay] selects delay between updates.  Default: 20000 us Current: 20000 us

让我们启动应用程序，输入 ws2812，你会看到 LED 改变颜色。

nsh> ws2812

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