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Seeed Studio XIAO ESP32S3 使用 NuttX(RTOS)

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本文档由 AI 翻译。如您发现内容有误或有改进建议，欢迎通过页面下方的评论区，或在以下 Issue 页面中告诉我们：https://github.com/Seeed-Studio/wiki-documents/issues

介绍​

NuttX 是一个成熟的实时操作系统 (RTOS)，因其标准兼容性和小巧的占用空间而广受认可。NuttX 的主要特点之一是其可扩展性，使其能够在从 8 位微控制器到 64 位系统的环境中使用。这种灵活性通过遵循 POSIX 和 ANSI 标准实现，使您能够在不同架构、系列和半导体供应商的芯片上体验类似的 NuttX 功能。

此外，NuttX 提供了许多先进且实用的功能，例如 USB、以太网、音频和图形子系统。这些特性使 NuttX 成为开发者的一个有吸引力的选择，能够在各种硬件上运行，具有多功能性和稳健性。

NuttX 支持大量且不断扩展的开发板。官方文档 提供了按架构和系统芯片 (SoC) 系列组织的支持开发板的完整列表。

例如，NuttX 文档中的 Seeed Studio XIAO ESP32S3 页面详细描述了每个支持的功能以及如何使用它们。此外，NuttX 文档中还有一个专门针对 Espressif ESP32S3 系列芯片的页面，您可以在其中找到支持的 MCU 和外设列表。

安装​

NuttX 文档提供了一个 指南 用于不同平台的安装。对于 Seeed Studio XIAO ESP32S3，请按照以下步骤操作：

  1. 下载 Espressif esptool(https://docs.espressif.com/projects/esptool/en/latest/esp32/): 

    ~/nuttxspace/nuttx$ esptool.py version
    esptool.py v4.8.1
    4.8.1

  2. 创建一个工作空间

    mkdir nuttxspace

  3. 克隆相关仓库

    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: 包含内核、驱动程序和子系统的实现。
  • Apps: 包含工具、shell、网络实用程序、库和解释器的集合。

应用程序​

要启动一个应用程序，需要在 NuttX 上加载一个配置，使用以下命令：

./tools/configurate.sh board_name:your_application

同时可以运行以下命令查看支持的开发板列表：

./tools/configurate.sh -L

  1. 构建 NuttX（构建过程将生成固件二进制文件，包括 nuttx.uf2）：

    cd nuttx
    make distclean
    ./tools/configure.sh xiao-esp32s3:nsh
    make V=1

  2. 使用 RESET 和 BOOT 按钮进入“Bootloader”模式：按住 BOOT 键，同时上电，然后按一次 RESET 键。

  3. 使用 esptool.py 加载固件：

    make flash ESPTOOL_PORT=/dev/ttyACM0 ESPTOOL_BINDIR=./

实践操作​

现在是时候实际探索 NuttX 了。在本节中，有两个可用的应用程序：USBNSH 和 COMBO。

NSH​

NuttShell (NSH) 是一个用于 NuttX 的 shell 系统，类似于 bash 和其他类似选项。它支持一组丰富的内置命令、脚本以及运行您自己的应用程序作为“内置”（与 NuttX 二进制文件一起）。NSH 配置在 USB 上启用控制台，使用 115200 bps。

我们可以通过清除之前的配置开始构建过程：

cd ~/nuttxspace/nuttx
make distclean

现在我们为 xiao-esp32s3 开发板选择 NSH 配置：

./tools/configurate.sh xiao-esp32s3:usbnsh

编译源代码：

make -j

将固件加载到开发板，重启开发板，并通过 CDC/ACM 串口接口连接到 NuttShell (NSH) 控制台：

picocom -b 115200 /dev/ttyACM0

访问 NuttShell 控制台：

NuttShell (NSH) NuttX-12.8.0
nsh> uname -a
NuttX 12.8.0 2c845426da-dirty Apr  6 2025 22:53:57 xtensa esp32s3-xiao
nsh>

输入 ?，您将看到可用的命令和内置应用程序选项。

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 打个招呼，输入 hello，然后执行命令：

nsh> hello
Hello, World!!

恭喜您，您已完成与 NuttX 的第一次交互。

COMBO​

此配置启用了三个示例应用程序：gpio 和 leds。通用输入/输出 (GPIO) 是微控制器最基本的部分，使其能够连接到外部世界。我们将使用 NSH 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 xiao-esp32s3 开发板选择 combo 配置。

./tools/configurate.sh xiao-esp32s3:combo

编译源代码。

make -j

将固件加载到开发板中，运行一个串行通信程序，例如 minicom 或 picocom：

picocom -b 115200 /dev/ttyACM0
NuttShell (NSH) NuttX-12.8.0
nsh>

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

NuttShell (NSH) NuttX-12.8.0
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 设备文件是否已创建，请输入 ls/dev。输入后，您可以看到一些 GPIO 已在 boards/arm/ra/xiao-esp32s3/include/board.h 中定义，表示：

  • 板载 LED：
    • 黄色 -> GPIO21
  • GPIOs
    • 1 输入 -> GPIO1
    • 1 带中断的输入 -> GPIO3
    • 1 输出 -> GPIO2
nsh> ls /dev
/dev:
 console
 gpio0
 gpio1
 gpio2
 null
 ttyACM0
 ttyS0
 userleds
 zero
nsh>

按照以下命令读取 GPIO1(/dev/gpio1) 和 GPIO3(/dev/gpio2)（带中断），并在 GPIO2(/dev/gpio0) 上写入。

NuttShell (NSH) NuttX-12.8.0
nsh> gpio -o 1 /dev/gpio0
Driver: /dev/gpio0
  Output pin:    Value=0
  Writing:       Value=1
  Verify:        Value=1
nsh> gpio -o 0 /dev/gpio0
  Driver: /dev/gpio0
  Output pin:    Value=1
  Writing:       Value=0
  Verify:        Value=0
nsh> gpio /dev/gpio1
Driver: /dev/gpio1
  Input pin:     Value=0
nsh> gpio /dev/gpio1
Driver: /dev/gpio1
  Input pin:     Value=1
nsh> gpio /dev/gpio1
Driver: /dev/gpio1
  Input pin:     Value=0
nsh> gpio -w 1 /dev/gpio2
Driver: /dev/gpio2
  Interrupt pin: Value=0
  Verify:        Value=1
nsh> gpio -w 1 /dev/gpio2
Driver: /dev/gpio2
  Interrupt pin: Value=0
  Verify:        Value=1

USERLEDS 是一个子系统，允许通过单一操作控制 LED。此外，您可以使用类似于 printf 的命令行。在此示例中，我们将每隔 1 秒打开和关闭板载黄色 LED。

输入 leds，您可以观察到 LED 同时闪烁。

NuttShell (NSH) NuttX-12.8.0
nsh> leds
leds_main: Starting the led_daemon
leds_main: led_daemon started

led_daemon (pid# 7): Running
led_daemon: Opening /dev/userleds
led_daemon: Supported LEDs 0x01
led_daemon: LED set 0x01
nsh> led_daemon: LED set 0x00
led_daemon: LED set 0x01
led_daemon: LED set 0x00
led_daemon: LED set 0x01
led_daemon: LED set 0x00
led_daemon: LED set 0x01
led_daemon: LED set 0x00

查看下面的视频，了解 GPIO 和 LED 的演示：

有关 NuttX RTOS 的更多信息，请访问 NuttX Documentation

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