Seeed Studio XIAO nRF52840 搭载 NuttX(RTOS)

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简介

NuttX 是一个成熟的实时操作系统 (RTOS)，因其符合标准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 标准得以实现，使您能够在不同架构、系列和半导体供应商的芯片上实验类似的 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，它能够在各种硬件上运行，具有多功能性和强大的性能。

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) 系列组织的支持板列表。

例如，NuttX 文档中的 Seeed Studio Xiao nRF52840 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 Nordic Semiconductor nRF52 系列芯片的页面。

工具设置

开始在 XIAO nRF52840 上使用 NuttX 的第一步是安装 UF2 工具，用于将 hex 文件格式转换为 uf2，然后下载 NuttX 源代码本身。NuttX 提供了一个适用于不同平台的指南。按照以下步骤操作：

下载 UF2 工具：

git clone https://github.com/microsoft/uf2.git

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

还可以通过运行以下命令查看支持的板列表：

./tools/configurate.sh -L

构建 NuttX

cd nuttx
make distclean
./tools/configure.sh xiao-nrf52840:nsh
make V=1

使用 UF2 工具将 nuttx.hex 转换为 UF2 格式：

python3 uf2/utils/uf2conv.py -c -f 0xADA52840 -i nuttx.hex -o nuttx.uf2

连接 Seeed Studio XIAO nRF52840，并通过快速双击进入引导加载模式。板将被检测为 USB 大容量存储设备。然后将 “nuttx.uf2” 文件复制到设备中。

实践操作

现在是时候实际探索 NuttX 了。在本节中，有三个可用的应用程序：NSH、USBNSH 和 JUMBO。

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”（与同一个 NuttX 二进制文件一起）。NSH 配置启用了 UART0 的控制台，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-nrf5200 板选择 NSH 配置：

./tools/configurate.sh xiao-nrf52840:nsh

编译源代码：

make -j

使用 UF2 工具将 nuttx.hex 转换为 UF2 格式：

python3 uf2/utils/uf2conv.py -c -f 0xADA52840 -i nuttx.hex -o nuttx.uf2

将固件加载到您的开发板，并将 USB-to-Serial 连接到 TX 和 RX 引脚，然后运行一个串行通信程序，例如 minicom 或 picocom：

picocom -b 115200 /dev/ttyUSB0

访问 NuttShell 控制台：

NuttShell (NSH) NuttX-12.8.0
nsh> 

输入 ?，您将访问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，然后它会执行命令：

nsh> hello
Hello, World!!

恭喜您，您已经完成了与 NuttX 的第一次交互。

USBNSH

与 NSH 配置类似，但使用 CDC/ACM 串口（控制台启用在 USB 端口，速率为 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-nrf5200 板选择 NSH 配置：

./tools/configurate.sh xiao-nrf52840:usbnsh

编译源代码：

make -j

将 nuttx.hex 转换为 UF2 格式使用 U2F 工具：

python3 uf2/utils/uf2conv.py -c -f 0xADA52840 -i nuttx.hex -o nuttx.uf2

将固件加载到您的开发板中，运行一个串行通信程序，例如 minicon 或 picocom：

picocom -b 115200 /dev/ttyACM0

您需要按下 Enter 键 3 次，然后终端中会显示以下消息：

NuttShell (NSH) NuttX-12.8.0
nsh> 

JUMBO

此配置启用了两个示例应用程序：gpio 和 leds。通用输入/输出 (GPIO) 是微控制器最基本的部分，允许它与外部世界连接。通过这种方式，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 xiao-nrf52840 开发板选择 jumbo 配置。

./tools/configurate.sh xiao-nrf52840:jumbo

编译源代码。

make -j

将固件加载到您的开发板中，运行一个串行通信程序，例如 minicon 或 picocom：

picocom -b 115200 /dev/ttyACM0

您需要按下 Enter 键 3 次，然后终端中会显示以下消息：

NuttShell (NSH) NuttX-12.8.0
nsh>

要检查与此应用程序交互的可接受选项，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 设备文件已创建，请输入 ls/dev。输入后，您可以看到一些 GPIO 已在 xiao-nrf52840.h 中声明，具体表示如下：

板载 RGB LED：
- RGB_RED -> P0.26
- RGB_GREEN -> P0.30
- RGB_BLUE -> P0.06
GPIOs
- 1 输入 - P0.02(/dev/gpio0)
- 1 中断输入 - P0.03(/dev/gpio2)
- 1 输出 - P0.28(/dev/gpio1)

nsh> ls /dev
/dev:
 console
 gpio0
 gpio1
 gpio2
 null
 ttyACM0
 userleds
 zero
nsh> 

按照以下命令读取 gpio0 和 gpio2（带中断）并写入 gpio1。

nsh> gpio /dev/gpio0
Driver: /dev/gpio0
  Input pin:     Value=0
nsh> gpio /dev/gpio0
Driver: /dev/gpio0
  Input pin:     Value=1

nsh> gpio -o 0 /dev/gpio1
Driver: /dev/gpio1
  Output pin:    Value=1
  Writing:       Value=0
  Verify:        Value=0

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 printf 的命令行。在此演示中，我们将每隔 1 秒打开和关闭板载 RGB LED。

输入 leds，您会观察到 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# 3): Running
led_daemon: Opening /dev/userleds
led_daemon: Supported LEDs 0x07
led_daemon: LED set 0x01
nsh> led_daemon: LED set 0x02
led_daemon: LED set 0x03
led_daemon: LED set 0x04
led_daemon: LED set 0x05
led_daemon: LED set 0x06
led_daemon: LED set 0x07

查看下面的视频，了解 gpio 和 leds 示例的演示：

有关 NuttX RTOS 的更多信息，请访问 NuttX 文档。

✨ 贡献者项目

此项目由 Seeed Studio 贡献者项目支持。
特别感谢 Rodrigo 的辛勤努力。您的工作将被展示。

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