Seeed Studio XIAO nRF52840 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 nRF52840 页面提供了每个支持功能的详细描述和如何使用它们的说明。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

在 XIAO nRF52840 上开始使用 NuttX 的第一步是安装 UF2 工具，该工具用于将 hex 文件格式转换为 uf2，然后下载 NuttX 源代码本身。Nuttx 提供了针对不同平台的指南。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检查支持的开发板列表：

./tools/configurate.sh -L

构建 NuttX

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

使用 U2F 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程序模式。开发板将被检测为 USB 大容量存储设备。然后将 "nuttx.uf2" 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。NSH 配置在 UART0 上启用控制台，使用 115200 bps。

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 xiao-nrf5200 板选择 NSH 配置：

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

编译源代码。

make -j

使用 U2F 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

将固件加载到您的板子中，并将 USB 转串口连接到 TX 和 RX 引脚，然后运行串口通信程序，如 minicon 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。

USBNSH

类似于 NSH 配置，但使用 CDC/ACM 串口（在 USB 端口启用控制台，115200 bps）。

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 xiao-nrf5200 板选择 NSH 配置：

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

编译源代码。

make -j

使用 U2F 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

将固件加载到您的板子中，运行串口通信程序，如 minicon 或 picocom：

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-12.8.0
nsh> 

JUMBO

此配置启用两个示例应用程序：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 xiao-nrf52840 板选择 jumbo 配置。

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

编译源代码。

make -j

将固件加载到您的板子中，运行串口通信程序，如 minicon 或 picocom：

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-12.8.0
nsh>

要检查与此应用程序交互接受哪些选项，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，输入 ls/dev。输入后，您可以看到一些 gpio 被声明定义在 xiao-nrf52840.h 中，它们代表：

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

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

按照这些命令读取 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 是一个允许通过单一操作控制 LED 的子系统。此外，您可以使用像 printf 这样的命令行。在此演示中，我们将每 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 gpio 和 leds 示例演示视频：

有关 NuttX RTOS 的更多信息，请访问 NuttX 文档

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此项目由 Seeed Studio 贡献者项目支持。
特别感谢 Rodrigo 的专注努力。您的工作将被展示。

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