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使用 NRF Connect SDK 开发 Seeed Studio XIAO nRF54LM20A Sense

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介绍​

nRF Connect SDK（NCS）是 Nordic Semiconductor 官方的软件开发套件，构建在 Zephyr RTOS 实时操作系统之上。它为 nRF 系列芯片提供了完整、原生且高度优化的开发框架。与 PlatformIO 相比，NCS 为开发者提供了对 nRF54 系列全部硬件能力的更全面访问，包括对 Bluetooth Low Energy（BLE）、Thread、Matter 等无线协议栈的原生支持，以及更精细的电源管理和外设控制。Nordic 官方持续维护并更新该 SDK，确保与芯片固件的最佳兼容性，并能更早使用最新特性。

本教程将一步步引导你完成整个流程——从搭建 nRF Connect SDK 开发环境、安装工具链，到创建和配置你的第一个项目，最后将第一个示例程序烧录到 XIAO nRF54LM20A Sense 上并运行。

NCS 入门​

硬件准备​

Seeed Studio XIAO nRF54LM20A Sense

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下载 VS Code​

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安装 nRF Connect for VS Code Extension Pack 扩展​

  1. 打开 VS Code，搜索并安装 nRF Connect for VS Code Extension Pack。该扩展会自动安装完整工具链所需的所有子扩展，包括 nRF Connect、Kconfig、DeviceTree 等。

  1. nRF Connect for VS Code Extension Pack 会自动为你安装以下扩展。

安装 nRF Connect SDK 和工具链​

  1. 打开 nRF Connect 扩展，选择 Install SDK，然后选择 nRF Connect SDK。

  1. 在 Pre-packaged SDKs & Toolchains 列表中选择 v3.3.0。

tip

对于 nRF Connect SDK v3.3.0，预打包安装同时包含 SDK 代码和匹配的工具链，你无需单独安装工具链。

nRF Connect SDK 体积较大，首次安装会花费一定时间。请在安装过程中确保网络连接稳定，以避免安装失败。

环境验证​

安装完成后，nRF Connect SDK 的集成环境会自动配置好。为确保后续开发顺利，建议在此步骤对环境进行验证。

  1. 启动 nRF Terminal，这是 nRF Connect SDK 内置的终端。

  1. 输入命令检查所需工具的版本信息。你可以逐条复制并运行这些命令进行验证。
# Check west (project manager & build entry) version
west --version

# Check CMake (build system generator) version
cmake --version

# Check Ninja (build executor) version
ninja --version

# Check Python (scripting runtime for west & Zephyr tools) version
python --version

# Check ARM cross-compiler (Zephyr toolchain for Cortex-M) version
arm-zephyr-eabi-gcc --version

# Check OpenOCD (on-chip debugger & flasher via CMSIS-DAP) version
openocd --version
  • 输出如下所示。如果有任何组件缺失，请重新安装工具链，并在安装过程中确保网络稳定。

添加自定义板卡路径​

由于 XIAO nRF54LM20A 系列的板卡定义尚未合入官方 NCS 仓库，因此你需要手动添加板卡路径。

  1. 将 platform-seeedboards 仓库克隆到你希望的目录中。
git clone https://github.com/Seeed-Studio/platform-seeedboards.git

  1. 在 VS Code 左下角打开 Settings。

  1. 搜索 nRF Connect，修改 Board Roots，并添加路径 ~\your_path\platform-seeedboards\zephyr。XIAO nRF54LM20A 系列的板卡定义就存放在这里。

创建新应用​

本节中，我们将修改一个空白示例项目。

  1. 在扩展中选择 Create a blank application 来复制模板。

  1. 将项目命名为 blinky 并选择存储路径。

  1. 创建完成后，打开复制出的项目。

  1. 移除原有配置。此步骤是为了在下一阶段配置与 XIAO nRF54LM20A 相关的设置时，避免受到干扰。（如果你的项目还没有构建记录，可以直接跳过此步骤）

编写 Blinky 程序​

由于 XIAO nRF54LM20A 系列使用了自定义 devicetree 和硬件引脚映射，因此需要修改若干文件。需要编辑的文件如下所示。

  • main.c：包含应用逻辑的主程序。
  • app.overlay：用于硬件外设配置的 devicetree overlay 文件。
  • prj.conf：用于启用所需 Zephyr 模块的项目配置文件。

  1. 修改 main.c 中的代码
main.c

/*
 * Copyright (c) 2016 Intel Corporation
 *
 * SPDX-License-Identifier: Apache-2.0
 */

#include <zephyr/kernel.h>
#include <zephyr/device.h>
#include <zephyr/drivers/pwm.h>
#include <nrfx_power.h>

#define PWM_PERIOD_NS 1000000U
#define STEP_TIME_MS 500

#define LED_R_NODE DT_ALIAS(pwm_led1)
#define LED_G_NODE DT_ALIAS(pwm_led2)
#define LED_B_NODE DT_ALIAS(pwm_led0)

#if !DT_NODE_EXISTS(LED_R_NODE) || !DT_NODE_EXISTS(LED_G_NODE) || !DT_NODE_EXISTS(LED_B_NODE)
#error "This RGB blink demo expects pwm-led0/pwm-led1/pwm-led2 devicetree aliases"
#endif

static const struct pwm_dt_spec led_r = PWM_DT_SPEC_GET(LED_R_NODE);
static const struct pwm_dt_spec led_g = PWM_DT_SPEC_GET(LED_G_NODE);
static const struct pwm_dt_spec led_b = PWM_DT_SPEC_GET(LED_B_NODE);

struct rgb_step {
	uint8_t r;
	uint8_t g;
	uint8_t b;
	uint32_t delay_ms;
};

static int pwm_set_u8(const struct pwm_dt_spec *led, uint8_t level)
{
	uint32_t duty_ns = (PWM_PERIOD_NS * (uint32_t)level) / 255U;

	return pwm_set_dt(led, PWM_PERIOD_NS, duty_ns);
}

static int rgb_set(uint8_t r, uint8_t g, uint8_t b)
{
	int ret;

	ret = pwm_set_u8(&led_r, r);
	if (ret < 0) {
		return ret;
	}

	ret = pwm_set_u8(&led_g, g);
	if (ret < 0) {
		return ret;
	}

	ret = pwm_set_u8(&led_b, b);
	if (ret < 0) {
		return ret;
	}

	return 0;
}

int main(void)
{
	int ret;

#if defined(CONFIG_NRFX_POWER)
	nrfx_power_constlat_mode_request();
#endif

	if (!device_is_ready(led_r.dev) || !device_is_ready(led_g.dev) || !device_is_ready(led_b.dev)) {
		return -1;
	}

	static const struct rgb_step demo[] = {
		{ 255, 0, 0, STEP_TIME_MS },
		{ 0, 255, 0, STEP_TIME_MS },
		{ 0, 0, 255, STEP_TIME_MS },
		{ 255, 255, 0, STEP_TIME_MS },
		{ 0, 255, 255, STEP_TIME_MS },
		{ 255, 0, 255, STEP_TIME_MS },
		{ 255, 255, 255, STEP_TIME_MS },
		{ 0, 0, 0, STEP_TIME_MS },
	};

	while (1) {
		for (size_t i = 0; i < ARRAY_SIZE(demo); i++) {
			ret = rgb_set(demo[i].r, demo[i].g, demo[i].b);
			if (ret < 0) {
				return ret;
			}
			k_msleep(demo[i].delay_ms);
		}
	}

	return 0;
}
  1. 添加 xiao_nrf54lm20a_nrf54lm20a_cpuapp.overlay
  • 在 blinky 项目的根目录下创建一个 board 文件夹，与 src 等文件夹处于同一级目录。

  • 在 board 文件夹中创建 devicetree 文件 xiao_nrf54lm20a_nrf54lm20a_cpuapp.overlay。
xiao_nrf54lm20a_nrf54lm20a_cpuapp.overlay
/*
 * Device tree overlay for XIAO nRF54LM20A RGB LED PWM demo.
 *
 * PWM20 peripheral is used for RGB LED control:
 *   - Channel 0: P1.22 (Blue LED)  -> pwm_led0
 *   - Channel 1: P1.23 (Red LED)   -> pwm_led1
 *   - Channel 2: P1.24 (Green LED) -> pwm_led2
 */

&pwm20 {
	status = "okay";
};

/ {
	pwmleds {
		compatible = "pwm-leds";

		pwm_led0: pwm_led_0 {
			pwms = <&pwm20 0 PWM_MSEC(20) PWM_POLARITY_NORMAL>;
			label = "Blue LED";
		};

		pwm_led1: pwm_led_1 {
			pwms = <&pwm20 1 PWM_MSEC(20) PWM_POLARITY_NORMAL>;
			label = "Red LED";
		};

		pwm_led2: pwm_led_2 {
			pwms = <&pwm20 2 PWM_MSEC(20) PWM_POLARITY_NORMAL>;
			label = "Green LED";
		};
	};
};

/ {
	aliases {
		pwm-led0 = &pwm_led0;
		pwm-led1 = &pwm_led1;
		pwm-led2 = &pwm_led2;
	};
};
  1. 修改 prj.conf 文件以启用相应的配置。
CONFIG_GPIO=y
CONFIG_PWM=y
CONFIG_SERIAL=n
  1. 进入扩展的 APPLICATIONS 部分并选择 Add build configuration。确认 SDK 和工具链版本。将 Board Target 设置为 xiao_nrf54lm20a/nrf54lm20a/cpuapp，将基础配置文件设置为 prj.conf。向下滚动页面，然后点击 Generate and Build 以生成相应的配置文件。

tip

如果在此处找不到 xiao_nrf54lm20a/nrf54lm20a/cpuapp，请检查在 Add Custom Board Path 部分中路径是否已正确添加。

  1. 如果构建成功，终端中会显示如下信息。

程序烧录​

本节中，我们使用 nRF Connect SDK 中的 west 工具来烧录程序。

  1. 使用 USB-C 线连接 XIAO nRF54LM20A Sense。打开 nRF Terminal 并输入 west 命令来烧录程序。
west flash

tip

如果要烧录的固件是由 Add build configuration 中创建的第一个配置文件生成的，当存在 build 和 build_1 等多个配置文件夹时，需要指定配置路径。

# examples: west flash configgration build_1
west flash --build-dir build_1

观察结果​

常见问题​

如果你的 SDK 下载耗时过长，我们也提供了一种相对较快的下载方式

  • 步骤 1：安装 aria2
brew install aria2
  • 步骤 2：创建下载目录
mkdir -p /opt/nordic/ncs/downloads
  • 步骤 3：下载 Toolchain Bundle
aria2c -c -x 16 -s 16 -k 1M --file-allocation=none \
  -d /opt/nordic/ncs/downloads \
  -o ncs-toolchain-aarch64-macos-0c0f19d91c.tar.gz \
  "https://files.nordicsemi.cn/artifactory/NCS/external/bundles/v3/ncs-toolchain-aarch64-macos-0c0f19d91c.tar.gz"
  • 步骤 4：下载 nRF Connect SDK Bundle
aria2c -c -x 16 -s 16 -k 1M --file-allocation=none \
  -d /opt/nordic/ncs/downloads \
  -o sdk-nrf-bundle-v3.3.0.tar.gz \
  "https://files.nordicsemi.cn/artifactory/ncs-src-mirror/external/sdk-nrf/v3.3.0/src.tar.gz"
  • 步骤 5：安装 nRF Connect SDK v3.3.0
nrfutil sdk-manager install v3.3.0 \
  --sdk-path /opt/nordic/ncs/v3.3.0 \
  --type nrf

技术支持与产品讨论​

感谢你选择我们的产品！我们将为你提供多种支持，确保你在使用我们产品的过程中尽可能顺利。我们提供多种交流渠道，以满足不同的偏好和需求。

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