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Seeed Studio XIAO RA4M1 搭载 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

简介​

NuttX 是一个成熟的实时操作系统 (RTOS)，以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 标准得以实现，使您能够在不同架构、系列和半导体厂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 提供了一个全面的支持开发板列表，按架构和系统芯片 (SoC) 系列进行组织。

例如，NuttX 文档中的 Seeed Studio XIAO RA4M1 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 Renesas RA4M1 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 适用于不同平台。对于 Seeed Studio XIAO RA4M1，请按照以下步骤操作：

  1. 下载 Renesas rfp-cli (https://www.renesas.com/en/software-tool/renesas-flash-programmer-programming-gui):

    ~/nuttxspace/nuttx$ rfp-cli --help
    Renesas Flash Programmer CLI V1.11
    Module Version: V3.18.00.000
    Usage: rfp-cli [options...] [<hex file>...]

  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

此外，还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-ra4m1:nsh
    make V=1

  2. 使用 RESET 和 BOOT 按钮进入“Renesas RA USB Boot”模式：将 BOOT 短接到 GND，然后双击复位按钮。开发板将枚举为“Renesas RA USB Boot”。

  3. 使用 rfp-cli 加载固件：

    rfp-cli -device ra -port /dev/ttyACM0 -p ./build/nuttx.hex

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 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、脚本功能以及运行您自己的应用程序作为“内置”（与 NuttX 二进制文件的一部分）。NSH 配置启用了 SCI2 控制台，波特率为 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-ra4m1 开发板选择 NSH 配置：

./tools/configurate.sh xiao-ra4m1:nsh

编译源代码：

make -j

将固件加载到开发板中，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，您已经完成了与 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 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

选择 xiao-ra4m1 板的 combo 配置。

./tools/configurate.sh xiao-ra4m1:combo

编译源代码。

make -j

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

picocom -b 115200 /dev/ttyUSB0
NuttShell (NSH) NuttX-12.8.0
nsh>

要检查与此应用程序交互时接受的选项，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>: GPIO 引脚驱动程序的完整路径。
 -t <pintype>:  将引脚更改为此 pintype (0-10):
 -w <signo>:    如果这是一个中断引脚，则等待信号。
 -o <value>:    如果这是一个输出引脚，则写入此值 (0 或 1)。
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，你可以看到一些 GPIO 已在 boards/arm/ra/xiao-ra4m1/include/board.h 中定义，具体表示如下：

  • 板载 LED：
    • 黄色 -> P011
  • GPIOs：
    • 1 输入 -> P014
    • 1 输出 -> P000
nsh> ls /dev
/dev:
 console
 gpio0
 gpio1
 null
 ttyS0
 userleds
 zero
nsh>

按照以下命令读取 gpio0 并写入 gpio1。目前，RA4M1 芯片组不支持带中断的 GPIO 输入。

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

USERLEDS 是一个子系统，允许通过单一操作控制 LED。此外，你可以使用类似 printf 的命令行。在此演示中，我们将每隔 1 秒打开和关闭一次板载黄色 LED。

输入 leds，你会观察到 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# 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 文档。

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