Seeed Studio XIAO RP2040 con NuttX (RTOS)
Introducción
NuttX es un sistema operativo en tiempo real (RTOS) maduro, ampliamente reconocido por su cumplimiento de estándares y su pequeño tamaño. Una de las principales características de NuttX es su escalabilidad, lo que permite su uso en entornos que van desde microcontroladores de 8 bits hasta sistemas de 64 bits. Esta flexibilidad se logra a través de la adherencia a los estándares POSIX y ANSI, lo que te permite experimentar con características similares de NuttX en una amplia gama de chips de diferentes arquitecturas, familias y proveedores de semiconductores.
Además, NuttX ofrece muchas características avanzadas y útiles, como subsistemas USB, Ethernet, Audio y Gráficos. Estas características hacen de NuttX una opción atractiva para los desarrolladores que buscan un RTOS versátil y robusto capaz de operar en varios tipos de hardware.
NuttX es compatible con una gran cantidad de placas, que siguen en constante expansión. La documentación oficial proporciona una lista completa de las placas compatibles, organizadas por arquitectura y serie de System-on-Chip (SoC).
Por ejemplo, la página de Seeed Studio Xiao RP2040 en la documentación de NuttX ofrece descripciones detalladas de cada función compatible e instrucciones sobre cómo utilizarlas.
Configuración de herramientas
El primer paso para comenzar con NuttX es instalar una serie de herramientas necesarias, una cadena de herramientas para la arquitectura con la que trabajarás y, finalmente, descargar el código fuente de NuttX. NuttX proporciona una guía para diferentes plataformas.
Después de instalar y configurar el entorno, sigue estos pasos:
- Descarga el SDK de Raspberry Pi Pico:
git clone -b 1.1.2 https://github.com/raspberrypi/pico-sdk.git
- Establece la variable de entorno PICO_SDK_PATH:
export PICO_SDK_PATH=<absolute_path_to_pico-sdk_directory>
- Crea un espacio de trabajo
mkdir nuttxspace
- Clonar los repositorios
cd nuttxspace
git clone https://github.com/apache/nuttx.git nuttx
git clone https://github.com/apache/nuttx-apps apps
Apache Nuttx se divide en dos proyectos:
- Nuttx: contiene el núcleo, los controladores y los subsistemas implementados.
- Apps: contiene una colección de herramientas, shells, utilidades de red, bibliotecas e intérpretes.
Aplicaciones
Para iniciar una aplicación es necesario cargar una configuración en NuttX, utilizando el comando:
./tools/configurate.sh board_name:your_application
También es posible verificar la lista de placas compatibles ejecutando el comando:
./tools/configurate.sh -L
Una vez que el script se ejecute, NuttX debe ser compilado. Hay dos posibilidades para hacer esto utilizando: Make o CMake.
Programación
Una vez garantizada una compilación exitosa, el siguiente objetivo es la programación usando BOOTSEL. Para ello, debes seguir estos pasos:
Paso 1: Conecta la placa Seeed Studio XIAO RP2040 al puerto USB mientras mantienes presionado el botón B (de arranque). La placa será detectada como un dispositivo de almacenamiento masivo USB RPI-RP2.
Paso 2: En el espacio de trabajo, ve a nuttx y copia nuttx.uf2 en la Seeed Studio XIAO RP2040.
Paso 3: Busca un nuevo dispositivo USB en tu computadora.
Paso 4: Abre una comunicación serial con la Seeed Studio XIAO RP2040.
Práctica
Es hora de explorar NuttX de manera práctica. En esta sesión, hay cuatro aplicaciones disponibles: USB NSH, GPIO, USERLEDS y el controlador WS2812.
USBNSH
El NuttXShell (NSH) es un sistema de shell para ser utilizado en NuttX, similar a bash y otras opciones similares. Soporta un conjunto amplio de comandos incluidos, scripting y la capacidad de ejecutar tus propias aplicaciones como “built-in” (parte del mismo binario de NuttX).
Podemos comenzar el proceso de compilación limpiando la configuración anterior.
$ cd ~/nuttxspace/nuttx
$ make distclean
Ahora seleccionamos la configuración USBNSH para la placa seeed-xiao-rp2040:
$ ./tools/configurate.sh seeed-xiao-rp2040:usbnsh
Compilamos el código fuente.
$ make -j
Después de programar y abrir la comunicación serial
picocom -b 115200 /dev/ttyACM0
Debes presionar Enter 3 veces, y luego este mensaje aparecerá en el terminal.
NuttShell (NSH) NuttX-12.5.1
nsh>
Al escribir ?, accederás a las opciones disponibles para los comandos y aplicaciones integradas.
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
Saludemos a NuttX, escribe hello y luego ejecuta el comando:
nsh> hello
Hello, World!!
Felicidades, tu primera interacción con NuttX ha sido completada.
Controlador GPIO
El General Purpose Input/Output (GPIO) es la parte más fundamental de un microcontrolador, permitiéndole conectarse con el mundo exterior. De esta manera, utilizaremos NSH para acceder y configurar esos pines como deseemos. Pero primero, limpiemos la configuración anterior.
$ cd ~/nuttxspace/nuttx
$ make distclean
Selecciona la configuración GPIO para la placa seeed-xiao-rp2040.
$ ./tools/configurate.sh seeed-xiao-rp2040:gpio
Compilar de el código fuente.
$ make -j
Después de programar y abrir la comunicación serial
picocom -b 115200 /dev/ttyACM0
Debes presionar Enter 3 veces, y luego este mensaje aparecerá en el terminal.
NuttShell (NSH) NuttX-12.5.1
nsh>
Para verificar qué opciones se aceptan para interactuar con esta aplicación, escribe gpio -h, y devolverá una lista de parámetros.
NuttShell (NSH) NuttX-12.5.1
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
Para confirmar que se crearon los archivos de dispositivo GPIO, escribe ls /dev. Después de escribir, podrás ver que algunos GPIOs han sido declarados en seed-studio-gpio.c, los cuales representan:
- 3 LEDs en la placa (gpio 18, gpio 17 y gpio 16).
- 1 Entrada (gpio 6).
- 1 Entrada con interrupción (gpio 7).
nsh> ls /dev
/dev:
console
gpio16
gpio17
gpio18
gpio6
gpio7
null
ttyACM0
De acuerdo con el esquema de Seeed Studio RP2040, los LEDs de la placa se encienden cuando el nivel de GPIO se establece en cero.
Para controlar la salida GPIO, debes pasar el parámetro —o, un valor (cero o uno), y la ruta (/dev/gpio).
Siguiendo estos dos comandos, verás el LED amarillo parpadeando.
nsh> gpio -o 0 /dev/gpio17
Driver: /dev/gpio17
Output pin: Value=1
Writing: Value=0
Verify: Value=0
nsh> gpio -o 1 /dev/gpio17
Driver: /dev/gpio17
Output pin: Value=1
Writing: Value=1
Verify: Value=1
De la misma manera, tendrá el mismo resultado al LED rojo.
nsh> gpio -o 0 /dev/gpio16
Driver: /dev/gpio16
Output pin: Value=1
Writing: Value=0
Verify: Value=0
nsh> gpio -o 1 /dev/gpio16
Driver: /dev/gpio16
Output pin: Value=1
Writing: Value=1
Verify: Value=1
USERLED
El sistema USERLEDS es un subsistema que permite controlar los LEDs con una sola operación. Además, puedes usar comandos en línea como el printf. En esta demostración, encenderemos y apagaremos el LED de la placa cada 1 segundo.
Primero, limpia la configuración anterior.
$ cd ~/nuttxspace/nuttx
$ make distclean
Configura la placa para la aplicación userled usando el comando:
$ ./tools/configurate.sh seeed-xiao-rp2040:userleds
Compilar el código fuente.
$ make -j
Después de la programación, abre la comunicación serial y presiona Enter 3 veces, siguiendo los mismos pasos mostrados en la aplicación anterior.
Si escribes: ls /dev/, aparecerá una lista de dispositivos, y podrás observar que se ha creado el archivo userleds.
nsh> ls /dev/
/dev:
console
userleds
null
ttyACM0
ttyS0
Al escribir leds, observarás que los LEDs parpadean al mismo tiempo.
NuttShell (NSH) NuttX-12.5.1
nsh> leds
leds_main: Starting the led_daemon
leds_main: led_daemon started
led_daemon (pid # 3): Running
led_daemon: Opening /dev/userled
led_daemon: Supported LEDs 0x07
led_daemon: LED set 0x01
led_daemon: LED set 0x00
led_daemon: LED set 0x01
led_daemon: LED set 0x00
LED WS2812
El controlador WS2812 permite controlar cualquier píxel inteligente que utilice el protocolo ws2812. Esta aplicación sobre NSH permite llamar a un comando para realizar la muestra.
Limpia la configuración anterior.
$ cd ~/nuttxspace/nuttx
$ make distclean
Selecciona la configuración ws2812 para la placa seeed-xiao-rp2040.
$ ./tools/configurate.sh seeed-xiao-rp2040:ws2812
Compilar de el código fuente.
$ make -j
La compilación ha finalizado, ahora ve a programar la placa, abre la comunicación serial y presiona Enter 3 veces, siguiendo los mismos pasos mostrados en la aplicación anterior. Al escribir ?, verás la aplicación ws2812 disponible.
NuttShell (NSH) NuttX-12.5.1
nsh> ?
help usage: help [-v] [<cmd>]
. cp exit mkdir rm uname
[ cmp expr mkrd rmdir umount
? dirname false mount set unset
alias dd fdinfo mv sleep uptime
unalias df free pidof source usleep
basename dmesg help printf test xd
break echo hexdump ps time
cat env kill pwd true
cd exec ls reboot truncate
Builtin Apps:
getprime hello nsh ostest sh ws2812
nsh>
Antes de ejecutar la aplicación, es importante confirmar que en la carpeta ls /dev/ se haya creado el archivo leds0, el cual será utilizado para controlar el WS2812.
nsh> ls /dev/
/dev:
console
leds0
null
ttyACM0
ttyS0
Al escribir ws2812 -h, se devolverá una lista de parámetros que son aceptados para interactuar con esta aplicación.
nsh> ws2812 -h
Usage: ws2812 [OPTIONS]
Arguments are "sticky". For example, once the device path is
specified, that path will be re-used until it is changed.
[-p path] selects the ws2812 device. Default: /dev/leds0 Current: /dev/leds0
[-l leds] selects number of ws2812s in the chain. Default: 1 Current: 1
[-r repeat] selects the number change cycles. Default: 4 Current: 4
[-d delay] selects delay between updates. Default: 20000 us Current: 20000 us
Comencemos nuestra aplicación, escribe ws2812 y verás los LEDs cambiando de color.
nsh> ws2812
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