Seeed Studio XIAO RA4M1 con NuttX(RTOS)

Introducción

NuttX es un sistema operativo en tiempo real (RTOS) maduro ampliamente reconocido por su cumplimiento de estándares y su pequeña huella de memoria. Una de las características principales de NuttX es su escalabilidad, que le permite ser utilizado en entornos que van desde microcontroladores de 8 bits hasta sistemas de 64 bits. Esta flexibilidad se logra a través del cumplimiento de estándares POSIX y ANSI, permitiéndote experimentar con características similares de NuttX a través de 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 desarrolladores que buscan un RTOS versátil y robusto capaz de operar en varios tipos de hardware.

NuttX soporta un número vasto y continuamente en expansión de placas. La documentación oficial proporciona una lista completa de placas soportadas, organizadas por arquitectura y serie de Sistema-en-Chip (SoC).

Por ejemplo, la página del Seeed Studio XIAO RA4M1 en la documentación de NuttX ofrece descripciones detalladas de cada característica soportada e instrucciones sobre cómo utilizarlas. También hay una página específica en la documentación de NuttX para chips de la serie Renesas RA4M1, donde puedes encontrar la lista de MCUs y periféricos soportados.

Instalación

La documentación de Nuttx proporciona una guía para diferentes plataformas. Para Seeed Studio XIAO RA4M1 por favor sigue estos pasos:

Descargar 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>...]

Crear 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 está dividido en dos proyectos:

Nuttx: contiene implementado el kernel, controladores y subsistemas.
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, llamando al comando:

./tools/configurate.sh board_name:your_application

También es posible verificar la lista de placas compatibles ejecutando el comando:

./tools/configurate.sh -L

Construir NuttX (el proceso de construcción generará los binarios del firmware, incluyendo nuttx.uf2):
```
cd nuttx
make distclean
./tools/configure.sh xiao-ra4m1:nsh
make V=1
```
Los botones RESET y BOOT se pueden usar para entrar al modo "Renesas RA USB Boot" reiniciando la placa con BOOT conectado a GND y presionando el botón de reset dos veces (doble clic). La placa se enumerará como "Renesas RA USB Boot".

Cargar el firmware usando rfp-cli:

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

Práctica

Es hora de explorar NuttX de manera práctica. En esta sesión, hay tres aplicaciones disponibles: NSH y COMBO.

NSH

El NuttShell(NSH) es un sistema de shell para ser usado en NuttX, similar a bash y otras opciones similares. Soporta un conjunto rico de comandos incluidos, scripting y la capacidad de ejecutar tus propias aplicaciones como "builtin" (parte del mismo binario de NuttX). La configuración NSH habilita la consola en SCI2 usando 115200 bps.

Podemos iniciar el proceso de construcción limpiando la configuración previa

cd ~/nuttxspace/nuttx
make distclean

Ahora seleccionamos la configuración NSH para la placa xiao-ra4m1:

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

Compila el código fuente.

make -j

Carga el firmware en tu placa y conecta el USB-a-Serie a los pines TX y RX, luego ejecuta un programa de comunicación serie como minicon o picocom:

picocom -b 115200 /dev/ttyUSB0

Accede a la consola NuttShell:

NuttShell (NSH) NuttX-12.8.0
nsh> 

Escribiendo ?, accederás a las opciones disponibles para 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 

Digamos hola a NuttX, escribe hello y luego ejecuta el comando:

nsh> hello
Hello, World!!

Felicidades, tu primera interacción con NuttX fue completada.

COMBO

Esta configuración habilita tres aplicaciones de ejemplo, gpio y leds. La Entrada/Salida de Propósito General (GPIO) es la parte más fundamental de un microcontrolador, permitiéndole conectarse al mundo externo. De esta manera usaremos el NSH para acceder y configurar esos pines como deseemos. Pero primero, limpiemos la configuración anterior.

cd ~/nuttxspace/nuttx
make distclean

Selecciona la configuración combo para la placa xiao-ra4m1.

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

Compila el código fuente.

make -j

Carga el firmware en tu placa, ejecuta un programa de comunicación serie como minicon o picocom:

picocom -b 115200 /dev/ttyUSB0

NuttShell (NSH) NuttX-12.8.0
nsh>

Para verificar qué opciones se aceptan para interactuar con esta aplicación, escribe gpio -h, y devolverá una lista de parámetros.

NuttShell (NSH) NuttX-12.8.0
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

Para confirmar que se crearon los archivos de dispositivo GPIO, escriba ls/dev. Después de escribir, puede ver que algunos gpios fueron declarados definidos en boards/arm/ra/xiao-ra4m1/include/board.h, los cuales representan:

LED en placa:
- Amarillo -> P011
GPIOs
- 1 Entrada -> P014
- 1 Salida -> P000

nsh> ls /dev
/dev:
 console
 gpio0
 gpio1
 null
 ttyS0
 userleds
 zero
nsh> 

Siguiendo estos comandos para leer gpio0 y escribir en gpio1. Por ahora, la entrada GPIO con interrupción no está disponible para el chipset RA4M1.

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

El USERLEDS es un subsistema que permite el control de los LEDs con una sola operación. También, puedes usar líneas de comandos como el printf. En esta demostración encenderemos y apagaremos el LED Amarillo integrado cada 1 segundo.

Escribiendo leds, observas que los LEDs parpadean al mismo tiempo.

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

Consulta el video a continuación con la demostración para gpio y leds:

Para más información sobre el RTOS NuttX, por favor visita la Documentación de NuttX

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Este proyecto está respaldado por el Proyecto de Colaborador de Seeed Studio.
Un agradecimiento especial a Rodrigo por sus esfuerzos dedicados. Tu trabajo será exhibido.

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