XIAO RP2040 と Zephyr(RTOS)

note

この文書は AI によって翻訳されています。内容に不正確な点や改善すべき点がございましたら、文書下部のコメント欄または以下の Issue ページにてご報告ください。
https://github.com/Seeed-Studio/wiki-documents/issues

XIAO RP2040 と Zephyr(RTOS)

このウィキでは、Seeed Studio XIAO RP2040 に対する Zephyr のサポートについて説明します。このガイドを利用することで、ボードで利用可能な機能セットを活用できるようになります。

Zephyr とは

Zephyr OS は、小型フットプリントのカーネルに基づいており、リソースが制約された組み込みシステムでの使用を目的としています。これには、シンプルな組み込み環境センサーや LED ウェアラブルデバイスから、高度な組み込みコントローラー、スマートウォッチ、IoT ワイヤレスアプリケーションまでが含まれます。

Zephyr では、サポートされている各デバイスに対して、ボードとその機能を記述する devicetree ファイルが用意されています。Xiao RP2040 Zephyr ボードページ では、現在利用可能なサポート機能について説明しており、これは ボードの dts ファイル によって定義されています。

参考: Zephyr Project

はじめに

Zephyr を使用する最初のステップは、ローカル開発用に SDK とツールチェーンをセットアップすることです。関連するセットアップ手順については、Zephyr のはじめにガイド を参照してください。

Zephyr ツールチェーンがセットアップされ、関連する SDK がダウンロードされたら、アプリケーション開発を開始できます。

Xiao RP2040 の場合、さらなるセットアップ情報については ボード記述ファイル を参照してください。

Xiao RP2040 をプログラムするには、以下の手順を実行します：

1. サンプルまたはアプリケーションをビルドする
2. Xiao RP2040 を接続する
3. B（ブート）ボタンを押しながら R（リセット）ボタンを押して、デバイスをマスストレージデバイスとしてマウントする
4. フラッシュコマンドを実行してデバイスをフラッシュする：west flash -r uf2

最も簡単な例として、ボード上で「Hello World」サンプルを実行します。Zephyr インストールディレクトリに移動した後、以下のコマンドを実行します。

west build -p always -b xiao_rp2040 samples/subsys/usb/console

前述のようにブートローダーモードに入り、次にデバイスをフラッシュします：

west flash -r uf2

デバイスはファイルを受信した後にリセットされ、USB 経由でシリアル接続が確立されます。

デバイスのポートを確認します。例えば、Ubuntu では ls /dev/tty* を入力して、USB が接続されたときに表示されるデバイスを確認します。

この例では、新しく追加されたデバイスとして /dev/ttyACM0 が表示されます。

screen を使用して接続し、シリアル応答をモニタリングします：

screen /dev/ttyACM0 115200

以下のような応答が表示されるはずです：

*** Booting Zephyr OS build v3.6.0-2212-gc38ea288eee9 ***
Hello World! arm
Hello World! arm
Hello World! arm

Xiao とその拡張ボードで Zephyr を使用するプロセスを支援するために、ここで使用されるいくつかのオーバーレイと設定を含むリポジトリが構築されています。このウィキ記事に含まれるコマンドは、Zephyr ルートに対して ../applications/xiao-zephyr-examples に配置されていると仮定しています。以下のコマンドを更新することで、別のパスを指定することも可能です。

git clone https://github.com/Cosmic-Bee/xiao-zephyr-examples

ハードウェア準備

Seeed Studio XIAO RP2040	Seeed Studio 拡張ボード
今すぐ購入 🖱️	今すぐ購入 🖱️

開発者向け知識

XIAO 拡張ボード

Seeed Studio XIAO RP2040でGroveモジュールを使用するために、Seeed Studio XIAO用拡張ベースを使用し、XIAO RP2040を接続します。

その後、ボード上のGroveコネクタを使用してGroveモジュールを接続することができます。

ピン定義

Grove Shield for Seeed Studio XIAOのGroveコネクタにGroveモジュールを接続する際には、以下の図に従って適切な内部ピン番号を使用する必要があります。

主な機能

• WS2812 LED
• LED PWM
• クロック
• TFLite

WS2812 LED

この例では、Xiao RP2040はオンボードLEDを使用し、赤、緑、青を連続的に点滅させます。

このセットアップをテストするには、Zephyrの既存のサンプルを使用します：

cd ~/zephyrproject/zephyr
west build -p always -b xiao_rp2040 samples/drivers/led_strip

ブートローダーモードに入り、デバイスをフラッシュします：

west flash -r uf2

オンボードのWS2812 LEDが赤、青、緑を連続的に点滅する様子が見られます。

この例がなぜ動作するのかを少し掘り下げてみましょう：

 / {
     aliases {
         led-strip = &ws2812;
     };
 }
 &gpio0 {
     status = "okay";
     neopixel-power-enable {
        gpio-hog;
        gpios = <11 GPIO_ACTIVE_HIGH>;
        output-high;
    };
 };
 &pio0 {
     status = "okay";

     pio-ws2812 {
         compatible = "worldsemi,ws2812-rpi_pico-pio";
         status = "okay";
         pinctrl-0 = <&ws2812_pio0_default>;
         pinctrl-names = "default";
         bit-waveform = <3>, <3>, <4>;

         ws2812: ws2812 {
             status = "okay";
             gpios = <&gpio0 12 GPIO_ACTIVE_HIGH>;
             chain-length = <1>;
             color-mapping = <LED_COLOR_ID_GREEN
                      LED_COLOR_ID_RED
                      LED_COLOR_ID_BLUE>;
             reset-delay = <280>;
             frequency = <800000>;
         };
     };
 };

これらのデバイスツリーの要素は、オンボードのWS2812とその利用方法を示しています。WS2812のVCCラインがRP2040のピン11に設定されているため、デバイスツリーはgpio-hog機能を利用してLEDを環境変数を介して有効にします。この場合、ピン12がWS2812のデータライン用に設定されているため、CONFIG_GPIO_HOGS環境変数を有効にすると、LEDストリップが例で使用可能になります。

この動作は、例がボードディレクトリ内にxiao_rp2040.confファイルを持っているため、その設定がボードの設定と統合されて有効になることによります。

CONFIG_GPIO=y
CONFIG_GPIO_HOGS=y

オンボードのWS2812を利用したい場合、この変数を有効にして電力供給を可能にすることをお勧めします。

LED PWM

この例では、Xiao RP2040のPWM機能を示します。オンボードの青色LEDを使用し、PWMを使って連続的にフェードさせます。

このセットアップをテストするには、Zephyrの既存のサンプルを使用します：

cd ~/zephyrproject/zephyr
west build -p always -b xiao_rp2040 samples/basic/fade_led

ブートローダーモードに入り、デバイスをフラッシュします：

west flash -r uf2

RGBオンボードLEDの青色光がゆっくりとフェードし、そのプロセスを繰り返す様子が見られます。

この例がなぜ動作するのかを少し掘り下げてみましょう：

&pwm {
    status = "okay";
    divider-int-4 = <255>;
};

このロジックは、例のboards/xiao_rp2040.overlay内でデバイスツリーから通常は無効化されているPWM機能を有効にします。Xiao RP2040のセットアップでは、青色のオンボードRGB LEDがデフォルトのPWMとして設定されています。

Zephyrボードファイルのxiao_rp2040-pinctrl.dtsiを見ると、以下の設定が存在します：

    pwm_ch4b_default: pwm_ch4b_default {
        group1 {
            pinmux = <PWM_4B_P25>;
        };
    };

この場合、PWMは設定されたデバイスツリーのPWM LEDを使用しており、ピン25（青色LED）に関連付けられています。PWMピンはRP2040ドキュメントから参照できます。

時計

ここでは、既存のサンプルとコンソールオーバーレイを使用します：

cd ~/zephyrproject/zephyr
west build -p always -b xiao_rp2040 samples/drivers/counter/alarm -- -DDTC_OVERLAY_FILE=$(dirname $(pwd))/applications/xiao-zephyr-examples/console.overlay -DEXTRA_CONF_FILE=$(dirname $(pwd))/applications/xiao-zephyr-examples/console.conf

ブートローダーモードに入り、デバイスにフラッシュします：

west flash -r uf2

モニターに接続します（ボードをすばやくリセットして再起動を確認してください）：

screen /dev/ttyACM0 115200

設定された遅延後にタイマーが次々と作動する様子が表示されます：

*** Booting Zephyr OS build v3.6.0-2212-gc38ea288eee9 ***
Counter alarm sample

Set alarm in 2 sec (2000000 ticks)
!!! Alarm !!!
Now: 2
Set alarm in 4 sec (4000000 ticks)
!!! Alarm !!!
Now: 6
Set alarm in 8 sec (8000000 ticks)
!!! Alarm !!!
Now: 14
Set alarm in 16 sec (16000000 ticks)
!!! Alarm !!!
Now: 30
Set alarm in 32 sec (32000000 ticks)

TFLite - Hello World

ZephyrでTFLiteを有効化し、更新します：

west config manifest.project-filter -- +tflite-micro
west update

この例では、TFLiteの「Hello World」サンプルを使用し、USBシリアル経由で応答を読み取るためにコンソールオーバーレイと設定ファイルを使用します。

cd ~/zephyrproject/zephyr
west build -p always -b xiao_rp2040 samples/modules/tflite-micro/hello_world -- -DDTC_OVERLAY_FILE=$(dirname $(pwd))/applications/xiao-zephyr-examples/console.overlay -DEXTRA_CONF_FILE=$(dirname $(pwd))/applications/xiao-zephyr-examples/console.conf

ブートローダーモードに入り、デバイスにフラッシュします：

west flash -r uf2

モニターに接続します：

screen /dev/ttyACM0 115200

コンソールから結果が返されます：

*** Booting Zephyr OS build v3.6.0-1155-g1a55caf8263e ***
x_value: 1.0*2^-127, y_value: 1.0*2^-127

x_value: 1.2566366*2^-2, y_value: 1.4910772*2^-2

x_value: 1.2566366*2^-1, y_value: 1.1183078*2^-1

x_value: 1.8849551*2^-1, y_value: 1.677462*2^-1

x_value: 1.2566366*2^0, y_value: 1.9316229*2^-1

x_value: 1.5707957*2^0, y_value: 1.0420598*2^0

x_value: 1.8849551*2^0, y_value: 1.9146791*2^-1

x_value: 1.0995567*2^1, y_value: 1.6435742*2^-1

x_value: 1.2566366*2^1, y_value: 1.0674761*2^-1

x_value: 1.4137159*2^1, y_value: 1.8977352*2^-3

追加コンポーネント

• Grove - 拡張ボード - I2Cディスプレイ
• Grove - 拡張ボード - ボタン
• Grove - 拡張ボード - ブザー
• Grove - 拡張ボード - SDカード
• Grove - 温湿度センサー (SHT31)
• 1.69インチLCDディスプレイモジュール、240×280解像度、SPIインターフェース

Grove - 拡張ボード - I2Cディスプレイ

このセットアップをテストするために、Zephyrの既存のサンプルを使用します：

cd ~/zephyrproject/zephyr
west build -p always -b xiao_rp2040 samples/drivers/display -- -DSHIELD=seeed_xiao_expansion_board

ブートローダーモードに入り、デバイスにフラッシュします：

west flash -r uf2

このディスプレイは2色のみをサポートしているため、複数の黒いボックスと隅に点滅するボックスが表示されます。

この例がなぜ動作するのかを少し掘り下げてみましょう：

/ {
    chosen {
      zephyr,display = &ssd1306;
    };
};

&xiao_i2c {
  status = "okay";

  ssd1306: ssd1306@3c {
    compatible = "solomon,ssd1306fb";
    reg = <0x3c>;
    width = <128>;
    height = <64>;
    segment-offset = <0>;
    page-offset = <0>;
    display-offset = <0>;
    multiplex-ratio = <63>;
    segment-remap;
    com-invdir;
    prechargep = <0x22>;
  };
};

この例のシールドオーバーレイファイルは、0x3CレジスタにSSD1306 OLEDスクリーンを設定します。chosenセクションでZephyrディスプレイとして選択されています。

Grove - 拡張ボード - ボタン

このセットアップをテストするために、Zephyrの既存のサンプルを使用します。このサンプルではUSBコンソールオーバーレイと設定ファイルを使用します。

cd ~/zephyrproject/zephyr
west build -p always -b xiao_rp2040 samples/basic/button -- -DDTC_OVERLAY_FILE="$(dirname $(pwd))/applications/xiao-zephyr-examples/console.overlay" -DEXTRA_CONF_FILE=$(dirname $(pwd))/applications/xiao-zephyr-examples/console.conf -DSHIELD=seeed_xiao_expansion_board

ブートローダーモードに入り、デバイスにフラッシュします：

west flash -r uf2

モニターに接続します：

screen /dev/ttyACM0 115200

このサンプルでは、ボタンを押すとオンボードLEDが点灯します。

コンソールから結果が返されます：

*** Booting Zephyr OS build v3.6.0-2212-gc38ea288eee9 ***
Set up button at gpio@40014000 pin 27
Set up LED at gpio@40014000 pin 25
Press the button
Button pressed at 1934761489
Button pressed at 2178879257
Button pressed at 3084766465
Button pressed at 3388674993

この例がなぜ動作するのかを少し掘り下げてみましょう：

/ {
    aliases {
      sw0 = &xiao_button0;
    };

    buttons {
      compatible = "gpio-keys";
      xiao_button0: button_0 {
        gpios = <&xiao_d 1 (GPIO_PULL_UP | GPIO_ACTIVE_LOW)>;
        label = "SW0";
        zephyr,code = <INPUT_KEY_0>;
      };
    };
};

アプリケーションオーバーレイファイルは、さまざまなボードコンポーネントを設定するために使用されます。このファイルを使用することで、Zephyrがボタンを設定し、関連するコードで利用できるようになります。

この場合、GPIO 27はXiao RP2040のPin A1/D1に対応しています。このオーバーレイではボタンとして動作するように設定されており、sw0というエイリアス名に関連付けられています。これにより、コードがこの名前を期待するサンプルで使用することができます。

Grove - 拡張ボード - ブザー

ブザーをアクティブにするために、PWM信号を使用して制御するblinky PWMのサンプルを使用します。このために、A3ピンのPWMを有効にするカスタムオーバーレイを使用します。

cd ~/zephyrproject/zephyr
west build -p always -b xiao_rp2040 samples/basic/blinky_pwm -- -DDTC_OVERLAY_FILE="$(dirname $(pwd))/applications/xiao-zephyr-examples/xiao-rp2040/xiao_expansion_buzzer.overlay"

ブートローダーモードに入り、デバイスをフラッシュします：

west flash -r uf2

uf2ファイルをフラッシュした後、サンプルが進行するにつれて音が変化する一連のブザー音が聞こえるはずです。

これが動作する理由を見てみましょう：

/delete-node/ &pwm_led0;

/ {
    aliases {
        pwm-led = &pwm_led0;
    };
};

&{/pwm_leds} {
    status = "okay";
    compatible = "pwm-leds";

    pwm_led0: pwm_led0 {
        status = "okay";
        pwms = <&pwm 13 PWM_HZ(880) PWM_POLARITY_NORMAL>;
    };
};

&pinctrl {
    pwm_ch6b_default: pwm_ch6b_default {
        group1 {
            pinmux = <PWM_6B_P29>;
        };
    };
};

&pwm {
    status = "okay";
    pinctrl-0 = <&pwm_ch6b_default>;
    divider-frac-6 = <15>;
    divider-int-6 = <255>;
};

使用されているオーバーレイは、既存のpwm_led0ノードを削除します。このボードはオンボードLEDのPWM設定をサポートしているためです。その後、A3ピンをPWMとして使用するように設定します。

ここではPWMのチャンネル6Bを使用しています。これは、Xiao RP2040のA3ピンに関連付けられているピンが29であるためです。詳細や他のピンのマッピングについては、RP2040 pinctrlドキュメントを参照してください。

Grove - 拡張ボード - SDカード

ここでは、Xiao拡張ボードシールドを使用して、SPI経由でSDカードリーダーとインターフェースするためにファイルシステムサンプルを使用します。拡張ボードシールドには、CSピンが&xiao_d 2ピンに設定されているため、シールドを追加する以外に特別な作業は必要ありません。SDカード機能を有効にするカスタム設定を使用して準備します。

cd ~/zephyrproject/zephyr
west build -p always -b xiao_rp2040 samples/subsys/fs/fs_sample -- -DDTC_OVERLAY_FILE="$(dirname $(pwd))/applications/xiao-zephyr-examples/console.overlay" -DEXTRA_CONF_FILE="$(dirname $(pwd))/applications/xiao-zephyr-examples/console.conf $(dirname $(pwd))/applications/xiao-zephyr-examples/xiao_expansion_sd.conf" -DSHIELD=seeed_xiao_expansion_board

ブートローダーモードに入り、デバイスをフラッシュします：

west flash -r uf2

モニターに接続します：

screen /dev/ttyACM0 115200

*** Booting Zephyr OS build v3.6.0-2566-gc9b45bf4672a ***
[00:00:00.201,000] <inf> sd: Maximum SD clock is under 25MHz, using clock of 24000000Hz
[00:00:00.202,000] <inf> main: Block count 15519744
Sector size 512
Memory Size(MB) 7578
Disk mounted.

Listing dir /SD: ...
[FILE] IMAGE1.JPG (size = 58422)
[FILE] IMAGE2.JPG (size = 97963)

この場合、SDカードには2つのファイルがありました。それらの名前とサイズがコンソールに出力されました。

ここで関連する要素を見てみましょう：

CONFIG_SPI=y
CONFIG_DISK_DRIVER_SDMMC=y
CONFIG_GPIO=y

関連する設定では、SPI、SDMMCディスクドライバ、およびGPIOを有効にしています。この設定がないと、オーバーレイはエラーを引き起こし、サンプルがSDカードを見つけることができません。

Xiao拡張ボードシールドの関連部分は以下の通りです：

&xiao_spi {
    status = "okay";
    cs-gpios = <&xiao_d 2 GPIO_ACTIVE_LOW>;

    sdhc0: sdhc@0 {
        compatible = "zephyr,sdhc-spi-slot";
        reg = <0>;
        status = "okay";
        mmc {
            compatible = "zephyr,sdmmc-disk";
            status = "okay";
        };
        spi-max-frequency = <24000000>;
    };
};

前述のように、&xiao_d 2ピンマッピングは、使用するボードが&xiao_dピン設定をサポートしている限り、D2ピンを選択できるようにします。

Grove - 温湿度センサー (SHT31)

まず、ピンをはんだ付けし、Xiao RP2040を拡張ボードに接続します。その後、Grove SHT31と拡張ボードのI2Cポートの1つの間にGroveコネクタケーブルを接続します。

このセットアップをテストするには、Zephyrの既存のサンプルを使用し、オーバーレイと設定でUSBコンソールサポートを有効にします。

cd ~/zephyrproject/zephyr
west build -p always -b xiao_rp2040 samples/sensor/sht3xd -- -DDTC_OVERLAY_FILE="$(dirname $(pwd))/applications/xiao-zephyr-examples/sht31.overlay $(dirname $(pwd))/applications/xiao-zephyr-examples/console.overlay" -DEXTRA_CONF_FILE=$(dirname $(pwd))/applications/xiao-zephyr-examples/console.conf

ブートローダーモードに入り、デバイスをフラッシュします：

west flash -r uf2

モニターに接続します：

screen /dev/ttyACM0 115200

コンソールに結果が表示されます：

*** Booting Zephyr OS build v3.6.0-2212-gc38ea288eee9 ***
SHT3XD: 26.20 Cel ; 52.49 %RH
SHT3XD: 26.19 Cel ; 52.69 %RH
SHT3XD: 26.20 Cel ; 52.75 %RH
SHT3XD: 26.24 Cel ; 52.88 %RH
SHT3XD: 26.24 Cel ; 52.67 %RH
SHT3XD: 26.23 Cel ; 52.49 %RH
SHT3XD: 26.23 Cel ; 52.48 %RH
SHT3XD: 26.24 Cel ; 52.30 %RH

この例が動作する理由を詳しく見てみましょう：

 &xiao_i2c {
    sht3xd@44 {
            compatible = "sensirion,sht3xd";
            reg = <0x44>;
        };
    };

アプリケーションオーバーレイファイルは、さまざまなボードコンポーネントを設定するために使用されます。このファイルを使用することで、SHT31のサンプルを利用でき、オーバーレイがサンプルロジックにセンサーをボード用に設定する方法を通知します。

1.69インチLCDディスプレイモジュール、240×280解像度、SPIインターフェース

この例では、SPIを使用して240x280解像度の1.69インチLCDに接続します。

まず、以下の画像を参考にして、ボードをLCDスクリーンに接続してください（この例ではXiao RP2040を使用していますが、ここでの接続には同じピン配置が使用されます）。

1.69インチLCD SPIディスプレイ	XIAO RP2040
VCC	3V3
GND	GND
DIN	D10
CLK	D8
CS	D1
DC	D3
RST	D0
BL	D6

次に、ハードウェアの準備が整ったら、フラッシュ用のuf2ファイルをビルドします：

cd ~/zephyrproject/zephyr
west build -p always -b xiao_rp2040 samples/drivers/display -- -DDTC_OVERLAY_FILE=$(dirname $(pwd))/applications/xiao-zephyr-examples/240x280_st7789v2.overlay -DEXTRA_CONF_FILE=$(dirname $(pwd))/applications/xiao-zephyr-examples/240x280_st7789v2.conf

ブートローダーモードに入り、デバイスをフラッシュします：

west flash -r uf2

新しいファームウェアがインストールされると、デバイスは以前拡張ボードで表示されていたデモ画面を、SPI経由のカラーLCDに更新して表示します。

✨ コントリビュータープロジェクト

• このプロジェクトはSeeed Studio コントリビュータープロジェクトによってサポートされています。
• Timの努力に感謝します。あなたの作業は展示されます。

技術サポートと製品ディスカッション

弊社製品をお選びいただきありがとうございます！製品の使用体験がスムーズになるよう、さまざまなサポートを提供しています。異なる好みやニーズに対応するため、いくつかのコミュニケーションチャネルを用意しています。