XIAO ESP32C3 と NuttX(RTOS)
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Seeed Studio XIAO ESP32C3 と NuttX(RTOS)
はじめに
NuttX は、標準準拠と小型フットプリントで広く認識されている成熟したリアルタイムオペレーティングシステム (RTOS) です。NuttX の主な特徴の一つはそのスケーラビリティであり、8ビットマイクロコントローラーから64ビットシステムまでの環境で使用することができます。この柔軟性は、POSIX および ANSI 標準に準拠することで実現されており、異なるアーキテクチャ、ファミリー、半導体ベンダーの幅広いチップで同様の NuttX 機能を試すことが可能です。
さらに、NuttX は USB、Ethernet、Audio、Graphics サブシステムなど、多くの高度で便利な機能を提供します。これらの特徴により、NuttX はさまざまな種類のハードウェアで動作可能な汎用性が高く堅牢な RTOS を求める開発者にとって魅力的な選択肢となっています。
NuttX は膨大で継続的に拡大する数のボードをサポートしています。公式ドキュメント では、アーキテクチャやシステムオンチップ (SoC) シリーズごとに整理されたサポートされているボードの包括的なリストを提供しています。
例えば、NuttX ドキュメントの Seeed Studio XIAO ESP32C3 ページでは、サポートされている各機能の詳細な説明と、それらを利用する方法についての指示が記載されています。また、Espressif ESP32C3 シリーズチップに関する特定のページもあり、サポートされている MCU と周辺機器のリストを確認できます。
インストール
NuttX ドキュメントでは、さまざまなプラットフォーム向けのガイドを提供しています。Seeed Studio XIAO ESP32C3 の場合、以下の手順に従ってください：
Espressif esptool をダウンロードします (https://docs.espressif.com/projects/esptool/en/latest/esp32/)：
~/nuttxspace/nuttx$ esptool.py version
esptool.py v4.8.1
4.8.1ワークスペースを作成します：
mkdir nuttxspaceリポジトリをクローンします：
cd nuttxspace
git clone https://github.com/apache/nuttx.git nuttx
git clone https://github.com/apache/nuttx-apps apps
Apache Nuttx は 2 つのプロジェクトに分かれています：
- Nuttx: カーネル、ドライバ、サブシステムが実装されています。
- Apps: ツール、シェル、ネットワークユーティリティ、ライブラリ、インタープリタのコレクションが含まれています。
アプリケーション
アプリケーションを開始するには、NuttX に設定をロードする必要があります。以下のコマンドを実行してください：
./tools/configurate.sh board_name:your_application
また、サポートされているボードのリストを確認するには、以下のコマンドを実行できます：
./tools/configurate.sh -L
NuttX をビルドします (ビルドプロセスにより、nuttx.bin を含むファームウェアバイナリが生成されます)：
cd nuttx
make distclean
./tools/configure.sh xiao-esp32c3:usbnsh
make V=1RESET ボタンと BOOT ボタンを使用して「ブートローダーモード」に入ります。BOOT キーを押しながら電源を入れ、その後 RESET キーを一度押します。
esptool.py を使用してファームウェアをロードします：
make flash ESPTOOL_PORT=/dev/ttyACM0 ESPTOOL_BINDIR=./
ハンズオン
NuttX を実際に操作してみましょう。このセッションでは、USBNSH、COMBO、WIFI、BLE の4つのアプリケーションが利用可能です。
USBNSH
NuttShell (NSH) は、NuttX で使用されるシェルシステムで、bash やその他の類似オプションに似ています。豊富なコマンドセット、スクリプト機能、そして「builtin」（NuttX バイナリの一部）として独自のアプリケーションを実行する機能をサポートしています。NSH の設定では、115200 bps の USB コンソールが有効になります。
まず、以前の設定をクリアしてビルドプロセスを開始します。
cd ~/nuttxspace/nuttx
make distclean
次に、xiao-esp32c3 ボード用の NSH 設定を選択します。
./tools/configurate.sh xiao-esp32c3:usbnsh
ソースコードをコンパイルします。
make -j
ファームウェアをボードにロードし、ボードを再起動して、CDC/ACM シリアルインターフェースを使用して USB 経由で NuttShell (NSH) コンソールに接続します。
picocom -b 115200 /dev/ttyACM0
NuttShell コンソールにアクセスします。
NuttShell (NSH) NuttX-12.9.0
nsh> uname -a
NuttX 12.9.0 6b4bc72626-dirty Apr 26 2025 17:40:37 risc-v esp32c3-xiao
nsh>
? を入力すると、利用可能なコマンドや組み込みアプリケーションのオプションを確認できます。
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
NuttX に挨拶してみましょう。hello と入力すると、以下のようにコマンドが実行されます。
nsh> hello
Hello, World!!
おめでとうございます！これで NuttX との最初のやり取りが完了しました。
GPIO
この設定では GPIO のサンプルアプリケーションが有効になります。汎用入出力 (GPIO) はマイクロコントローラーの最も基本的な部分であり、外部世界と接続することを可能にします。このセクションでは、NSH を使用してピンを自由にアクセスおよび設定します。まず、以前の設定をクリアします。
cd ~/nuttxspace/nuttx
make distclean
xiao-esp32c3 ボード用の GPIO 設定を選択します。
./tools/configurate.sh xiao-esp32c3:gpio
ソースコードをコンパイルします。
make -j
ファームウェアをボードにロードし、minicon や picocom などのシリアル通信プログラムを実行します。
picocom -b 115200 /dev/ttyACM0
NuttShell (NSH) NuttX-12.9.0
nsh>
このアプリケーションと対話するために受け入れられるオプションを確認するには、gpio -h を入力します。すると、パラメータのリストが返されます。
NuttShell (NSH) NuttX-12.9.0
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
GPIO デバイスファイルが作成されたことを確認するには、ls /dev を入力します。入力後、いくつかの GPIO が宣言されていることが確認できます。これらは boards/risc-v/esp32c3/esp32c3-xiao/src/esp32c3_gpio.c に定義されています。
- GPIOs
- 1 Input w/ IRQ -> GPIO3
- 1 Output -> GPIO2
nsh> ls /dev
/dev:
console
gpio0
gpio1
null
ttyACM0
ttyS0
zero
nsh>
以下のコマンドを使用して、GPIO1 (/dev/gpio1) を読み取り（割り込み付き）、GPIO2 (/dev/gpio0) に書き込みます。
NuttShell (NSH) NuttX-12.9.0
nsh> gpio -o 1 /dev/gpio0
Driver: /dev/gpio0
Output pin: Value=1
Writing: Value=1
Verify: Value=1
nsh>
nsh> gpio -o 0 /dev/gpio0
Driver: /dev/gpio0
Output pin: Value=1
Writing: Value=0
Verify: Value=0
nsh> gpio -w 1 /dev/gpio1
Driver: /dev/gpio1
Interrupt pin: Value=0
Verify: Value=1
以下のビデオで GPIO のデモをご覧ください。
WIFI
この設定では、以下のコマンドを使用して設定および初期化できる WLAN ネットワークインターフェースが有効になります。
nsh> ifup wlan0
nsh> wapi psk wlan0 mypasswd 3
nsh> wapi essid wlan0 myssid 1
nsh> renew wlan0
この場合、SSID が myssid のアクセスポイントに接続し、パスワードとして mypasswd を使用します。renew コマンドを使用して DHCP 経由で IP アドレスを取得します。その後、ifconfig を実行して結果を確認できます。
まず、以前の設定をクリアします。
cd ~/nuttxspace/nuttx
make distclean
xiao-esp32c3 ボード用の WiFi 設定を選択します。
./tools/configurate.sh xiao-esp32c3:wifi
ソースコードをコンパイルします。
make -j
ファームウェアをボードにロードし、minicon や picocom などのシリアル通信プログラムを実行します。
picocom -b 115200 /dev/ttyACM0
NuttShell (NSH) NuttX-12.9.0
nsh>
WAPI コマンドを使用できます。詳細は WAPI NuttX ドキュメント を参照してください。
NuttShell (NSH) NuttX-12.9.0
nsh> wapi psk wlan0 nuttxpwd 3
nsh> wapi essid wlan0 nuttxnw 1
nsh> renew wlan0
nsh> ifconfig
wlan0 Link encap:Ethernet HWaddr a0:85:e3:0e:4a:30 at RUNNING mtu 576
inet addr:192.168.59.144 DRaddr:192.168.59.134 Mask:255.255.255.0
nsh> ping 8.8.8.8
PING 8.8.8.8 56 bytes of data
56 bytes from 8.8.8.8: icmp_seq=0 time=50.0 ms
56 bytes from 8.8.8.8: icmp_seq=1 time=40.0 ms
56 bytes from 8.8.8.8: icmp_seq=2 time=30.0 ms
56 bytes from 8.8.8.8: icmp_seq=3 time=60.0 ms
56 bytes from 8.8.8.8: icmp_seq=4 time=100.0 ms
56 bytes from 8.8.8.8: icmp_seq=5 time=100.0 ms
56 bytes from 8.8.8.8: icmp_seq=6 time=140.0 ms
56 bytes from 8.8.8.8: icmp_seq=7 time=40.0 ms
56 bytes from 8.8.8.8: icmp_seq=8 time=50.0 ms
56 bytes from 8.8.8.8: icmp_seq=9 time=30.0 ms
10 packets transmitted, 10 received, 0% packet loss, time 10100 ms
rtt min/avg/max/mdev = 30.000/64.000/140.000/34.985 ms
nsh> nslookup google.com
Host: google.com Addr: 142.251.128.238
nsh> nslookup nuttx.apache.org
Host: nuttx.apache.org Addr: 151.101.2.132
以下は日本語への翻訳です：
以下の動画でWi-Fiのデモをご確認ください：
BLE
この設定はESP32-C3チップのBluetooth Low Energy（BLE）を有効にするためのものです。
まず、以前の設定をクリアします：
cd ~/nuttxspace/nuttx
make distclean
xiao-esp32c3ボードにBLE設定を選択します。
./tools/configurate.sh xiao-esp32c3:ble
ソースコードをコンパイルします。
make -j
ボードにファームウェアをロードし、minicomやpicocomなどのシリアル通信プログラムを実行します：
picocom -b 115200 /dev/ttyACM0
NuttShell (NSH) NuttX-12.9.0
nsh>
これで、btsak NuttXドキュメントに記載されているBTコマンドを使用できます。
NuttShell (NSH) NuttX-12.9.0
nsh> bt bnep0 scan start
nsh> bt bnep0 scan stop
nsh> bt bnep0 scan get
Scan result:
1. addr: a0:46:5a:22:ea:c4 type: 0
rssi: -92
response type: 0
advertiser data: 02 01 02 19 16 f1 fc 04 f9 6e e8 58 e6 33 58 26 c5 4b bd 91 1c e0 4f b2 d9 51 455
2. addr: a0:46:5a:22:ea:c4 type: 0
rssi: -91
response type: 0
advertiser data: 02 01 02 19 16 f1 fc 04 f9 6e e8 58 e6 33 58 26 c5 4b bd 91 1c e0 4f b2 d9 51 455
3. addr: a0:46:5a:22:ea:c4 type: 0
rssi: -100
response type: 0
advertiser data: 02 01 02 19 16 f1 fc 04 f9 6e e8 58 e6 33 58 26 c5 4b bd 91 1c e0 4f b2 d9 51 455
4. addr: a0:46:5a:22:ea:c4 type: 0
rssi: -100
response type: 4
advertiser data:
5. addr: a0:46:5a:22:ea:c4 type: 0
rssi: -97
response type: 0
advertiser data: 02 01 02 19 16 f1 fc 04 f9 6e e8 58 e6 33 58 26
以下の動画でBLEのデモをご確認ください：
NuttX RTOSに関する詳細情報は、NuttXドキュメントをご覧ください。
✨ 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の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。
- 特にRodrigoさんの献身的な努力に感謝します。あなたの作業は展示されます。
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