Seeed Studio XIAO ESP32C3 with NuttX(RTOS)
はじめに
NuttX は、標準準拠と小さなフットプリントで広く認知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から64ビットシステムまでの環境で使用できます。この柔軟性は、POSIXおよびANSI標準への準拠により実現されており、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類似のNuttX機能を実験することができます。
さらに、NuttXはUSB、Ethernet、Audio、Graphicsサブシステムなど、多くの高度で有用な機能を提供します。これらの特性により、NuttXは様々なタイプのハードウェアで動作可能な汎用性があり堅牢な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張されているボード数をサポートしています。公式ドキュメントでは、アーキテクチャとSystem-on-Chip（SoC）シリーズ別に整理されたサポート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の利用方法の手順を提供しています。また、NuttXドキュメントにはEspressif ESP32C3シリーズチップ専用のページもあり、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、異なる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については、以下の手順に従ってください：
-
Espressif esptool(https://docs.espressif.com/projects/esptool/en/latest/esp32/)をダウンロード：
~/nuttxspace/nuttx$ esptool.py version
esptool.py v4.8.1
4.8.1 -
ワークスペースを作成
mkdir nuttxspace -
リポジトリをクローン
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、ドライバー、サブシステムの実装を含む。
- 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、インタープリターのコレクションを含む。
アプリケーション
アプリケーションを開始するには、以下のコマンドを呼び出してNuttXに設定をロードする必要があります：
./tools/configurate.sh board_name:your_application
また、以下のコマンドを実行してボード対応リストを確認することも可能です：
./tools/configurate.sh -L
-
NuttXをビルドします（ビルドプロセスで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=1 -
RESETボタンとBOOTボタンを使用して「ブートローダー」モードに入ることができます。電源投入時にBOOTキーを押し続けてから、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を実際に探索する時間です。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や他の類似オプションと似ています。豊富な内蔵コマンドセット、スクリプト機能、および独自のアプリケーションを「builtin」（同じNuttXバイナリの一部）として実行する機能をサポートしています。NSH設定では、115200 bpsを使用してUSBでコンソールを有効にします。
前の設定をクリアしてビルドプロセスを開始できます
cd ~/nuttxspace/nuttx
make distclean
次に、xiao-esp32c3ボードにNSH設定を選択します：
./tools/configurate.sh xiao-esp32c3:usbnsh
Compile the source code.
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：
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、コマンドと組み込みアプリケーションの利用可能なオプションにアクセスできます。
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、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。NuttXとの最初のやり取りが完了しました。
GPIO
この設定はgpioサンプルアプリケーションを有効にします。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、外部世界との接続を可能にします。この方法でNSHを使用してこれらのピンにアクセスし、必要に応じて設定します。しかし、まず前の設定をクリアしましょう。
cd ~/nuttxspace/nuttx
make distclean
xiao-esp32c3ボードに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
Load the firmware into you board, run a serial communication program such as minicon or picocom:
picocom -b 115200 /dev/ttyACM0
NuttShell (NSH) NuttX-12.9.0
nsh>
このアプリケーションとの対話で受け入れられるオプションを確認するには、gpio -h と入力してください。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と入力してください。入力後、boards/risc-v/esp32c3/esp32c3-xiao/src/esp32c3_gpio.cで宣言定義されたいくつかのgpioが表示されます。これらは以下を表しています：
- GPIO
- 1 Input w/ IRQ -> GPIO3
- 1 Output -> GPIO2
nsh> ls /dev
/dev:
console
gpio0
gpio1
null
ttyACM0
ttyS0
zero
nsh>
Following these commands to read GPIO1(/dev/gpio1) (with interruption) and write at GPIO2(/dev/gpio0).
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gpioのデモ動画をご確認ください：
WIFI
この設定により、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 myssid のアクセスポイントへの接続が行われ、パスワードとして mypasswd が使用されます。IP アドレスは renew コマンドを使用して DHCP 経由で取得されます。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することから始めましょう：
cd ~/nuttxspace/nuttx
make distclean
xiao-esp32c3ボードに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
Load the firmware into you board, run a serial communication program such as minicon or picocom:
picocom -b 115200 /dev/ttyACM0
NuttShell (NSH) NuttX-12.9.0
nsh>
WAPI コマンドを WAPI NuttX ドキュメント に記載されている通りに使用できるようになりました。
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
以下のwifiのデモ動画をご確認ください：
BLE
この設定は、ESP32-C3チップのBluetooth Low Energy（BLE）を有効にするために使用されます。
まず、以前の設定をクリアすることから始めましょう：
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
Load the firmware into you board, run a serial communication program such as minicon or picocom:
picocom -b 115200 /dev/ttyACM0
NuttShell (NSH) NuttX-12.9.0
nsh>
BT コマンドを btsak NuttX ドキュメント に記載されている通りに使用できるようになりました。
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BLEのデモ動画をご確認ください：
NuttX RTOSの詳細については、NuttX Documentation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Contributor Projectによってサポートされています。
- Rodrigoの献身的な努力に特別な感謝を捧げます。あなたの作品は展示されます。
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