XIAO ESP32S3 と NuttX(RTOS)
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Seeed Studio XIAO ESP32S3 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 標準への準拠によって実現されており、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、オーディオ、グラフィックスサブシステムなど、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 ドキュメント内の Seeed Studio XIAO ESP32S3 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 ESP32S3 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 ESP32S3 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 上で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.uf2 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-esp32s3:nsh
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=./
実践
NuttX を実際に触ってみましょう。このセッションでは、USBNSH と COMBO の2つのアプリケーションが利用可能です。
NSH
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、自分のアプリケーションを「ビルトイン」として実行する機能（NuttX バイナリの一部として）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-esp32s3 ボード用の NSH 設定を選択します。
./tools/configurate.sh xiao-esp32s3: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-12.8.0
nsh> uname -a
NuttX 12.8.0 2c845426da-dirty Apr 6 2025 22:53:57 xtensa esp32s3-xiao
nsh>
? を入力すると、利用可能なコマンドやビルトイン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。
COMBO
この設定では、gpio と leds の3つの例示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 を使用してこれらのピンを自由にアクセスおよび設定します。ただし、まず以前の設定をクリアします。
cd ~/nuttxspace/nuttx
make distclean
xiao-esp32s3 ボード用の combo 設定を選択します。
./tools/configurate.sh xiao-esp32s3:combo
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-12.8.0
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表示されます。
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
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 が宣言されているのが確認できます。これらは boards/arm/ra/xiao-esp32s3/include/board.h に定義されています。
オンボード LED:
- 黄色 -> GPIO21
GPIOs:
- 1 入力 -> GPIO1
- 1 入力（IRQ付き） -> GPIO3
- 1 出力 -> GPIO2
nsh> ls /dev
/dev:
console
gpio0
gpio1
gpio2
null
ttyACM0
ttyS0
userleds
zero
nsh>
以下のコマンドを使用して、GPIO1 (/dev/gpio1) と GPIO3 (/dev/gpio2) を読み取り（割り込み付き）、GPIO2 (/dev/gpio0) に書き込みを行います。
NuttShell (NSH) NuttX-12.8.0
nsh> gpio -o 1 /dev/gpio0
Driver: /dev/gpio0
Output pin: Value=0
Writing: Value=1
Verify: Value=1
nsh> gpio -o 0 /dev/gpio0
Driver: /dev/gpio0
Output pin: Value=1
Writing: Value=0
Verify: Value=0
nsh> gpio /dev/gpio1
Driver: /dev/gpio1
Input pin: Value=0
nsh> gpio /dev/gpio1
Driver: /dev/gpio1
Input pin: Value=1
nsh> gpio /dev/gpio1
Driver: /dev/gpio1
Input pin: Value=0
nsh> gpio -w 1 /dev/gpio2
Driver: /dev/gpio2
Interrupt pin: Value=0
Verify: Value=1
nsh> gpio -w 1 /dev/gpio2
Driver: /dev/gpio2
Interrupt pin: Value=0
Verify: Value=1
USERLEDS は、単一操作で LED を制御できるサブシステムです。また、printf のようなコマンドラインを使用することもできます。このデモでは、オンボードの黄色い LED を1秒ごとに点灯・消灯させます。
leds と入力すると、LED が点滅する様子が観察できます。
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
以下のデモビデオで、gpio と leds の動作を確認してください。
NuttX RTOS に関する詳細情報は、NuttX Documentation をご覧ください。
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- 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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