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Seeed Studio XIAO nRF54LM20A Sense での NRF Connect SDK

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はじめに​

nRF Connect SDK (NCS) は、Zephyr RTOS リアルタイムオペレーティングシステム上に構築された、Nordic Semiconductor 公式のソフトウェア開発キットです。nRF シリーズチップ向けに、完全かつネイティブで高度に最適化された開発フレームワークを提供します。PlatformIO と比較して、NCS は Bluetooth Low Energy (BLE)、Thread、Matter などの無線プロトコルスタックのネイティブサポートに加え、よりきめ細かな電源管理やペリフェラル制御など、nRF54 シリーズのハードウェア機能全体へより広範なアクセスを開発者に提供します。Nordic が公式にこの SDK を継続的に保守・更新しており、チップファームウェアとの最適な互換性と、最新機能へのいち早いアクセスが保証されています。

このチュートリアルでは、nRF Connect SDK 開発環境のセットアップとツールチェーンのインストールから、最初のプロジェクトの作成と設定、そして最初のサンプルプログラムを XIAO nRF54LM20A Sense に書き込んで実行を確認するまで、一連のプロセスをステップバイステップで案内します。

NCS を使い始める​

ハードウェアの準備​

Seeed Studio XIAO nRF54LM20A Sense

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VS Code をダウンロード​

使用しているシステムに応じて VS Code をダウンロードします

nRF Connect for VS Code Extension Pack 拡張機能をインストール​

  1. VS Code を開き、nRF Connect for VS Code Extension Pack を検索してインストールします。この拡張機能は、nRF Connect、Kconfig、DeviceTree など、完全なツールチェーンに必要なすべてのサブ拡張機能を自動的にインストールします。

  1. nRF Connect for VS Code Extension Pack は、以下の拡張機能を自動的にインストールします。

nRF Connect SDK とツールチェーンをインストール​

  1. nRF Connect 拡張機能を開き、Install SDK を選択してから nRF Connect SDK を選びます。

  1. Pre-packaged SDKs & Toolchains リストから v3.3.0 を選択します。

ヒント

nRF Connect SDK v3.3.0 では、プリパッケージ版のインストールに SDK コードと対応するツールチェーンの両方が含まれています。ツールチェーンを別途インストールする必要はありません。

nRF Connect SDK はかなり大きいため、初回インストールには時間がかかります。インストール中はネットワーク接続を安定させ、失敗を避けてください。

環境の検証​

インストールが完了すると、nRF Connect SDK の統合環境が自動的にセットアップされます。以降の開発をスムーズに進めるため、この段階で環境を検証することをお勧めします。

  1. nRF Connect SDK に組み込まれているターミナルである nRF Terminal を起動します。

  1. 必要なツールのバージョン情報を確認するためのコマンドを入力します。検証のため、以下のコマンドを 1 つずつコピーして実行できます。
# Check west (project manager & build entry) version
west --version

# Check CMake (build system generator) version
cmake --version

# Check Ninja (build executor) version
ninja --version

# Check Python (scripting runtime for west & Zephyr tools) version
python --version

# Check ARM cross-compiler (Zephyr toolchain for Cortex-M) version
arm-zephyr-eabi-gcc --version

# Check OpenOCD (on-chip debugger & flasher via CMSIS-DAP) version
openocd --version
  • 出力例を以下に示します。もしコンポーネントが不足している場合は、ツールチェーンを再インストールし、インストール中のネットワークが安定していることを確認してください。

カスタムボードパスを追加​

XIAO nRF54LM20A シリーズのボード定義は、まだ公式の NCS リポジトリにマージされていないため、ボードパスを手動で追加する必要があります。

  1. 任意のディレクトリに platform-seeedboards リポジトリをクローンします。
git clone https://github.com/Seeed-Studio/platform-seeedboards.git

  1. VS Code の左下にある Settings を開きます。

  1. nRF Connect を検索し、Board Roots を編集して、パス ~\your_path\platform-seeedboards\zephyr を追加します。XIAO nRF54LM20A シリーズのボード定義はここに保存されています。

新しいアプリケーションを作成​

このセクションでは、空のサンプルプロジェクトを編集します。

  1. 拡張機能内で Create a blank application を選択し、テンプレートを複製します。

  1. プロジェクト名を blinky とし、保存パスを選択します。

  1. 作成が完了したら、コピーされたプロジェクトを開きます。

  1. 既存の設定を削除します。このステップにより、次の段階で XIAO nRF54LM20A に関連する設定を行う際の干渉を取り除きます。（プロジェクトにビルドがない場合は、このステップをスキップして構いません）

Blinky プログラムを書く​

XIAO nRF54LM20A シリーズはカスタマイズされた devicetree とハードウェアピンマッピングを備えているため、いくつかのファイルを変更する必要があります。編集するファイルは以下のとおりです。

  • main.c: アプリケーションロジックを含むメインプログラム。
  • app.overlay: ハードウェアペリフェラル設定用の devicetree オーバーレイファイル。
  • prj.conf: 必要な Zephyr モジュールを有効にするためのプロジェクト設定ファイル。

  1. main.c のコードを編集します
main.c

/*
 * Copyright (c) 2016 Intel Corporation
 *
 * SPDX-License-Identifier: Apache-2.0
 */

#include <zephyr/kernel.h>
#include <zephyr/device.h>
#include <zephyr/drivers/pwm.h>
#include <nrfx_power.h>

#define PWM_PERIOD_NS 1000000U
#define STEP_TIME_MS 500

#define LED_R_NODE DT_ALIAS(pwm_led1)
#define LED_G_NODE DT_ALIAS(pwm_led2)
#define LED_B_NODE DT_ALIAS(pwm_led0)

#if !DT_NODE_EXISTS(LED_R_NODE) || !DT_NODE_EXISTS(LED_G_NODE) || !DT_NODE_EXISTS(LED_B_NODE)
#error "This RGB blink demo expects pwm-led0/pwm-led1/pwm-led2 devicetree aliases"
#endif

static const struct pwm_dt_spec led_r = PWM_DT_SPEC_GET(LED_R_NODE);
static const struct pwm_dt_spec led_g = PWM_DT_SPEC_GET(LED_G_NODE);
static const struct pwm_dt_spec led_b = PWM_DT_SPEC_GET(LED_B_NODE);

struct rgb_step {
	uint8_t r;
	uint8_t g;
	uint8_t b;
	uint32_t delay_ms;
};

static int pwm_set_u8(const struct pwm_dt_spec *led, uint8_t level)
{
	uint32_t duty_ns = (PWM_PERIOD_NS * (uint32_t)level) / 255U;

	return pwm_set_dt(led, PWM_PERIOD_NS, duty_ns);
}

static int rgb_set(uint8_t r, uint8_t g, uint8_t b)
{
	int ret;

	ret = pwm_set_u8(&led_r, r);
	if (ret < 0) {
		return ret;
	}

	ret = pwm_set_u8(&led_g, g);
	if (ret < 0) {
		return ret;
	}

	ret = pwm_set_u8(&led_b, b);
	if (ret < 0) {
		return ret;
	}

	return 0;
}

int main(void)
{
	int ret;

#if defined(CONFIG_NRFX_POWER)
	nrfx_power_constlat_mode_request();
#endif

	if (!device_is_ready(led_r.dev) || !device_is_ready(led_g.dev) || !device_is_ready(led_b.dev)) {
		return -1;
	}

	static const struct rgb_step demo[] = {
		{ 255, 0, 0, STEP_TIME_MS },
		{ 0, 255, 0, STEP_TIME_MS },
		{ 0, 0, 255, STEP_TIME_MS },
		{ 255, 255, 0, STEP_TIME_MS },
		{ 0, 255, 255, STEP_TIME_MS },
		{ 255, 0, 255, STEP_TIME_MS },
		{ 255, 255, 255, STEP_TIME_MS },
		{ 0, 0, 0, STEP_TIME_MS },
	};

	while (1) {
		for (size_t i = 0; i < ARRAY_SIZE(demo); i++) {
			ret = rgb_set(demo[i].r, demo[i].g, demo[i].b);
			if (ret < 0) {
				return ret;
			}
			k_msleep(demo[i].delay_ms);
		}
	}

	return 0;
}
  1. xiao_nrf54lm20a_nrf54lm20a_cpuapp.overlay を追加します
  • blinky プロジェクトのルートディレクトリに board フォルダを作成します。src などのフォルダと同じ階層に配置します。

  • board フォルダ内にデバイスツリー・ファイル xiao_nrf54lm20a_nrf54lm20a_cpuapp.overlay を作成します。
xiao_nrf54lm20a_nrf54lm20a_cpuapp.overlay
/*
 * Device tree overlay for XIAO nRF54LM20A RGB LED PWM demo.
 *
 * PWM20 peripheral is used for RGB LED control:
 *   - Channel 0: P1.22 (Blue LED)  -> pwm_led0
 *   - Channel 1: P1.23 (Red LED)   -> pwm_led1
 *   - Channel 2: P1.24 (Green LED) -> pwm_led2
 */

&pwm20 {
	status = "okay";
};

/ {
	pwmleds {
		compatible = "pwm-leds";

		pwm_led0: pwm_led_0 {
			pwms = <&pwm20 0 PWM_MSEC(20) PWM_POLARITY_NORMAL>;
			label = "Blue LED";
		};

		pwm_led1: pwm_led_1 {
			pwms = <&pwm20 1 PWM_MSEC(20) PWM_POLARITY_NORMAL>;
			label = "Red LED";
		};

		pwm_led2: pwm_led_2 {
			pwms = <&pwm20 2 PWM_MSEC(20) PWM_POLARITY_NORMAL>;
			label = "Green LED";
		};
	};
};

/ {
	aliases {
		pwm-led0 = &pwm_led0;
		pwm-led1 = &pwm_led1;
		pwm-led2 = &pwm_led2;
	};
};
  1. prj.conf ファイルを修正して、対応する設定を有効にします。
CONFIG_GPIO=y
CONFIG_PWM=y
CONFIG_SERIAL=n
  1. 拡張機能の APPLICATIONS セクションに移動し、Add build configuration を選択します。SDK とツールチェーンのバージョンを確認します。Board Target を xiao_nrf54lm20a/nrf54lm20a/cpuapp に設定し、ベース設定ファイルを prj.conf に設定します。ページを下にスクロールし、Generate and Build をクリックして対応する設定ファイルを生成します。

ヒント

ここで xiao_nrf54lm20a/nrf54lm20a/cpuapp が見つからない場合は、Add Custom Board Path セクションでパスが正しく追加されているか確認してください。

  1. ビルドが成功すると、ターミナルに次の情報が表示されます。

プログラムの書き込み​

このセクションでは、nRF Connect SDK の west ツールを使用してプログラムを書き込みます。

  1. XIAO nRF54LM20A Sense を USB-C ケーブルで接続します。nRF Terminal を開き、west コマンドを入力してプログラムを書き込みます。
west flash

ヒント

書き込むファームウェアが Add build configuration で最初に作成した設定ファイルから生成されたものであり、build や build_1 など複数の設定フォルダが存在する場合は、設定パスを指定する必要があります。

# examples: west flash configgration build_1
west flash --build-dir build_1

結果を確認する​

FAQ​

SDK のダウンロードに時間がかかりすぎる場合は、比較的高速なダウンロード方法も提供しています。

  • ステップ 1: aria2 をインストールする
brew install aria2
  • ステップ 2: ダウンロードディレクトリを作成する
mkdir -p /opt/nordic/ncs/downloads
  • ステップ 3: Toolchain Bundle をダウンロードする
aria2c -c -x 16 -s 16 -k 1M --file-allocation=none \
  -d /opt/nordic/ncs/downloads \
  -o ncs-toolchain-aarch64-macos-0c0f19d91c.tar.gz \
  "https://files.nordicsemi.cn/artifactory/NCS/external/bundles/v3/ncs-toolchain-aarch64-macos-0c0f19d91c.tar.gz"
  • ステップ 4: nRF Connect SDK Bundle をダウンロードする
aria2c -c -x 16 -s 16 -k 1M --file-allocation=none \
  -d /opt/nordic/ncs/downloads \
  -o sdk-nrf-bundle-v3.3.0.tar.gz \
  "https://files.nordicsemi.cn/artifactory/ncs-src-mirror/external/sdk-nrf/v3.3.0/src.tar.gz"
  • ステップ 5: nRF Connect SDK v3.3.0 をインストールする
nrfutil sdk-manager install v3.3.0 \
  --sdk-path /opt/nordic/ncs/v3.3.0 \
  --type nrf

技術サポート & 製品ディスカッション​

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