XIAO RA4M1 と NuttX(RTOS)
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Seeed Studio XIAO RA4M1 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類似の 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 は多様なハードウェアで動作可能な汎用性と堅牢性を備えた RTOS を求める開発者にとって魅力的な選択肢となります。
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 System-on-Chip (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 RA4M1 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に関する指示が記載されています。また、Renesas RA4M1 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、ガイド を提供しています。Seeed Studio XIAO RA4M1 の場合、以下の手順に従ってください：
Renesas rfp-cli をダウンロードします (https://www.renesas.com/en/software-tool/renesas-flash-programmer-programming-gui):
~/nuttxspace/nuttx$ rfp-cli --help
Renesas Flash Programmer CLI V1.11
Module Version: V3.18.00.000
Usage: rfp-cli [options...] [<hex file>...]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、ドライバー、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、インタープリター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.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-ra4m1:nsh
make V=1RESET ボタンと BOOT ボタンを使用して「Renesas RA USB Boot」モードに入ることができます。BOOT を GND にショートした状態でボードを再起動し、リセットボタンを2回押します (ダブルクリック)。ボードは「Renesas RA USB Boot」として認識されます。
rfp-cli を使用してファームウェアをロードします：
rfp-cli -device ra -port /dev/ttyACM0 -p ./build/nuttx.hex
実践
NuttXを実際に触ってみましょう。このセッションでは、NSHとCOMBOの3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、そして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の設定では、115200 bpsでSCI2コンソールを有効にします。
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-ra4m1ボード用のNSH設定を選択します。
./tools/configurate.sh xiao-ra4m1:nsh
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、USB-to-SerialをTXおよびRXピンに接続した後、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/ttyUSB0
NuttShellコンソールにアクセスします。
NuttShell (NSH) NuttX-12.8.0
nsh>
?を入力すると、コマンドや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！これでNuttXとの最初のインタラクションが完了しました。
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を使用してこれらのピンにアクセスし、設定を行います。まず、以前の設定をクリアします。
cd ~/nuttxspace/nuttx
make distclean
xiao-ra4m1ボード用のcombo設定を選択します。
./tools/configurate.sh xiao-ra4m1: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/ttyUSB0
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返されます。
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が宣言されていることが確認できます。これらはboards/arm/ra/xiao-ra4m1/include/board.hで定義されています。
- オンボードLED:
- 黄色 -> P011
- GPIOs
- 1入力 -> P014
- 1出力 -> P000
nsh> ls /dev
/dev:
console
gpio0
gpio1
null
ttyS0
userleds
zero
nsh>
以下のコマンドを使用してgpio0を読み取り、gpio1に書き込みます。現時点では、RA4M1チップセットではGPIO入力の割り込みは利用できません。
NuttShell (NSH) NuttX-12.8.0
nsh> gpio /dev/gpio0
Driver: /dev/gpio0
Input pin: Value=0
nsh> gpio /dev/gpio0
Driver: /dev/gpio0
Input pin: Value=1
nsh> gpio -o 1 /dev/gpio1
Driver: /dev/gpio1
Output pin: Value=0
Writing: Value=1
Verify: Value=1
nsh> gpio -o 0 /dev/gpio1
Driver: /dev/gpio1
Output pin: Value=1
Writing: Value=0
Verify: Value=0
USERLEDSは、単一操作でLEDを制御す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LEDを1秒ごとにオンとオフにします。
ledsと入力すると、LEDが同時に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
以下のデモ動画で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。
✨ 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。
- 特に Rodrigo さんの献身的な努力に感謝します。あなたの成果は展示される予定です。
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