XIAO RP2040 com Zephyr (RTOS)
Este wiki aborda o suporte do Zephyr para o Seeed Studio XIAO RP2040. Com a ajuda deste guia você poderá utilizar o conjunto de recursos disponível para a placa.
O que é o Zephyr
O sistema operacional Zephyr é baseado em um kernel de baixo consumo de memória projetado para uso em sistemas embarcados e com recursos limitados: desde sensores ambientais simples embarcados e wearables com LEDs até controladores embarcados sofisticados, smartwatches e aplicações IoT sem fio.
Para cada dispositivo suportado o Zephyr possui um arquivo devicetree que descreve a placa e seus recursos. A página da placa Xiao RP2040 Zephyr descreve os recursos suportados atualmente disponíveis, que são definidos pelo arquivo dts da placa.
Referência: Zephyr Project
Primeiros Passos
O primeiro passo para trabalhar com o Zephyr é configurar o SDK e o toolchain para desenvolvimento local. O guia de primeiros passos do Zephyr deve ser consultado para o procedimento de configuração correspondente necessário para o seu ambiente.
Depois que o toolchain do Zephyr estiver configurado e um SDK associado tiver sido baixado, você poderá iniciar o desenvolvimento de aplicações.
Para o Xiao RP2040 o arquivo de descrição da placa pode ser consultado para obter mais informações de configuração.
Para programar o Xiao RP2040, podem ser seguidos os seguintes passos:
- Compile um exemplo ou a sua aplicação
- Conecte o Xiao RP2040
- Mantenha pressionado o botão designado
B(boot) e pressioneR(reset), o que montará o dispositivo como um dispositivo de armazenamento em massa - Execute o comando de gravação para gravar o dispositivo
west flash -r uf2
O exemplo mais simples é executar o exemplo "Hello World" na placa. Depois de mudar para o diretório da instalação do Zephyr, execute os seguintes comandos.
west build -p always -b xiao_rp2040 samples/subsys/usb/console
Entre no modo bootloader conforme descrito anteriormente e então grave o dispositivo:
west flash -r uf2
O dispositivo será reiniciado depois de receber o arquivo e sua máquina agora deverá estar conectada via USB para comunicação serial.
Encontre a porta do seu dispositivo, por exemplo, no Ubuntu digitando ls /dev/tty*, e confirme qual dispositivo aparece quando o seu USB é conectado.
No meu exemplo eu vejo /dev/ttyACM0 como o dispositivo recém-adicionado.
Usando o screen você pode então se conectar e monitorar a resposta serial:
screen /dev/ttyACM0 115200
Você deverá ver uma resposta semelhante à seguinte:
*** Booting Zephyr OS build v3.6.0-2212-gc38ea288eee9 ***
Hello World! arm
Hello World! arm
Hello World! arm
Para auxiliar no processo de uso do Zephyr com o Xiao e sua placa de expansão, foi construído um repositório com vários overlays e configurações usados aqui. Os comandos incluídos neste artigo do wiki assumem que ele está localizado em ../applications/xiao-zephyr-examples em relação à raiz do zephyr. Um caminho alternativo pode ser fornecido aos comandos abaixo atualizando-o.
git clone https://github.com/Cosmic-Bee/xiao-zephyr-examples
Preparação de Hardware
| Seeed Studio XIAO RP2040 | Placa de Expansão Seeed Studio |
|---|---|
 |  |
Conhecimento do Desenvolvedor
Placa de Expansão XIAO
Para usar módulos Grove com o Seeed Studio XIAO RP2040, usaremos uma Seeed Studio Expansion Base for XIAO e conectaremos o XIAO RP2040 nela.
Depois disso, os conectores Grove na placa podem ser usados para conectar módulos Grove
Definições de Pinos
Você precisa seguir o gráfico abaixo para usar os números de pinos internos apropriados ao conectar os módulos Grove aos conectores Grove no Grove Shield para Seeed Studio XIAO.
Funcionalidade Primária
- LED WS2812
- PWM do LED
- Relógio
- TFLite
LED WS2812
Neste exemplo o Xiao RP2040 utiliza seu LED onboard e alterna continuamente entre vermelho, verde e azul.
Para testar esta configuração podemos usar um exemplo existente com o Zephyr:
cd ~/zephyrproject/zephyr
west build -p always -b xiao_rp2040 samples/drivers/led_strip
Entre no modo bootloader e grave o seu dispositivo:
west flash -r uf2
Você verá o LED WS2812 onboard alternando continuamente entre vermelho, azul e verde em um padrão de piscar.
Vamos nos aprofundar um pouco neste exemplo para ver por que ele funciona:
/ {
aliases {
led-strip = &ws2812;
};
}
&gpio0 {
status = "okay";
neopixel-power-enable {
gpio-hog;
gpios = <11 GPIO_ACTIVE_HIGH>;
output-high;
};
};
&pio0 {
status = "okay";
pio-ws2812 {
compatible = "worldsemi,ws2812-rpi_pico-pio";
status = "okay";
pinctrl-0 = <&ws2812_pio0_default>;
pinctrl-names = "default";
bit-waveform = <3>, <3>, <4>;
ws2812: ws2812 {
status = "okay";
gpios = <&gpio0 12 GPIO_ACTIVE_HIGH>;
chain-length = <1>;
color-mapping = <LED_COLOR_ID_GREEN
LED_COLOR_ID_RED
LED_COLOR_ID_BLUE>;
reset-delay = <280>;
frequency = <800000>;
};
};
};
Esses elementos da devicetree mostram o WS2812 onboard e sua utilização. Dado que o WS2812 tem sua linha VCC conectada ao pino 11 do RP2040, a devicetree utiliza a funcionalidade gpio-hog para permitir que o LED seja habilitado por meio de variáveis de ambiente. Neste caso, o pino 12 é o configurado para a linha de dados do WS2812, então, com a variável de ambiente CONFIG_GPIO_HOGS habilitada, a tira de LEDs pode ser utilizada para o exemplo.
Isso funciona em parte porque o exemplo possui um arquivo xiao_rp2040.conf como parte de seu diretório de boards, de modo que ele mescla essa configuração com a configuração da placa e a habilita.
CONFIG_GPIO=y
CONFIG_GPIO_HOGS=y
Se você desejar utilizar o WS2812 onboard é recomendável habilitar esta variável para permitir que ele receba alimentação.
PWM do LED
Neste exemplo vamos demonstrar as capacidades de PWM do Xiao RP2040. Para isso, usaremos o LED azul onboard e usaremos PWM para fazê-lo desvanecer continuamente.
Para testar esta configuração podemos usar um exemplo existente com o Zephyr:
cd ~/zephyrproject/zephyr
west build -p always -b xiao_rp2040 samples/basic/fade_led
Entre no modo bootloader e grave o seu dispositivo:
west flash -r uf2
Você verá a luz azul do LED RGB onboard desvanecer lentamente e repetir o processo novamente.
Vamos nos aprofundar um pouco neste exemplo para ver por que ele funciona:
&pwm {
status = "okay";
divider-int-4 = <255>;
};
Esse trecho de lógica no boards/xiao_rp2040.overlay para o exemplo habilita a funcionalidade PWM da devicetree que normalmente está desabilitada. A configuração do Xiao RP2040 tem o LED azul RGB onboard configurado como o PWM padrão.
Como pode ser visto em xiao_rp2040-pinctrl.dtsi nos arquivos de placa do zephyr, existe o seguinte:
pwm_ch4b_default: pwm_ch4b_default {
group1 {
pinmux = <PWM_4B_P25>;
};
};
Neste caso o PWM está usando o LED PWM configurado na devicetree, que está associado de volta ao pino 25 (o LED azul). Os pinos PWM podem ser consultados na documentação do RP2040.
Clock
Para isso vamos usar um exemplo existente e nosso overlay de console:
cd ~/zephyrproject/zephyr
west build -p always -b xiao_rp2040 samples/drivers/counter/alarm -- -DDTC_OVERLAY_FILE=$(dirname $(pwd))/applications/xiao-zephyr-examples/console.overlay -DEXTRA_CONF_FILE=$(dirname $(pwd))/applications/xiao-zephyr-examples/console.conf
Entre no modo bootloader e faça o flash do seu dispositivo:
west flash -r uf2
Conecte ao monitor (após resetar rapidamente sua placa para garantir que ela reinicie):
screen /dev/ttyACM0 115200
Você verá uma série de temporizadores disparando após um atraso definido, um após o outro:
*** Booting Zephyr OS build v3.6.0-2212-gc38ea288eee9 ***
Counter alarm sample
Set alarm in 2 sec (2000000 ticks)
!!! Alarm !!!
Now: 2
Set alarm in 4 sec (4000000 ticks)
!!! Alarm !!!
Now: 6
Set alarm in 8 sec (8000000 ticks)
!!! Alarm !!!
Now: 14
Set alarm in 16 sec (16000000 ticks)
!!! Alarm !!!
Now: 30
Set alarm in 32 sec (32000000 ticks)
TFLite - Hello World
Ative o TFLite com Zephyr e atualize:
west config manifest.project-filter -- +tflite-micro
west update
Para este exemplo vamos usar o exemplo tflite "Hello World" juntamente com nosso overlay de console e conf para ler a resposta via USB serial.
cd ~/zephyrproject/zephyr
west build -p always -b xiao_rp2040 samples/modules/tflite-micro/hello_world -- -DDTC_OVERLAY_FILE=$(dirname $(pwd))/applications/xiao-zephyr-examples/console.overlay -DEXTRA_CONF_FILE=$(dirname $(pwd))/applications/xiao-zephyr-examples/console.conf
Entre no modo bootloader e faça o flash do seu dispositivo:
west flash -r uf2
Conecte ao monitor:
screen /dev/ttyACM0 115200
Você verá resultados retornados pelo console:
*** Booting Zephyr OS build v3.6.0-1155-g1a55caf8263e ***
x_value: 1.0*2^-127, y_value: 1.0*2^-127
x_value: 1.2566366*2^-2, y_value: 1.4910772*2^-2
x_value: 1.2566366*2^-1, y_value: 1.1183078*2^-1
x_value: 1.8849551*2^-1, y_value: 1.677462*2^-1
x_value: 1.2566366*2^0, y_value: 1.9316229*2^-1
x_value: 1.5707957*2^0, y_value: 1.0420598*2^0
x_value: 1.8849551*2^0, y_value: 1.9146791*2^-1
x_value: 1.0995567*2^1, y_value: 1.6435742*2^-1
x_value: 1.2566366*2^1, y_value: 1.0674761*2^-1
x_value: 1.4137159*2^1, y_value: 1.8977352*2^-3
Componentes Adicionais
- Grove - Expansion Board - Display I2C
- Grove - Expansion Board - Botão
- Grove - Expansion Board - Buzzer
- Grove - Expansion Board - Cartão SD
- Grove - Temperature and Humidity Sensor (SHT31)
- 1.69inch LCD Display Module, 240×280 Resolution, SPI Interface
Grove - Expansion Board - Display I2C
Para testar esta configuração podemos usar um exemplo existente com o Zephyr:
cd ~/zephyrproject/zephyr
west build -p always -b xiao_rp2040 samples/drivers/display -- -DSHIELD=seeed_xiao_expansion_board
Entre no modo bootloader e faça o flash do seu dispositivo:
west flash -r uf2
Você verá um display mostrando vários quadrados pretos e um quadrado piscando no canto, dado que este display só suporta duas cores.
Vamos analisar um pouco este exemplo para ver por que ele funciona:
/ {
chosen {
zephyr,display = &ssd1306;
};
};
&xiao_i2c {
status = "okay";
ssd1306: ssd1306@3c {
compatible = "solomon,ssd1306fb";
reg = <0x3c>;
width = <128>;
height = <64>;
segment-offset = <0>;
page-offset = <0>;
display-offset = <0>;
multiplex-ratio = <63>;
segment-remap;
com-invdir;
prechargep = <0x22>;
};
};
O arquivo de overlay do shield neste exemplo configura uma tela OLED SSD1306 no registrador 0x3C. Ela é selecionada como o display do zephyr na seção chosen.
Grove - Expansion Board - Botão
Para testar esta configuração podemos usar um exemplo existente com o Zephyr, que vamos usar juntamente com o overlay e conf do console USB.
cd ~/zephyrproject/zephyr
west build -p always -b xiao_rp2040 samples/basic/button -- -DDTC_OVERLAY_FILE="$(dirname $(pwd))/applications/xiao-zephyr-examples/console.overlay" -DEXTRA_CONF_FILE=$(dirname $(pwd))/applications/xiao-zephyr-examples/console.conf -DSHIELD=seeed_xiao_expansion_board
Entre no modo bootloader e faça o flash do seu dispositivo:
west flash -r uf2
Conecte ao monitor:
screen /dev/ttyACM0 115200
Pressionar o botão com o exemplo fará o LED onboard acender.
Você verá resultados retornados pelo console:
*** Booting Zephyr OS build v3.6.0-2212-gc38ea288eee9 ***
Set up button at gpio@40014000 pin 27
Set up LED at gpio@40014000 pin 25
Press the button
Button pressed at 1934761489
Button pressed at 2178879257
Button pressed at 3084766465
Button pressed at 3388674993
Vamos analisar um pouco este exemplo para ver por que ele funciona:
/ {
aliases {
sw0 = &xiao_button0;
};
buttons {
compatible = "gpio-keys";
xiao_button0: button_0 {
gpios = <&xiao_d 1 (GPIO_PULL_UP | GPIO_ACTIVE_LOW)>;
label = "SW0";
zephyr,code = <INPUT_KEY_0>;
};
};
};
O arquivo de overlay do app é usado para configurar vários componentes da placa. Usando este arquivo, o exemplo de botão pode ser utilizado, já que o overlay permite que o Zephyr configure o botão e o torne disponível para o código associado.
Neste caso o GPIO 27 corresponde ao pino A1/D1 no Xiao RP2040. Ele é configurado neste overlay para atuar como um botão e é associado ao nome sw0 para permitir que seja usado pelo exemplo que possui código esperando isso.
Grove - Expansion Board - Buzzer
Vamos ativar nosso buzzer usando o exemplo PWM de piscar para controlar sua ativação por meio de um sinal PWM. Para isso vamos usar um overlay personalizado que habilita o PWM para o pino A3.
cd ~/zephyrproject/zephyr
west build -p always -b xiao_rp2040 samples/basic/blinky_pwm -- -DDTC_OVERLAY_FILE="$(dirname $(pwd))/applications/xiao-zephyr-examples/xiao-rp2040/xiao_expansion_buzzer.overlay"
Entre no modo bootloader e faça o flash do seu dispositivo:
west flash -r uf2
Após fazer o flash do arquivo uf2 você deverá começar a ouvir uma série de zumbidos que mudam de som enquanto o exemplo é executado.
Vamos ver por que isso funciona:
/delete-node/ &pwm_led0;
/ {
aliases {
pwm-led = &pwm_led0;
};
};
&{/pwm_leds} {
status = "okay";
compatible = "pwm-leds";
pwm_led0: pwm_led0 {
status = "okay";
pwms = <&pwm 13 PWM_HZ(880) PWM_POLARITY_NORMAL>;
};
};
&pinctrl {
pwm_ch6b_default: pwm_ch6b_default {
group1 {
pinmux = <PWM_6B_P29>;
};
};
};
&pwm {
status = "okay";
pinctrl-0 = <&pwm_ch6b_default>;
divider-frac-6 = <15>;
divider-int-6 = <255>;
};
O overlay em uso primeiro remove o nó pwm_led0 existente, pois esta placa é suportada por meio de um LED onboard configurado para PWM. Em seguida, ele configura o pino A3 para uso como PWM.
Estamos usando o canal 6B aqui para o PWM, pois o pino associado ao A3 no Xiao RP2040 é o pino 29. Veja a documentação de pinctrl do RP2040 para mais informações / o mapeamento de pinos de outros pinos.
Grove - Expansion Board - Cartão SD
Vamos usar aqui o exemplo de filesystem juntamente com o shield Xiao Expansion Board para tentar interagir com o leitor de cartão SD via SPI. O shield da expansion board tem o pino CS configurado para o pino associado &xiao_d 2, então nenhum trabalho é necessário da sua parte para associar essa capacidade à placa além de adicionar o shield. Para prepará-lo ainda mais, estamos usando uma configuração personalizada que habilita a funcionalidade do cartão SD.
cd ~/zephyrproject/zephyr
west build -p always -b xiao_rp2040 samples/subsys/fs/fs_sample -- -DDTC_OVERLAY_FILE="$(dirname $(pwd))/applications/xiao-zephyr-examples/console.overlay" -DEXTRA_CONF_FILE="$(dirname $(pwd))/applications/xiao-zephyr-examples/console.conf $(dirname $(pwd))/applications/xiao-zephyr-examples/xiao_expansion_sd.conf" -DSHIELD=seeed_xiao_expansion_board
Entre no modo bootloader e faça o flash do seu dispositivo:
west flash -r uf2
Conecte ao monitor:
screen /dev/ttyACM0 115200
*** Booting Zephyr OS build v3.6.0-2566-gc9b45bf4672a ***
[00:00:00.201,000] <inf> sd: Maximum SD clock is under 25MHz, using clock of 24000000Hz
[00:00:00.202,000] <inf> main: Block count 15519744
Sector size 512
Memory Size(MB) 7578
Disk mounted.
Listing dir /SD: ...
[FILE] IMAGE1.JPG (size = 58422)
[FILE] IMAGE2.JPG (size = 97963)
Neste caso, meu cartão SD tinha dois arquivos. Seus nomes e tamanhos foram enviados para o meu console.
Vamos analisar os elementos relevantes em jogo aqui:
CONFIG_SPI=y
CONFIG_DISK_DRIVER_SDMMC=y
CONFIG_GPIO=y
Na configuração associada estamos habilitando o SPI, o driver de disco SDMMC e o GPIO. Sem essa configuração o overlay resultará em um erro, pois o exemplo não consegue encontrar o cartão SD.
A parte relevante do shield Xiao Expansion Board é mostrada abaixo:
&xiao_spi {
status = "okay";
cs-gpios = <&xiao_d 2 GPIO_ACTIVE_LOW>;
sdhc0: sdhc@0 {
compatible = "zephyr,sdhc-spi-slot";
reg = <0>;
status = "okay";
mmc {
compatible = "zephyr,sdmmc-disk";
status = "okay";
};
spi-max-frequency = <24000000>;
};
};
Como mencionado anteriormente, o mapeamento de pinos &xiao_d 2 é usado para permitir que o pino D2 seja selecionado para isso, independentemente da placa utilizada, desde que ela ofereça suporte à configuração de pinos &xiao_d.
Grove - Sensor de Temperatura e Umidade (SHT31)
Primeiro solde os pinos e conecte sua Xiao RP2040 à placa de expansão. Em seguida, conecte um cabo conector Grove entre o Grove SHT31 e uma das portas I2C na placa de expansão.
Para testar esta configuração, podemos usar um exemplo existente com o Zephyr, para o qual habilitaremos o suporte ao console USB com nosso overlay e arquivo conf.
cd ~/zephyrproject/zephyr
west build -p always -b xiao_rp2040 samples/sensor/sht3xd -- -DDTC_OVERLAY_FILE="$(dirname $(pwd))/applications/xiao-zephyr-examples/sht31.overlay $(dirname $(pwd))/applications/xiao-zephyr-examples/console.overlay" -DEXTRA_CONF_FILE=$(dirname $(pwd))/applications/xiao-zephyr-examples/console.conf
Entre no modo bootloader e grave seu dispositivo:
west flash -r uf2
Conecte ao monitor:
screen /dev/ttyACM0 115200
Você verá resultados retornados pelo console:
*** Booting Zephyr OS build v3.6.0-2212-gc38ea288eee9 ***
SHT3XD: 26.20 Cel ; 52.49 %RH
SHT3XD: 26.19 Cel ; 52.69 %RH
SHT3XD: 26.20 Cel ; 52.75 %RH
SHT3XD: 26.24 Cel ; 52.88 %RH
SHT3XD: 26.24 Cel ; 52.67 %RH
SHT3XD: 26.23 Cel ; 52.49 %RH
SHT3XD: 26.23 Cel ; 52.48 %RH
SHT3XD: 26.24 Cel ; 52.30 %RH
Vamos nos aprofundar um pouco neste exemplo para ver por que ele funciona:
&xiao_i2c {
sht3xd@44 {
compatible = "sensirion,sht3xd";
reg = <0x44>;
};
};
O arquivo de overlay do app é usado para configurar vários componentes da placa. Usando este arquivo, o exemplo SHT31 pode ser utilizado, pois o overlay informa à lógica do exemplo como configurar o sensor para nossa placa.
Módulo de Display LCD de 1,69 polegadas, Resolução 240×280, Interface SPI
Para este exemplo usaremos SPI para conectar a um LCD de 1,69 polegadas com resolução de 240x280.
Primeiro conecte sua placa à tela LCD usando a imagem a seguir como guia (neste caso estamos usando a Xiao RP2040, mas o mesmo layout de pinos é usado para a conexão aqui).
| Display LCD SPI 1,69 polegadas | XIAO RP2040 |
|---|---|
| VCC | 3V3 |
| GND | GND |
| DIN | D10 |
| CLK | D8 |
| CS | D1 |
| DC | D3 |
| RST | D0 |
| BL | D6 |
Em seguida, com o hardware preparado, podemos compilar o arquivo uf2 para gravação:
cd ~/zephyrproject/zephyr
west build -p always -b xiao_rp2040 samples/drivers/display -- -DDTC_OVERLAY_FILE=$(dirname $(pwd))/applications/xiao-zephyr-examples/240x280_st7789v2.overlay -DEXTRA_CONF_FILE=$(dirname $(pwd))/applications/xiao-zephyr-examples/240x280_st7789v2.conf
Entre no modo bootloader e grave seu dispositivo:
west flash -r uf2
Com o novo firmware em funcionamento, o dispositivo agora mostra a mesma tela de demonstração que vimos anteriormente na placa de expansão, só que agora atualizada para o LCD colorido via SPI.
✨ Projeto de Colaborador
- Este projeto é apoiado pelo Projeto de Colaboradores da Seeed Studio.
- Agradecemos os esforços do Tim e seu trabalho será exibido.
Suporte Técnico & Discussão de Produtos
Obrigado por escolher nossos produtos! Estamos aqui para lhe fornecer diferentes formas de suporte para garantir que sua experiência com nossos produtos seja a mais tranquila possível. Oferecemos vários canais de comunicação para atender a diferentes preferências e necessidades.