Seeed Studio XIAO RP2040 com NuttX(RTOS)
Introdução
NuttX é um sistema operacional de tempo real (RTOS) maduro, amplamente reconhecido por sua conformidade com padrões e pequeno footprint. Uma das principais características do NuttX é sua escalabilidade, que permite seu uso em ambientes que vão desde microcontroladores de 8 bits até sistemas de 64 bits. Essa flexibilidade é alcançada por meio da aderência aos padrões POSIX e ANSI, permitindo que você experimente funcionalidades semelhantes do NuttX em uma ampla variedade de chips de diferentes arquiteturas, famílias e fabricantes de semicondutores.
Além disso, o NuttX oferece muitos recursos avançados e úteis, como subsistemas de USB, Ethernet, Áudio e Gráficos. Essas características tornam o NuttX uma escolha atraente para desenvolvedores que buscam um RTOS versátil e robusto, capaz de operar em vários tipos de hardware.
O NuttX suporta um número vasto e continuamente crescente de placas. A documentação oficial fornece uma lista abrangente das placas suportadas, organizadas por arquitetura e série de System-on-Chip (SoC).
Por exemplo, a página do Seeed Studio Xiao RP2040 na documentação do NuttX oferece descrições detalhadas de cada recurso suportado e instruções de como utilizá-los.
Configuração das Ferramentas
O primeiro passo para começar com o NuttX é instalar uma série de ferramentas necessárias, uma toolchain para a arquitetura com a qual você irá trabalhar e, por fim, baixar o próprio código-fonte do NuttX. O Nuttx fornece um guia para diferentes plataformas.
Depois de instalar e configurar o ambiente, siga estes passos:
- Baixe o Raspberry Pi Pico SDK:
git clone -b 1.1.2 https://github.com/raspberrypi/pico-sdk.git
- Defina a variável de ambiente PICO_SDK_PATH:
export PICO_SDK_PATH=<absolute_path_to_pico-sdk_directory>
- Crie um workspace
mkdir nuttxspace
- Clone os repositórios
cd nuttxspace
git clone https://github.com/apache/nuttx.git nuttx
git clone https://github.com/apache/nuttx-apps apps
O Apache Nuttx é dividido em dois projetos:
- Nuttx: contém o kernel, drivers e subsistemas implementados.
- Apps: contém uma coleção de ferramentas, shells, utilitários de rede, bibliotecas e interpretadores.
Aplicações
Para iniciar uma aplicação é necessário carregar uma configuração no NuttX, chamando o comando:
./tools/configurate.sh board_name:your_application
Também é possível verificar a lista de placas suportadas executando o comando:
./tools/configurate.sh -L
Uma vez que o script seja executado, o NuttX deve ser compilado. Há duas possibilidades para fazer isso usando: Make ou CMake.
Programação
Com a compilação bem-sucedida garantida, o próximo objetivo é programar usando BOOTSEL. Para isso, você deve seguir estes passos:
Passo 1: Conecte o Seeed Studio XIAO RP2040 à porta USB enquanto pressiona o botão B (boot). A placa será detectada como um dispositivo de armazenamento em massa USB RPI-RP2.
Passo 2: No workspace, vá para nuttx e copie nuttx.uf2 para o Seeed Studio XIAO RP2040.
Passo 3: Procure por um novo dispositivo USB em seu computador.
Passo 4: Abra uma comunicação serial com o Seeed Studio XIAO RP2040.
Mão na massa
É hora de explorar o NuttX na prática. Nesta sessão, quatro aplicações estão disponíveis: USB NSH, GPIO, USERLEDS e driver WS2812.
USBNSH
O NuttXShell(NSH) é um sistema de shell para ser usado no NuttX, semelhante ao bash e outras opções similares. Ele oferece um conjunto rico de comandos incluídos, scripting e a capacidade de executar suas próprias aplicações como “builtin” (parte do mesmo binário do NuttX).
Podemos iniciar o processo de build limpando a configuração anterior
cd ~/nuttxspace/nuttx
make distclean
Agora selecionamos a configuração USBNSH para a placa seeed-xiao-rp2040:
./tools/configurate.sh seeed-xiao-rp2040:usbnsh
Compile o código-fonte.
make -j
Depois de programar e abrir a comunicação serial
picocom -b 115200 /dev/ttyACM0
Você deve pressionar Enter 3 vezes e então esta mensagem será exibida no terminal.
NuttShell (NSH) NuttX-12.5.1
nsh>
Digitando ?, você terá acesso às opções disponíveis para comandos e aplicações embutidas.
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
Vamos dizer olá ao NuttX, digite hello e então ele executará o comando:
nsh> hello
Hello, World!!
Parabéns, sua primeira interação com o NuttX foi concluída.
Driver GPIO
O General Purpose Input/Output (GPIO) é a parte mais fundamental de um microcontrolador, permitindo que ele se conecte ao mundo externo. Dessa forma, usaremos o NSH para acessar e configurar esses pinos como quisermos. Mas primeiro, vamos limpar a configuração anterior.
cd ~/nuttxspace/nuttx
make distclean
Selecione a configuração gpio para a placa seeed-xiao-rp2040.
./tools/configurate.sh seeed-xiao-rp2040:gpio
Compile o código-fonte.
make -j
Depois de programar e abrir a comunicação serial
picocom -b 115200 /dev/ttyACM0
Você deve pressionar Enter 3 vezes e então esta mensagem será exibida no terminal.
NuttShell (NSH) NuttX-12.5.1
nsh>
Para verificar quais opções são aceitas para interagir com esta aplicação, digite gpio -h, e será retornada uma lista de parâmetros.
NuttShell (NSH) NuttX-12.5.1
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
Para confirmar que os arquivos de dispositivo GPIO foram criados, digite ls/dev. Após digitar, você pode ver que alguns gpios foram declarados definidos em seed-studio-gpio.c, que representam:
- 3 LEDs na placa (gpio 18, gpio 17 e gpio 16).
- 1 Entrada (gpio 6)
- 1 Entrada de Interrupção (gpio 7)
nsh> ls /dev
/dev:
console
gpio16
gpio17
gpio18
gpio6
gpio7
null
ttyACM0
De acordo com o esquemático do Seeed Studio RP2040, os LEDs da placa acendem quando o nível do GPIO é definido como zero.
Para controlar a saída do GPIO, você deve passar o parâmetro —o, um valor (zero ou um) e o caminho (/dev/gpio).
Seguindo estes dois comandos você verá o LED amarelo piscando.
nsh> gpio -o 0 /dev/gpio17
Driver: /dev/gpio17
Output pin: Value=1
Writing: Value=0
Verify: Value=0
nsh> gpio -o 1 /dev/gpio17
Driver: /dev/gpio17
Output pin: Value=1
Writing: Value=1
Verify: Value=1
Da mesma forma, você terá o mesmo resultado para o LED vermelho.
nsh> gpio -o 0 /dev/gpio16
Driver: /dev/gpio16
Output pin: Value=1
Writing: Value=0
Verify: Value=0
nsh> gpio -o 1 /dev/gpio16
Driver: /dev/gpio16
Output pin: Value=1
Writing: Value=1
Verify: Value=1
USERLED
O USERLEDS é um subsistema que permite o controle dos LEDs com uma única operação. Além disso, você pode usar comandos de linha como o printf. Nesta demonstração vamos ligar e desligar o LED on-board a cada 1 segundo.
Primeiro, limpe a configuração anterior.
cd ~/nuttxspace/nuttx
make distclean
Configure a placa para a aplicação userled usando o comando:
./tools/configurate.sh seeed-xiao-rp2040:userleds
Compile o código-fonte.
make -j
Após programar, abra a comunicação serial e pressione Enter 3 vezes, seguindo os mesmos passos mostrados na aplicação anterior.
Se você digitar: ls /dev/, será exibida uma lista de dispositivos, e observe que o arquivo userleds foi criado.
nsh> ls /dev/
/dev:
console
userleds
null
ttyACM0
ttyS0
Digitando leds, você observará os LEDs piscando ao mesmo tempo.
NuttShell (NSH) NuttX-12.5.1
nsh> leds
leds_main: Starting the led_daemon
leds_main: led_daemon started
led_daemon (pid # 3): Running
led_daemon: Opening /dev/userled
led_daemon: Supported LEDs 0x07
led_daemon: LED set 0x01
led_daemon: LED set 0x00
led_daemon: LED set 0x01
led_daemon: LED set 0x00
LED WS2812
O driver WS2812 permite controlar quaisquer pixels inteligentes que usem o protocolo ws2812. Este aplicativo sobre o NSH permite chamar um comando para executar o exemplo.
Limpe a configuração anterior
cd ~/nuttxspace/nuttx
make distclean
Selecione a configuração ws2812 para a placa seeed-xiao-rp2040.
./tools/configurate.sh seeed-xiao-rp2040:ws2812
Compile o código‑fonte.
make -j
Com a compilação finalizada, programe a placa, abra a comunicação serial e pressione Enter 3 vezes, seguindo os mesmos passos mostrados no aplicativo anterior. Digitando ?, você verá o aplicativo ws2812 disponível.
NuttShell (NSH) NuttX-12.5.1
nsh> ?
help usage: help [-v] [<cmd>]
. cp exit mkdir rm uname
[ cmp expr mkrd rmdir umount
? dirname false mount set unset
alias dd fdinfo mv sleep uptime
unalias df free pidof source usleep
basename dmesg help printf test xd
break echo hexdump ps time
cat env kill pwd true
cd exec ls reboot truncate
Builtin Apps:
getprime hello nsh ostest sh ws2812
nsh>
Antes de executar o aplicativo, é importante confirmar que na pasta ls /dev/ foi criado o arquivo leds0, que será usado para o driver ws2812.
nsh> ls /dev/
/dev:
console
leds0
null
ttyACM0
ttyS0
Digitar ws2812 -h retornará uma lista de parâmetros que são aceitos para interagir com este aplicativo.
nsh> ws2812 -h
Usage: ws2812 [OPTIONS]
Arguments are "sticky". For example, once the device path is
specified, that path will be re-used until it is changed.
[-p path] selects the ws2812 device. Default: /dev/leds0 Current: /dev/leds0
[-l leds] selects number of ws2812s in the chain. Default: 1 Current: 1
[-r repeat] selects the number change cycles. Default: 4 Current: 4
[-d delay] selects delay between updates. Default: 20000 us Current: 20000 us
Vamos iniciar nosso aplicativo, digite ws2812 e você verá os LEDs mudando de cor.
nsh> ws2812
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