Zephyr入门教程1安装

0简介

引言

随着嵌入式系统变得越来越复杂，越来越多的设备与互联网相连，为这类系统编写软件的难度也随之增加。现代应用往往需要微妙的平衡：在同时执行多个任务（有严格的时间限制），以及管理复杂的协议，如WiFi、蓝牙、USB、加密......为了处理这种增加的复杂性，纯粹在裸机上编程过于复杂。实时操作系统为常用的功能提供了抽象层，使开发人员能够专注于实际应用本身，而不必从头开始重新实现所有的功能。

在本教程中，我们较少涉及现代RTOS的工作原理，已经有很多书对此进行了广泛的介绍。相反，我们将主要侧重于学习如何使用Zephyr提供的功能。

Zephyr简介

Zephyr RTOS是相对较新的实时操作系统，它提供对各种MCU架构的支持。你可以得到所有常见的内核功能，如线程、信号、互斥等，这些都是其他实时操作系统所提供的（FreeRTOS是另一个流行的选择）。

Zephyr完全开源的，并得到了Linux基金会的支持。其他实时操作系统通常由行业巨头支持，如亚马逊（FreeRTOS）、Azure RTOS（微软）和MbedOS（ARM），存在下线的风险。

Zephyr有独特的构建和配置系统：Kconfig。它允许开发者调整内核的构建过程，并只包括那些被使用的功能（从而减少内存占用）。

Zephyr的更多特点可参见：https://medium.com/geekculture/the-zephyr-rtos-is-awesome-931bce3a695f。

设备准备

• 开发机： 本文以Ubuntu 22.04.2 LTS 为例，也可使用MacOS、Windows等
• 开发板： 本文以普中ESP32 为例，也可使用STM32、树莓派等
• 技术基础： Python和C语言基础; 基本的嵌入式电子知识（GPIO、定时器、中断...）。
• 网络：需要频繁访问github,最好有VPN。

1安装

安装依赖

$ sudo apt update
$ sudo apt upgrade
$ wget https://apt.kitware.com/kitware-archive.sh
$ sudo bash kitware-archive.sh
$ sudo apt install --no-install-recommends git cmake ninja-build gperf \
  ccache dfu-util device-tree-compiler wget \
  python3-dev python3-pip python3-setuptools python3-tk python3-wheel xz-utils file \
  make gcc gcc-multilib g++-multilib libsdl2-dev libmagic1
# 校验版本
$ cmake --version # > 3.20.5
$ python3 --version # > 3.8
$ dtc --version # >1.4.6

获取Zephyr并安装Python依赖

$ sudo pip install west
$ sudo west init ~/zephyrproject
$ cd ~/zephyrproject
$ sudo west update
$ sudo west zephyr-export
# sudo pip install -r ~/zephyrproject/zephyr/scripts/requirements.txt

安装Zephyr SDK

Zephyr软件开发工具包（SDK）包含了Zephyr支持的每个架构的工具链，其中包括编译器、汇编器、链接器和其他构建Zephyr应用程序所需的程序。

它还包含额外的主机工具，如自定义的QEMU和OpenOCD构建，用于仿真、闪存和调试Zephyr应用程序。

下载并验证Zephyr SDK捆绑包：

$ cd ~
$ wget https://github.com/zephyrproject-rtos/sdk-ng/releases/download/v0.16.1/zephyr-sdk-0.16.1_linux-x86_64.tar.xz
$ wget -O - https://github.com/zephyrproject-rtos/sdk-ng/releases/download/v0.16.1/sha256.sum | shasum --check --ignore-missing
$ tar xvf zephyr-sdk-0.16.1_linux-x86_64.tar.xz
$ cd zephyr-sdk-0.16.1
$ ./setup.sh
# 以下使普通用户也可以烧录开发板
$ sudo cp ~/zephyr-sdk-0.16.1/sysroots/x86_64-pokysdk-linux/usr/share/openocd/contrib/60-openocd.rules /etc/udev/rules.d
$ sudo udevadm control --reload

参考资料

• 软件测试精品书籍文档下载持续更新 https://github.com/china-testing/python-testing-examples 请点赞，谢谢！
• 本文涉及的python测试开发库 谢谢点赞！ https://github.com/china-testing/python_cn_resouce
• python精品书籍下载 https://github.com/china-testing/python_cn_resouce/blob/main/python_good_books.md
• https://docs.zephyrproject.org/latest/samples/index.html#samples-and-demos
• https://maksimdrachov.github.io/zephyr-rtos-tutorial/docs/1-zephyr-setup/install/linux.html
• https://docs.zephyrproject.org/latest/develop/getting_started/index.html
• https://www.zephyrproject.org/zephyr-rtos-on-esp32/ 注意官网文档有错误，west espressif update是不需要执行的。

Hello实例

$ cd ~/zephyrproject/zephyr
$ west build -p always -b esp32 samples/hello_world/
$ west flash
$ west espressif monitor

-p选项进行原始构建。它用于在对CMake做任何修改时进行构建。

这个例子在串口输出了“Hello World! esp32”

如果出现找不到串口，则需要安装esp32驱动，参考：https://askubuntu.com/questions/1389189/how-to-use-esp32-wrover-b-with-ubuntu#:~:text=You have to check cable%2C this driver is,dialout group%3A sudo usermod -a -G dialout %24USER

$ sudo apt-add-repository universe
$ sudo apt-get update
$ sudo apt-get install esptool
$ sudo usermod -a -G dialout $USER # 注意替换成具体用户名

源码：main.c

#include <zephyr/kernel.h>

int main(void)
{
	printk("Hello World! %s\n", CONFIG_BOARD);
	return 0;
}

blinky

$ vi zephyr/samples/basic/blinky/esp32.overlay # 没有会报错：devicetree.h:237:32: error: 'DT_N_ALIAS_led0_P_gpios_IDX_0_VAL_pin' undeclared here (not in a function)

 /{
     aliases {
             led0 = &myled0;
     };

     leds {
             compatible = "gpio-leds";
             myled0: led_0 {
                     gpios = <&gpio0 0 GPIO_ACTIVE_LOW>;
             };
     };
};

$ west build -p -b esp32 samples/basic/blinky
$ west flash
$ west espressif monitor

源码：main.c

#include <zephyr/kernel.h>
#include <zephyr/drivers/gpio.h>

/* 1000 msec = 1 sec */
#define SLEEP_TIME_MS   10000

/* The devicetree node identifier for the "led0" alias. */
#define LED0_NODE DT_ALIAS(led0)

/*
 * A build error on this line means your board is unsupported.
 * See the sample documentation for information on how to fix this.
 */
static const struct gpio_dt_spec led = GPIO_DT_SPEC_GET(LED0_NODE, gpios);

int main(void)
{
	int ret;

	if (!gpio_is_ready_dt(&led)) {
		return 0;
	}

	ret = gpio_pin_configure_dt(&led, GPIO_OUTPUT_ACTIVE);
	if (ret < 0) {
		return 0;
	}

	while (1) {
		ret = gpio_pin_toggle_dt(&led);
		if (ret < 0) {
			return 0;
		}
		k_msleep(SLEEP_TIME_MS);
	}
	return 0;
}

模拟器实例

$ cd ~/zephyrproject/zephyr/samples/hello_world
$ mkdir -p build && cd build
$ cmake -GNinja -DBOARD=qemu_x86 ..
$ ninja
$ ninja run

可以看到界面打印 hello world 日志,退出 qemu 模拟器方式：ctrl-a，然后按 x。