MCXN947與Zephyr的跨界合作 嵌入式技術(shù)的新飛躍

MCX N947成功初步移植Zephyr，標(biāo)志著嵌入式技術(shù)的新飛躍，為物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用注入更強(qiáng)動(dòng)力與智能。

簡(jiǎn)介

搭建 Zephyr 環(huán)境

參考Zephyr Getting Started。在這篇 Zephyr 的官方文檔中詳細(xì)介紹了環(huán)境的搭建過(guò)程， 同時(shí) NXP 也提供了工具解決 Zephyr 安裝過(guò)程所需的依賴(lài)。

了解 Zephyr 架構(gòu)

為了移植 Zephyr ，首先需要了解 Zephyr 的架構(gòu)，理解其如何工作。在此處僅對(duì)其簡(jiǎn)單介紹，便于理解后續(xù)內(nèi)容。

構(gòu)建系統(tǒng)

Zephyr 使用 CMake 作為其構(gòu)建系統(tǒng)，使用 Kconfig 進(jìn)行配置。首先 CMake 通過(guò)收集相應(yīng)配置并執(zhí)行對(duì)應(yīng)腳本，生成對(duì)應(yīng)的編譯腳本。

? ? ? ? ? ? ? ? ? ?Configuration Overflow

Devicetree

設(shè)備樹(shù)是一種描述硬件及其配置的樹(shù)形數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，如果對(duì) MPU 開(kāi)發(fā)領(lǐng)域有所深入對(duì)它可能會(huì)有所了解。Zephyr 使用設(shè)備樹(shù)選擇合適的驅(qū)動(dòng)及配置。

使用設(shè)備樹(shù)可以在編譯階段確定硬件的配置是否合理，定義同一外設(shè)的多種不同工作模式便于切換， 同時(shí)使用設(shè)備樹(shù)也讓整個(gè)系統(tǒng)的復(fù)雜度增加。

設(shè)備樹(shù)的相關(guān)語(yǔ)法可參考 Zephyr Devicetree Syntax。

移植

對(duì)于適配新 SoC ， Zephyr 官方目前資料不多。Zephyr ?SoC Porting，在該鏈接中簡(jiǎn)述了移植 Zephyr 的要求 。

雖然資料很少，但移植工作也并非毫無(wú)頭緒。ZephyrGithub Repo本身便是一個(gè)詳細(xì)的參考內(nèi)容。

SoC

首先為新SoC建立相應(yīng)目錄

?

soc/arm/nxp_mcx/
|-- CMakeLists.txt
|-- Kconfig
|-- Kconfig.defconfig
|-- Kconfig.soc
`-- mcxnx4x
    |-- CMakeLists.txt
    |-- Kconfig.defconfig.mcxn947_cpu0
    |-- Kconfig.defconfig.mcxn947_cpu1
    |-- Kconfig.defconfig.series
    |-- Kconfig.series
    |-- Kconfig.soc
    |-- linker.ld
    |-- soc.c
    `-- soc.h

?

整個(gè)文件結(jié)構(gòu)可以參考同目錄下的其他文件夾。

Devicetree

soc 目錄中主要為 Kconfig ，其中主要定義了 SoC 中的各種屬性， 比如芯片的架構(gòu)（ Cortex-M33 ）、有無(wú) FPU （ CPU_HAS_FPU ）等。

在完成 SoC 的移植后，我們需要定義 SoC 的相關(guān)外設(shè)，但在這個(gè)階段， 我們只需要對(duì) FLASH 與 SRAM 做出定義即可，相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)支持在后期進(jìn)行適配。mcx n947 是一顆 Cortex-M33 架構(gòu)的 CPU ， 芯片使用了 Cortex-M33 定義的 TrustZone 功能， 將外設(shè)分為 Secure 和 Non-Secure 兩部分。因此，在定義設(shè)備樹(shù)時(shí)，需要考慮安全外設(shè)與非安全外設(shè)的不同地址。

?

// dts/arm/nxp/nxp_mcxn947_common.dtsi

?

// 在該 dtsi （ device tree source include ）文件中僅定義到目前為止移植所需要的外設(shè)
// 包括 SRAM 地址與大小， FLASH 地址與大小，中斷優(yōu)先級(jí) BIT 數(shù)等等。

?

#include 
#include 


/ {
    cpus: cpus {
        #address-cells = <1>;
        #size-cells = <0>;


        cpu@0 {
            compatible = "arm,cortex-m33f";
            reg = <0>;
        };


        cpu@1 {
            compatible = "arm,cortex-m33";
            reg = <1>;
        };
    };
};


&sram {
    #address-cells = <1>;
    #size-cells = <1>;


    sramx: memory@4000000 {
        compatible = "mmio-sram";
        reg = <0x4000000 DT_SIZE_K(96)>;
    };


    srama: memory@20000000 {
        compatible = "mmio-sram";
        reg = <0x20000000 DT_SIZE_K(32)>;
    };


    sramb: memory@20008000 {
        compatible = "mmio-sram";
        reg = <0x20008000 DT_SIZE_K(32)>;
    };


    sramc: memory@20010000 {
        compatible = "mmio-sram";
        reg = <0x20010000 DT_SIZE_K(64)>;
    };


    sramd: memory@20020000 {
        compatible = "mmio-sram";
        reg = <0x20020000 DT_SIZE_K(64)>;
    };


    srame: memory@20030000 {
        compatible = "mmio-sram";
        reg = <0x20030000 DT_SIZE_K(64)>;
    };


    sramf: memory@20040000 {
        compatible = "mmio-sram";
        reg = <0x20040000 DT_SIZE_K(64)>;
    };


    sramg: memory@20050000 {
        compatible = "mmio-sram";
        reg = <0x20050000 DT_SIZE_K(64)>;
    };


    sramh: memory@20060000 {
        compatible = "mmio-sram";
        reg = <0x20060000 DT_SIZE_K(32)>;
    };
};


&peripheral {
    #address-cells = <1>;
    #size-cells = <1>;


    fmu: flash-controller@43000 {
        compatible = "flash-controller";
        reg = <0x43000 0x1000>;
        #address-cells = <1>;
        #size-cells = <1>;
        status = "disabled";


        flash0: flash@0 {
            compatible = "soc-nv-flash";
            reg = <0x0 DT_SIZE_M(2)>;
        };
    };
};


&nvic {
    arm,num-irq-priority-bits = <3>;
};
// dts/arm/nxp/nxp_mcxn947_ns.dtsi


// 在 ns （ None-Secure ）配置中定義外設(shè)與 SRAM 的基礎(chǔ)地址


/ {
    soc {
        sram: sram@4000000 {
            ranges = <0x4000000 0x4000000 0x20000000>;
        };


        peripheral: peripheral@40000000 {
            ranges = <0x0 0x40000000 0x10000000>;
        };
    };
};


#include "nxp_mcxn947_common.dtsi"

?

Soc.c

以目前的進(jìn)度， soc.c 與 soc.h 中需要定義的內(nèi)容不多。其中 soc.c 中需要定義芯片啟動(dòng)后的流程，如時(shí)鐘初始化等等，在此處直接調(diào)用 SystemInit 圖個(gè)方便。nxp_mcxnx4x_init 中定義了芯片初始化行為， 以目前的進(jìn)度，還不需要做什么特殊操作，暫時(shí)留空。

?

#include 
#include 
#include 
#include 


static int nxp_mcxnx4x_init(void)
{
    return 0;
}


#ifdef CONFIG_PLATFORM_SPECIFIC_INIT
void z_arm_platform_init(void)
{
    SystemInit();
}
#endif /* CONFIG_PLATFORM_SPECIFIC_INIT */


SYS_INIT(nxp_mcxnx4x_init, PRE_KERNEL_1, 0);
#ifndef _SOC__H_
#define _SOC__H_


#endif /* _SOC__H_ */

?

Misc

在移植過(guò)程中，還需要使用 MCUX SDK ， Zephyr 已經(jīng)提供了一份，其位于 zephyrproject/modules/hal/nxp 中， 但該版本中并沒(méi)有包括本次移植目標(biāo)的相關(guān)驅(qū)動(dòng)與配置文件，所以將我們下載好的 SDK 整理并入文件夾中。同時(shí)修改對(duì)應(yīng) CMake 文件，使項(xiàng)目能夠自動(dòng)包含相關(guān)驅(qū)動(dòng)文件。

Board

接下來(lái)定義 board ，只有定義 board 才能進(jìn)行編譯測(cè)試。該過(guò)程以手上的 mcxn947-evk 為例。

最終創(chuàng)建的目錄結(jié)構(gòu)如下，在這僅僅創(chuàng)建了全部必須的配置文件，包括相應(yīng)的配置與設(shè)備樹(shù)， 為了方便測(cè)試，添加了 board.cmake ，該文件用來(lái)定義支持的下載方式與參數(shù)。

?

boards/arm/mcxn947_evk/
|-- Kconfig.board
|-- Kconfig.defconfig
|-- board.cmake
|-- mcxn947_evk_ns.dts
`-- mcxn947_evk_ns_defconfig
# Kconfig.board
config BOARD_MCXN947_EVK_CPU0
    bool "NXP MCXN947-EVK [CPU0]"
    depends on SOC_SERIES_MCXNX4X
    select SOC_PART_NUMBER_MCXN947VDF
# Kconfig.defconfig
if BOARD_MCXN947_EVK_CPU0


config BOARD
    default "mcxn947_evk_cpu0" if BOARD_MCXN947_EVK_CPU0


endif # BOARD_MCXN947_EVK_CPU0
# mcxn947_evk_ns_defconfig


CONFIG_SOC_SERIES_MCXNX4X=y
CONFIG_SOC_MCXN947_CPU0=y
CONFIG_BOARD_MCXN947_EVK_CPU0=y
CONFIG_UART_CONSOLE=n
CONFIG_CONSOLE=y
CONFIG_RTT_CONSOLE=y
CONFIG_USE_SEGGER_RTT=y


CONFIG_SYS_CLOCK_HW_CYCLES_PER_SEC=48000000u
/dts-v1/;


#include 


/ {
    model = "NXP MCX N947 EVK";
    compatible = "nxp,mcxn947";


    cpus {
        /delete-node/ cpu@1;
    };


    chosen {
        zephyr,sram = &srama;
        zephyr,flash = &flash0;
    };
};


&flash0 {
    partitions {
        compatible = "fixed-partitions";
        #address-cells = <1>;
        #size-cells = <1>;


        boot_partition: partition@0 {
            label = "mcuboot";
            reg = <0x0 0x00008000>;
        };


        slot0_partition: partition@8000 {
            label = "image-0";
            reg = <0x00008000 0x00010000>;
        };
    };
};
# board.cmake
board_runner_args(jlink "--device=MCXN947")


include(${ZEPHYR_BASE}/boards/common/jlink.board.cmake)

?

到目前為止，我們?nèi)晕磳?duì)時(shí)鐘、引腳、串口等驅(qū)動(dòng)進(jìn)行適配，所以無(wú)法通過(guò)串口輸出日志與 kprintf 。所以使用 RTT 進(jìn)行輸出， RTT 通過(guò)向特定內(nèi)存區(qū)域buffer讀寫(xiě)，結(jié)合調(diào)試器達(dá)成數(shù)據(jù)傳輸， 在目前無(wú)法驅(qū)動(dòng)串口（后續(xù)工作）的情況下很有用，相關(guān)配置在 mcxn947_evk_ns_defconfig 中體現(xiàn)。默認(rèn)情況下， CPU 時(shí)鐘速度為 48MHz ，同樣在 Kconfig 中定義。

結(jié)論

在全部移植完成后，使用 samples/hello_world 例子進(jìn)行測(cè)試。執(zhí)行指令 west build -b mcxn947_evk_nssamples/hello_world 進(jìn)行編譯。如果出現(xiàn)問(wèn)題那就需要進(jìn)行一些小修小改。

最終編譯結(jié)果如下：

?

[133/133] Linking C executable zephyrzephyr.elf
Memory region         Used Size  Region Size  %age Used
           FLASH:       10844 B         2 MB      0.52%
             RAM:        4944 B        32 KB     15.09%
        IDT_LIST:          0 GB         2 KB      0.00%

?

因?yàn)樵谥安襟E中定義了下載方式，所以將硬件連接后直接執(zhí)行指令 west flash 即可完成下載。

最后打開(kāi) J-Link RTT Viewer 觀(guān)察 RTT 內(nèi)容。

? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?RTT Output

至此， Zephyr 的初步移植工作已經(jīng)結(jié)束，后續(xù)將會(huì)對(duì)常用外設(shè)進(jìn)行移植。