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快速上手 SoC App 开发

本文演示如何新建一个简单的App工程，并举例说明如何在App工程中操作PAN1080 EVB开发板的外设模块。

1 确认开发环境

参考 SDK 快速入门，确认软硬件开发环境，可以正常编译、下载和调试程序。

2 参考相关例程

SDK中提供了一些例程（位于01_SDK/zephyr/samples_panchip目录），可以直接编译下载到EVB开发板上执行，包括多线程打印消息、LED闪灯、以及蓝牙相关例程等等。

在进行开发之前，建议先看一下相关的例程和文档，熟悉Zephyr OS的基本框架；然后实际将这些例程编译烧录至EVB开发板中查看运行效果，同时进一步熟悉开发环境的使用。

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SDK例程目录

另外，SDK中也提供了一些外设模块的测试用例（位于01_SDK/zephyr/tests_panchip目录），用于测试外设Driver功能是否正常。阅读这些测试用例代码，也有助于熟悉Zephyr外设 Driver的使用方法。

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SDK测试用例目录

3 新建一个App工程

假设我们希望创建一个名为my_led_blink的App工程，使用PWM的方式将EVB开发板上的红色LED灯点亮并令其闪烁，要求：

  1. 首先，LED灯以5Hz的频率闪烁，持续5s

  2. 重复上述闪烁规则

  3. 每次闪烁频率切换的时候，均向UART串口打印闪烁频率信息

下面我们详细讲解如何新建一个工程来实现上述需求。

3.1 从例程中拷贝一份相似的工程

例程blinky（位置：01_SDK/zephyr/samples_panchip/basic/blinky目录）演示了如何使用GPIO的方式点亮LED并令其每隔1s闪烁一次。

我们以此例程为基础进行修改：

  1. 首先，拷贝一份 blinky 并将其重命名为 my_led_blink：

    image

    拷贝一个现有的例程

    打开CMakeList.txt，将第5行project参数修改为新的项目名称 my_led_blink：

    # SPDX-License-Identifier: Apache-2.0

cmake_minimum_required(VERSION 3.20.0)
find_package(Zephyr REQUIRED HINTS $ENV{ZEPHYR_BASE})
project(my_led_blink)

target_sources(app PRIVATE src/main.c)

    注：本App工程目录中，必要的文件为：

    • src\main.c: 主程序代码

    • CMakeList.txt: cmake 文件

    • prj.conf: 项目配置文件

    其它两个文件不是必须的（在本示例中我们可以直接将其删除）：

    • README.rst: 例程说明文件

    • sample.yaml: 用于Zephyr单元测试的信息描述文件

  2. 然后，拷贝一份名为 blinky.bat 的 Quick Build 脚本（位于01_SDK/quick_build_samples/basic目录），用于执行编译烧录；我们同样将其重命名为与App工程相同，即my_led_blink.bat：

    注：脚本内容无需修改，其会根据脚本文件名自动关联同名的App工程。

    image

    拷贝一个现有的quick build脚本

  3. 最后，确认新增的my_led_blink.bat可以正常编译、烧录、运行新增的my_led_blink工程：

    1. 将EVB开发板通过USB2（USB to UART）接口供电，并确认：

      1. JLink SWD正确连接至EVB板（P46：ICEK，P47：ICED）

      2. 使用跳线帽将EVB底板（左上侧）的LED/红外发射共用电路的排针连接至PAN1080 SoC（P21：FRTX）

  4. 双击my_led_blink.bat脚本，执行第一次编译，成功后，会显示成功生成名为zephyr.elf的输出文件，同时显示当前工程的FLASH和SRAM占用信息：

    image

    运行修改后的quick build脚本

  5. 输入指令f并回车，将程序烧录至芯片Flash中：

    image

    烧录程序

  6. 烧录成功后，即可观察到EVB底板左上角的红色LED灯以1Hz的频率不断闪烁：

    image

    观察程序运行结果

  7. 最后，我们输入指令 o，启动 VS Code ，后续代码修改与编译烧录调试均可在VS Code环境下进行：

    image

    启动VS Code

3.2 硬件资源规划

3.2.1 时钟与电源配置

在实际项目中我们需要确定SoC时钟源、内部各模块的时钟配置、电源选择等事项。但这里我们直接使用EVB板开发，因此暂不关注这些内容，使用EVB板的默认配置参数即可。

我们通过PC使用MicroUSB数据线连接至EVB开发板的USB to UART接口（如图蓝色圆框所示），为开发板提供5V电源；同时确认开发板相关电源跳线（如图红色方框所示）连接正确：

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EVB时钟域电源接线示意图

3.2.2 PWM模块配置

我们使用PAN1080 SoC的PWM模块控制EVB底板上的LED灯，为此我们需要规划：

  • 使用哪个PWM模块的哪个输出通道（PAN1080 SoC中内置了3个硬件PWM模块，分别为PWM0、PWM1、PWM2，每个模块均有8个通道）

  • 将PWM波形输出到SoC的哪个引脚

需要注意的是，由于PAN1080 SoC的每个引脚最多只能配置成预设的8个功能之一，因此我们在规划引脚资源的时候，要查阅各个引脚的PINMUX定义，从中找到合适的引脚使用。

  1. 我们可以从PAN1080 Development Kit中的如下几个文件的任意一个中找到PAN1080 SoC的PINMUX引脚定义：

    • 01_SDK/zephyr/dts/arm/panchip/pan1080/pan1080a_afld_pinctrl.dtsi

    • 01_SDK/zephyr/include/drivers/pinmux/pinmux_pan1080.h

    • 04_DOC/05_soc_manual/PAN1080 Datasheet.pdf 或 04_DOC/05_soc_manual/PAN1080 产品说明书.pdf

  2. 这里，我们直接从VS Code中打开pan1080a_afld_pinctrl.dtsi文件（按快捷键 Ctrl+P，输入文件名即可）：

    image

    打开pan1080a_afld_pinctrl.dtsi文件

  3. 由于当前EVB底板上的LED灯已经与P21引脚相连，我们先查找P21引脚的PINMUX定义，看是否有PWM功能；查阅后发现其并没有PWM功能，但相邻的P22引脚，有一个pwm1_ch4 (PWM1 Channel 4)的定义，可以供我们使用：

    image

    pan1080a_afld_pinctrl.dtsi文件内容

  4. 在EVB底板上，将P21排针与FRTX排针连接的跳线帽拔出，另使用一根杜邦线将P22排针与FRTX排针相连：

    image

    修改LED跳线连接引脚

  5. 为使我们规划的硬件资源生效，我们需要修改SDK中的板级DeviceTree文件。

    从VS Code中打开名为pan1080a_afld_evb.dts的文件（按快捷键 Ctrl+P，输入文件名即可）：

    image

    打开pan1080a_afld_evb.dts文件

    此文件中描述了关于PAN1080A-AFLD EVB的所有板级硬件配置信息，这些配置保证了我们可以使用EVB开发板成功运行SDK中的所有例程（samples_panchip）和测试用例（tests_panchip）。

    关于Zephyr DeviceTree（.dts/.dtsi）的更多细节，请参考Zephyr官方文档：Introduction to devicetree

  6. 我们暂不关心除PWM以外的模块配置，可以看到，pan1080a_afld_evb.dts文件第123~126行描述了一个PWM0模块的配置：

    ...

&pwm0 {
	pinctrl-0 = <&p1_0_pwm0_ch4 &p1_1_pwm0_ch5 &p1_6_pwm0_ch6>;
	status = "okay";
};

...

    其含义如下：

    • 第一行&pwm0表示，当前配置文件中对pwm0中属性值的修改会更新默认配置文件（名为pan1080.dtsi）中的值，亦即，若本次更新的属性不在默认配置文件中，则为此属性赋予一个值；若本次更新的属性已经在默认配置文件中已经有一个值，则覆盖此属性的默认值；

    • 第二行pinctrl-0表示，修改当前pwm模块的PINMUX配置，其中尖括号中：

      • &p1_0_pwm0_ch4表示将芯片P10引脚的PINMUX切换为PWM0 Channel 4功能；

      • &p1_1_pwm0_ch5表示将芯片P11引脚的PINMUX切换为PWM0 Channel 5功能；

      • &p1_6_pwm0_ch6表示将芯片P16引脚的PINMUX切换为PWM0 Channel 6功能；

    • 第三行status = "okay"表示，在系统初始化过程中，使能DeviceTree中对当前PWM模块的各项参数配置；

  7. 由于我们的规划是使用PWM1 Channel 4从芯片P22引脚输出方波，因此我们仿照上述对PWM0模块的描述，添加一个PWM1模块配置：

    ...

&pwm0 {
	pinctrl-0 = <&p1_0_pwm0_ch4 &p1_1_pwm0_ch5 &p1_6_pwm0_ch6>;
	status = "okay";
};

&pwm1 {
	pinctrl-0 = <&p2_2_pwm1_ch4>;
	status = "okay";
};

...

3.2.3 UART模块配置

我们希望使用PAN1080 SoC的UART模块输出Log日志到PC，为此我们需要明确：

  • 使用哪个UART模块（PAN1080 SoC中内置了2个UART模块，分别为UART0、UART1）

  • UART Tx/Rx分别映射到SoC的哪个引脚

  • 如何与PC通信

PAN1080 EVB底板中提供了一个USB转UART的模块电路，其可以很方便地通过跳线帽与PAN1080 SoC的P06（UART1 TX）、P07（UART1 RX）相连，这里就采用这种方式与PC通信。

  1. 使用跳线帽将EVB底板（左上侧）的USB转UART模块的2个通信排针连接至PAN1080 SoC：

    image

    EVB USB转UART模块跳线连接示意图

  2. 再次在VS Code中打开板级DeviceTree文件pan1080a_afld_evb.dts，我们可以看到其中已经有了一些与UART有关的配置：

    ...

	chosen {
		zephyr,console = &uart1;
		zephyr,shell-uart = &uart1;
		zephyr,bt-mon-uart = &uart1;
		zephyr,bt-c2h-uart = &uart1;
        ...
	};

	soc {
		pin-controller@40030000 {
			/* port, pin, pinmux_name, pinmux_sel [, flag1, ... ] */
			DT_PAN_PINS(p0, 7, uart1_rx, PAN1080_PIN_FUNC_P07_UART1_RX, input-enable);
		};
	};

...

&uart1 {
	current-speed = <921600>;
	pinctrl-0 = <&p0_6_uart1_tx &p0_7_uart1_rx>;
	status = "okay";
};

...

    其含义如下：

    • chosen节点描述了Zephyr OS用到的硬件模块与实际硬件的映射关系：

      • zephyr,console = &uart1表示将Zephyr Console模块配置为使用UART1通信，我们此次向UART打印LED状态消息即使用此方式；

      • zephyr,shell-uart = &uart1、zephyr,bt-mon-uart = &uart1、zephyr,bt-c2h-uart = &uart1均与本文内容无关，这里不做详细介绍，只需了解我们将Zephyr所有用到的串口均默认映射到了PAN1080 SoC的UART1模块即可；

    • soc节点描述了SoC级的硬件配置信息：

      • pin-controller@40030000是一个子节点，代表PAN1080 SoC的PINMUX（MFP）模块；

      • DT_PAN_PINS(p0, 7, uart1_rx, PAN1080_PIN_FUNC_P07_UART1_RX, input-enable)用来辅助配置UART1的PINMUX参数；其中，此配置的前4个参数表示我们将芯片P07引脚的PINMUX切换为UART1 RX功能，最后一个参数表示辅助配置参数，这里input-enable表示打开此引脚的数字信号输入功能；

        注1：除input-enable参数外，此处还可以配置bias-pull-up以使用当前引脚的内部上拉电阻，或配置bias-pull-down以使用当前引脚的内部下拉电阻；

        注2：此处的PINMUX配置不是必须的，只有在需要打开某个引脚数字信号输入功能或内部上拉/下拉电阻功能的时候，才应该在此处进行配置，并且配置的引脚功能应当与对应外设模块中的pinxtrl-0中的配置一致，例如：

        • 我们在DeviceTree的uart1节点中将Tx功能配置到了P06引脚，将Rx功能配置到了P07引脚，因此我们需要在soc/pin-controller节点中将P07引脚的数字信号输入功能打开，但无需配置数字信号输出引脚P06；

        • 如果我们使用I2C模块，则由于I2C协议要求有上拉电阻，因此我们可以配置bias-pull-up参数以使用SoC内部上拉电阻；如果我们将I2C模块配置为Slave，则由于SCL和SDA两根线均为输入信号，因此还需要配置input-enable参数以打开这两个引脚的数字信号输入功能；

    • &uart1表示，修改uart1节点中的属性，且其中的修改会更新默认配置文件（名为pan1080.dtsi）中的值：

      • current-speed = <921600>表示，波特率配置为921600；

      • pinctrl-0 = <&p0_6_uart1_tx &p0_7_uart1_rx>表示：

        • 将芯片P06引脚的PINMUX切换为UART1 TX功能；

        • 将芯片P07引脚的PINMUX切换为UART1 RX功能（与soc/pin-controller节点中的配置一致）；

      • status = "okay"表示，在系统初始化过程中，使能DeviceTree中对当前UART模块的各项参数配置；

  3. 从dts文件中可知，SDK中对于UART的配置已经与我们在EVB板中的接线一致，因此无需再做修改。

3.3 修改代码

下面我们演示如何在VS Code环境下写App代码，实现预期功能。

3.3.1 使用PWM

  1. Zephyr提供了标准的PWM API接口（头文件位置：01_SDK/zephyr/include/drivers/pwm.h），为了使用这些接口，我们需要先使能Zephyr PWM Driver，方法是在App目录的prj.conf，增加一个Config项：

    CONFIG_PWM=y

    增加后文件内容如图所示：

    image

    在prj.conf文件中使能PWM Driver

  2. 接着，我们在main.c中，删除一些无关的代码，并增加PWM相关操作代码：

    /*
 * Copyright (c) 2021-2022 Shanghai Panchip Microelectronics Co.,Ltd.
 *
 * SPDX-License-Identifier: Apache-2.0
 */

#include <zephyr.h>
#include <device.h>
#include <devicetree.h>
#include <drivers/gpio.h>
#include <drivers/pwm.h>

void main(void)
{
	const struct device *dev;

	dev = DEVICE_DT_GET(DT_NODELABEL(pwm1));
	if (dev == NULL) {
		return;
	}

	while (1) {
		/* LED Blink 5Hz */
		pwm_pin_set_usec(dev, 4, 200000, 100000, PWM_POLARITY_NORMAL);
		k_msleep(5000);
	}
}

  3. 点击VS Code的Terminal菜单，选择Run Build Task...（或直接快捷键Ctrl + Shift + B），依次执行Build和Flash命令，将程序烧录至芯片中，即可观察到LED灯以5Hz的频率闪烁。

3.3.2 使用UART

我们可以直接使用zephyr提供的printk函数，将Log信息输出至串口，修改while(1)循环内的代码如下：

	while (1) {
		printk("LED to Blink 5 times per second\n");
		pwm_pin_set_usec(dev, 4, 200000, 100000, PWM_POLARITY_NORMAL);
		k_msleep(5000);
	}

重新编译烧录后，在PC中使用串口工具（如SecureCRT）即可看到每5s打印一次消息：

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修改后的App Log打印

4 更多相关文档

  1. Zephyr Kconfig配置指南：介绍Zephyr Kconfig配置的相关技巧

  2. Zephyr DeviceTree APIs：Zephyr官方对于DeviceTree接口的详细介绍

  3. Zephyr Peripheral APIs：Zephyr官方提供的外设Driver API接口详细介绍