quarta-feira, 27 de janeiro de 2021

Programando u-blox NINA-W102 com NuttX

 Programando u-blox NINA-W102 com NuttX


O objetivo deste BLOG é demonstrar como é possível utilizar o NuttX para programação do NINA W102. Foi utilizado o BREAKOUT para o teste. O exemplo abrirá um terminal para interagir com o NuttX, sem APP ainda.

Testado no Ubuntu 20



NuttX: O sistema operacional para a Internet das Coisas.

NuttX é um sistema operacional em tempo real (RTOS) com ênfase na conformidade de padrões e pequeno footprint. Escaláveis de ambientes microcontroladores de 8 bits a 32 bits, os principais padrões de governo em NuttX são os padrões Posix e ANSI. ApIs padrão adicionais do Unix e de outros RTOS comuns (como o VxWorks) são adotadas para funcionalidades não disponíveis sob esses padrões, ou para funcionalidades que não são apropriadas para ambientes profundamente incorporados (como fork()).

Apache NuttX é um esforço em incubação na Apache Software Foundation (ASF), patrocinada pela Incubadora. A incubação é necessária de todos os projetos recém-aceitos até que uma nova revisão indique que o processo de infraestrutura, comunicação e tomada de decisão se estabilizou de forma consistente com outros projetos ASF bem-sucedidos. Embora o status de incubação não seja necessariamente um reflexo da completude ou estabilidade do código, ele indica que o projeto ainda não foi totalmente endossado pela ASF.

NuttX é um sistema operacional incorporado em tempo real (RTOS). Seus objetivos são:

Pequena footprint utilizável em todos, exceto nos ambientes de microcontroles mais apertados, o foco está no ambiente minúsculo para pequeno e profundamente incorporado.

Rich Feature OS Set O objetivo é fornecer implementações da maioria das interfaces padrão do SISTEMA OPERACIONAL POSIX para oferecer suporte a um ambiente de desenvolvimento rico e multi-threaded para processadores profundamente incorporados.

Não é um objetivo fornecer o nível de recursos do SO como os fornecidos pelo Linux. Para trabalhar com MCUs menores, a pequena footprint deve ser mais importante do que um conjunto de recursos extenso. Mas a conformidade padrão é mais importante do que uma pequena footprint. Certamente um RTOS menor poderia ser produzido ignorando padrões. Pense no NuttX é um pequeno trabalho linux com um conjunto de recursos muito reduzido.

Altamente escalável Totalmente escalável de minúsculo (8 bits) a moderado incorporado (64 bits). A escalabilidade com conjunto de recursos ricos é realizada com: Muitos arquivos de origem minúsculos, link de bibliotecas estáticas, altamente configurável, uso de símbolos fracos quando disponíveis.

Conformidade de padrões A NuttX se esforça para alcançar um alto grau de conformidade de padrões. As principais normas de governo são as normas POSIX e ANSI. ApIs padrão adicionais do Unix e de outros RTOS comuns são adotadas para funcionalidades não disponíveis sob esses padrões ou para funcionalidades que não são apropriadas para os RTOS profundamente incorporados (como fork()).

Devido a essa conformidade de padrões, o software desenvolvido sob outros OSs padrão (como o Linux) deve ser portado facilmente para NuttX.

Tempo Real Totalmente preventivo; prioridade fixa, round-robin, e agendamento "esporádico".

Licença Apache não restritiva totalmente aberta.

GNU Toolchains Compatíveis com as cadeias de ferramentas GNU baseadas no buildroot disponível para download para fornecer um ambiente completo de desenvolvimento para muitas arquiteturas.

NINA W102 E NuttX
Como o módulo NINA W102 é baseado no chip ESP32 (cpu), será possível rodar o Nuttx sem problemas. O usuário deve dar atenção ao mapeamento de GPIOS da U-BLOX.


O link abaixo, é roteiro Básico para que você possa preparar o ambiente para programar o NINA W102 com o NuttX


    Dependências
$sudo apt install \
bison flex gettext texinfo libncurses5-dev libncursesw5-dev \
gperf automake libtool pkg-config build-essential gperf genromfs \
libgmp-dev libmpc-dev libmpfr-dev libisl-dev binutils-dev libelf-dev \
libexpat-dev gcc-multilib g++-multilib picocom u-boot-tools util-linux
Nota 1: O NuttX utiliza um sistema de build semelhante ao do Kernel do Linux (https://www.kernel.org/doc/html/latest/kbuild/index.html). Ele utiliza o kconfig-frontends como seu sistema de configuração. O repositório tools.git é utilizado para instalar este pacote. Porém se você estiver usando o Ubuntu 19.10 ou mais recente, estas distribuições já contém o pacote, mas de qualquer forma, instale.

$ sudo apt-get install kconfig-frontends


Nota 2: Outra dependência para o processo do NuttX com o ESP32 é o ESP-IDF (Espressif IoT Development Framework). Este framework é nativo do ESP e mantido pela Espressif. Ele compreende um conjunto de códigos como drivers, APIs, scripts, ferramental para compilar e fazer upload do firmware e o FreeRTOS customizado. Neste ponto, uma observação conceitual é muito importante, o NuttX não usa o FreeRTOS em nenhuma camada interna, apenas algumas ferramentas auxiliares que compõem o IDF serão utilizadas para geração do binário e gravação.
Download do NuttX
$ mkdir nuttx
$ cd nuttx
$ git clone https://github.com/apache/incubator-nuttx.git nuttx
$ git clone https://github.com/apache/incubator-nuttx-apps apps
O Ubuntu e o Debian ainda fornecem o Python 2.7 como o interpretador padrão, mas alguns 
pacotes necessários podem estar faltando para distribuições mais recentes. Python 3 é
recomendado e pode ser instalado da seguinte maneira:
 

$ sudo apt-get install python3 python3-pip python3-setuptool sudo update-alternatives --install /usr/bin/python python /usr/bin/python3
 Instale agora o ESP-IDF (ESP32 TOOLS, LIBS, ETC) manualmente 
https://docs.espressif.com/projects/esp-idf/en/latest/esp32/get-started/linux-setup.html
https://docs.espressif.com/projects/esp-idf/en/latest/esp32/get-started/index.html#get-started-get-esp-idf

osboxes@osboxes:~$ cd esp/
osboxes@osboxes:~/esp$ cd esp-idf/
osboxes@osboxes:~/esp/esp-idf$ ./install.sh
Detecting the Python interpreter
Checking "python" ...
/home/osboxes/esp/esp-idf/tools/detect_python.sh: line 16: python: command not found
Checking "python3" ...
Python 3.8.5
"python3" has been detected
Installing ESP-IDF tools
Installing tools: xtensa-esp32-elf, xtensa-esp32s2-elf, xtensa-esp32s3-elf, riscv32-esp-elf, esp32ulp-elf, esp32s2ulp-elf, openocd-esp32
Installing xtensa-esp32-elf@esp-2020r3-8.4.0
Downloading xtensa-esp32-elf-gcc8_4_0-esp-2020r3-linux-amd64.tar.gz to /home/osboxes/.espressif/dist/xtensa-esp32-elf-gcc8_4_0-esp-2020r3-linux-amd64.tar.gz.tmp
Done
Extracting /home/osboxes/.espressif/dist/xtensa-esp32-elf-gcc8_4_0-esp-2020r3-linux-amd64.tar.gz to /home/osboxes/.espressif/tools/xtensa-esp32-elf/esp-2020r3-8.4.0
Installing xtensa-esp32s2-elf@esp-2020r3-8.4.0
Downloading xtensa-esp32s2-elf-gcc8_4_0-esp-2020r3-linux-amd64.tar.gz to /home/osboxes/.espressif/dist/xtensa-esp32s2-elf-gcc8_4_0-esp-2020r3-linux-amd64.tar.gz.tmp
Done
.
.
.
 $ cd nuttx
$ make -C tools/esp32/ ${HOME}/esp/esp-idf
Após a instalação do IDF, ou caso já possua o IDF instalado, execute o
seguinte comando para ativar o ambiente virtual que foi configurado na
instalação. Sempre que for realizar o build do NuttX, será necessário
ativar este ambiente.
$. ${HOME}/esp/esp-idf/export.sh
No presente momento, o NuttX utiliza 2 binários gerados através do
IDF: o bootloader e a tabela de partição. Ainda dentro do diretório
nuttx/, faça o download destes binários pré configurados:
$ wget -O bootloader.bin https://github.com/saramonteiro/esp32_binaries_nuttx/blob/main/bootloader.bin?raw=true
$ wget -O partitions.bin https://github.com/saramonteiro/esp32_binaries_nuttx/blob/main/partitions.bin?raw=true


Mantenha-se no diretório do NuttX e execute o script de configuração para criar um arquivo de configuração para o ESP32. 

$ make distclean
$ ./tools/configure.sh esp32-devkitc:nsh 

Finalmente, faça o build e confirme em seguida que o firmware binário foi gerado:
$ make
osboxes@osboxes:~/nuttx/nuttx$ make
Create .version
Create version.h
LN: include/arch/board to /home/osboxes/nuttx/nuttx/boards/xtensa/esp32/esp32-devkitc/include
make[1]: Entering directory '/home/osboxes/nuttx/nuttx/libs/libxx'
make[1]: Leaving directory '/home/osboxes/nuttx/nuttx/libs/libxx'
make[1]: Nothing to be done for 'dirlinks'. make[1]: Entering directory '/home/osboxes/nuttx/nuttx/boards'
make[1]: Entering directory '/home/osboxes/nuttx/nuttx/openamp'
make[1]: Nothing to be done for 'dirlinks'. make[1]: Leaving directory '/home/osboxes/nuttx/nuttx/boards' make[1]: Nothing to be done for 'dirlinks'.
make[2]: Entering directory '/home/osboxes/nuttx/apps/platform'
make[1]: Leaving directory '/home/osboxes/nuttx/nuttx/openamp' make[1]: Entering directory '/home/osboxes/nuttx/apps' LN: platform/board to /home/osboxes/nuttx/apps/platform/dummy
make[2]: Entering directory '/home/osboxes/nuttx/nuttx/boards/xtensa/esp32/common'
make[2]: Leaving directory '/home/osboxes/nuttx/apps/platform' make[1]: Leaving directory '/home/osboxes/nuttx/apps' make[1]: Entering directory '/home/osboxes/nuttx/nuttx/boards' make[2]: Nothing to be done for 'context'.
make[1]: Nothing to be done for 'context'.
make[2]: Leaving directory '/home/osboxes/nuttx/nuttx/boards/xtensa/esp32/common' make[1]: Leaving directory '/home/osboxes/nuttx/nuttx/boards' make[1]: Entering directory '/home/osboxes/nuttx/nuttx/fs' make[1]: Leaving directory '/home/osboxes/nuttx/nuttx/fs'
make[2]: Entering directory '/home/osboxes/nuttx/apps'
make[1]: Entering directory '/home/osboxes/nuttx/apps'
.
.
.
make[3]: Leaving directory '/home/osboxes/nuttx/apps/system/readline'
make[2]: Leaving directory '/home/osboxes/nuttx/apps'
IN: /home/osboxes/nuttx/apps/libapps.a -> staging/libapps.a
make[1]: Leaving directory '/home/osboxes/nuttx/apps'
make[1]: Leaving directory '/home/osboxes/nuttx/nuttx/fs'
make[1]: Entering directory '/home/osboxes/nuttx/nuttx/fs' make[1]: 'libfs.a' is up to date.
make[1]: Leaving directory '/home/osboxes/nuttx/nuttx/binfmt'
make[1]: Entering directory '/home/osboxes/nuttx/nuttx/binfmt' make[1]: 'libbinfmt.a' is up to date.
make[2]: 'libboard.a' is up to date.
make[1]: Entering directory '/home/osboxes/nuttx/nuttx/arch/xtensa/src' make[2]: Entering directory '/home/osboxes/nuttx/nuttx/boards/xtensa/esp32/common'
CP: nuttx.hex
make[2]: Leaving directory '/home/osboxes/nuttx/nuttx/boards/xtensa/esp32/common' LD: nuttx make[1]: Leaving directory '/home/osboxes/nuttx/nuttx/arch/xtensa/src' CP: nuttx.bin
osboxes@osboxes:~/nuttx/nuttx$

Este binário não tem os cabeçalhos com as informações que o bootloader do ESP32 espera encontrar, então ele deve ser removido:

$ rm nuttx.bin

E um novo binário deverá ser gerado a partir do arquivo ELF chamado “nuttx”. Para isso, é necessário usar o script esptool.py para gerar este arquivo:

esptool.py --chip esp32 elf2image --flash_mode dio --flash_size 2MB -o ./nuttx.bin nuttx

$ make menuconfig
.config - NuttX/x86_64 Configuration
────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────
┌───────────────────────── NuttX/x86_64 Configuration ──────────────────────────
Arrow keys navigate the menu. <Enter> selects submenus ---> (or empty │
submenus ----). Highlighted letters are hotkeys. Pressing <Y> includes, │
<N> excludes, <M> modularizes features. Press <Esc><Esc> to exit, <?> for │
Help, </> for Search. Legend: [*] built-in [ ] excluded <M> module < > │
┌───────────────────────────────────────────────────────────────────────────
Build Setup --->
System Type --->
Board Selection --->
RTOS Features --->
Device Drivers --->
│ Networking Support --->
Crypto API --->
File Systems --->
Graphics Support --->
│ Memory Management --->
Audio Support --->
Video Support --->
Wireless Support --->
Binary Loader --->
Library Routines --->
Open Asymmetric Multi Processing --->
Application Configuration --->
───────────────────────────────────────────────────────────────────────────┘
├───────────────────────────────────────────────────────────────────────────────
<Select> < Exit > < Help > < Save > < Load > │
───────────────────────────────────────────────────────────────────────────────┘
Make menuconfig customiza o que deseja adicionar/retirar na placa. Por exemplo, permite adicionar os drivers de um determinado periférico, adicionar mensagens de debug, etc.
Após compilar, será gerado um BIN, o mesmo deve ser gravado no UBLOX NINA W102, via FLASHTOOLS, junto com partitions.bin e bootloader.bin.
Pode também ser utilizado esptools

TESTANDO NO NINA W102
Abra então o TERATERM (115200,N,8.1)



Sobre a SMARTCORE

A SmartCore fornece módulos para comunicação wireless, biometria, conectividade, rastreamento e automação.
Nosso portifólio inclui modem 2G/3G/4G/NB-IoT/Cat.M, satelital, módulos WiFi, Bluetooth, GNSS / GPS, Sigfox, LoRa, leitor de cartão, leitor QR code, mecanismo de impressão, mini-board PC, antena, pigtail, LCD, bateria, repetidor GPS e sensores.
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