Programando u-blox NINA-W106 com NuttX - Network Support - PING (WIFI)
BETA
O
objetivo deste BLOG é demonstrar como é possível utilizar o NuttX para
programação do NINA W106. Foi utilizado o EVK U-BLOX NINA W106 para o teste. O exemplo abrirá um terminal para interagir com o NuttX e iniciar acesso à Rede e realizar um PING.
Testado no Ubuntu 20
EVK NINA W106
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 W106 E NuttX
Como
o módulo U-BLOX NINA W106 é baseado no chip ESP32 (CPU), será possível rodar o
Nuttx sem problemas.
O link abaixo, é roteiro Básico para que você possa preparar o ambiente para programar o U-BLOX NINA W106 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 appsO 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-pippython3-setuptool$sudo update-alternatives --install /usr/bin/python python /usr/bin/python3
Instale agora o ESP-IDF (ESP32 TOOLS, LIBS, ETC) manualmentehttps://docs.espressif.com/projects/esp-idf/en/latest/esp32/get-started/linux-setup.html
(ESP-IDF) extrair
osboxes@osboxes:~$ 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/ ${HOME}/esp/esp-idf
Após a instalação do IDF, ou caso já possua o IDF instalado, execute oseguinte comando para ativar o ambiente virtual que foi configurado nainstalação. Sempre que for realizar o build do NuttX, será necessárioativar este ambiente.$. ${HOME}/esp/esp-idf/export.sh
No presente momento, o NuttX utiliza 2 binários gerados através doIDF: o bootloader e a tabela de partição. Ainda dentro do diretórionuttx/, 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
U-BLOX NINA W106.
$ 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$ makeCreate .versionCreate version.hLN: include/arch/board to /home/osboxes/nuttx/nuttx/boards/xtensa/esp32/esp32-devkitc/includemake[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/dummymake[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.amake[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.hexmake[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.binosboxes@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 4MB -o ./nuttx.bin nuttx
Você pode configurar U-BLOX NINA W106 via
$ 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 W106, via FLASHTOOLS, junto com partitions.bin e bootloader.bin.
Pode também ser utilizado esptoolsTESTANDO NO U-BLOX NINA W106Abra então o TERATERM (115200,N,8.1)
Conexão com USB para SERIAL
Configurando Rede para o NINA W106
$ make distclean
$ ./tools/configure.sh esp32-devkitc:wapi
$ make menuconfig
Para suporte tabela DNS
* Library Routines
* NETDB Support
* DNS Name resolution
* Target IPv4 Address
0xc0a80101 .config - NuttX/x86_64 Configuration
→ Library Routines → NETDB Support → DNS Name resolution ─────────────────────────────
┌────────────────────────────── DNS Name resolution ──────────────────────────────┐
│ 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 < > module │
│ ┌─────────────────────────────────────────────────────────────────────────────┐ │
│ │ --- DNS Name resolution │ │
│ │ (8) Number of DNS resolver entries │ │
│ │ (32) Max size of a cached hostname │ │
│ │ (3600) Life of a DNS cache entry (seconds) │ │
│ │ (256) Max response size │ │
│ │ (30) DNS receive timeout │ │
│ │ (3) Number of retries for DNS request │ │
│ │ [ ] DNS resolver file support │ │
│ │ (1) Max number of configured nameservers │ │
│ │ DNS server address type (IPv4 DNS server address) ---> │ │
│ │ (0xc0a86401) Target IPv4 address │ │
│ │ │ │
│ │ │ │
│ │ │ │
│ │ │ │
│ │ │ │
│ │ │ │
│ │ │ │
│ │ │ │
│ │ │ │
│ │ │ │
│ └─────────────────────────────────────────────────────────────────────────────┘ │
├─────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────┤
│ <Select> < Exit > < Help > < Save > < Load > │
└─────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────┘
0xc0a86401 IP DO SEU GATEWAYSalve e execute make
$make
Pediu para instalar o curl
osboxes@osboxes:~/nuttx/nuttx$ curl Command 'curl' not found, but can be installed with: sudo apt install curl osboxes@osboxes:~/nuttx/nuttx$ sudo apt-get install curl
.
.
$make
.
.
make[2]: Leaving directory '/home/osboxes/nuttx/apps' make[1]: Leaving directory '/home/osboxes/nuttx/apps' make[1]: Entering directory '/home/osboxes/nuttx/nuttx/arch/xtensa/src' Downloading: ESP Wireless Drivers % Total % Received % Xferd Average Speed Time Time Time Current Dload Upload Total Spent Left Speed 100 178 100 178 0 0 294 0 --:--:-- --:--:-- --:--:-- 293 100 9971k 0 9971k 0 0 2799k 0 --:--:-- 0:00:03 --:--:-- 4066k Unpacking: ESP Wireless Drivers
.
.
ake[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.hex CP: nuttx.bin MKIMAGE: ESP32 binary esptool.py -c esp32 elf2image -fs 4MB -fm dio -ff 40m -o nuttx.bin nuttx esptool.py v3.1-dev Merged 1 ELF section Generated: nuttx.bin (ESP32 compatible) Gravando e Testando
nsh>ifconfig wlan0 192.168.100.88 netmask 255.255.255.0
nsh>wapi psk wlan0 "xxxxxxxx" 1
nsh>wapi psk wlan0 "xxxxxxxx" 1
nsh>wapi essid wlan0 "Andreia Oi Miguel 2.4G" 1
nsh>ifconfig
wlan0 Link encap:Ethernet HWaddr a4:cf:12:75:31:c8 at UP
inet addr:192.168.100.88 DRaddr:192.168.100.1 Mask:255.255.255.0Sem explicação, deves fazer ping para 8.8.8.8 antes
DÚVIDAS
suporte@smartcore.com.br
AGRACIMENTOS
Alan Carvalho de Assis
Mestre em Engenharia Elétrica pela UFRGS; Formado em Computação
Sistemas de Informação pela UnilesteMG
REFERÊNCIAS
Sobre a SMARTCORE
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