zephyr移植支持类型soc适配

本文详细介绍了如何在Zephyr嵌入式RTOS中适配STM32H743系列芯片,涉及工程目录结构、关键配置文件修改和自定义单板的步骤,包括Kconfig、devicetree、编译链接等关键环节。

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一、前言


    zephyr是一款小型物联网嵌入式RTOS,目前支持多款硬件平台,本文就是介绍下对zephyr支持的硬件平台移植的适配。

二、工程目录简介


 ├──  arch              包含和硬件体系结构相关的代码,每种平台占一个相应的目录

 ├──  boards          板级代码及相关的配置文件,例如stm32h743的就在目录zephyrproject/zephyr/boards/arm/nucleo_h743zi,我们适配自定义单板也主要是修改这个目录

 ├──  cmake           构建 Zephyr 需要额外的构建脚本

 ├──  doc               系统文档目录

 ├──  drivers          设备驱动,每个不同的驱动占用一个子目录

 ├──  dts               devicetrree 源文件,用于描述特定板子的设备细节,如外设寄存器数量及寄存器地址

 ├──  ext               其他功能的支持

 ├──  include        包括所有公共 api 的文件,除了在 lib 下定义的部分

 ├──  kernel         与架构无关的内核代码

 ├──  lib               库代码,包括最小的标准 C 库

 ├──  misc            不属于任何其他顶级目录的杂项代码

 ├──  modules         提供特定芯片系列的一些外设配置选项

 ├──  samples         演示使用 Zephyr 特性的示例应用程序

 ├──  scripts         用于构建和测试 Zephyr 应用程序的各种程序和其他文件。

 ├──  soc             SoC 相关代码和配置文件,如 nRF9160 soc

 ├──  subsys          zephyr 子系统,包括 USB,网络,文件系统及蓝牙等

 ├──  tests           测试 Zephyr 特性的代码

 ├──  CMakeLists.txt CMake 构建系统的顶层文件,包含构建 Zephyr 所需的大量逻辑

 ├──  Kconfig        顶层 Kconfig 文件,它引用 Kconfig.zephyr 文件。也可以在顶级目录中找到

 ├──  west.yml    West 清单,列出由 West 命令行工具管理的外部存储库

三、适配动作


    本文以移植stm32h743系列soc为例,具体芯片型号为STM32H743IIT6;

    首先了解一下一个单板目录的文件结构组成,包括:

        Kconfig.board:与Kconfig.defconfig配合使用,共同组成项目编译选项配置,完成Kconfig功能

        nucleo_h743zi.dts:设备树文件,定义单板的各项设备驱动的数据信息,也是我们适配需要重点修改的文件

        board.cmake:定义单板编译链接下载的方式

        Kconfig.defconfig:与Kconfig.board配合使用,共同组成项目编译选项配置,完成Kconfig功能

        nucleo_h743zi.yaml:描述单板硬件各项数据信息,包括单板型号、flash大小、ram大小、支持的设备驱动等

        doc/:里面存放单板相关的文档和图片说明

        nucleo_h743zi_defconfig:定义单板的各种开关以及指定系统时钟频率

        support/:st-link才有此文件夹,负责支持openocd

   下面开始展示下怎么自定义一个单板目录,其实zephyr对于各个平台的单板的适配都做的很好,所以真正改动的地方不会太多:

    1)首先在zephyr目录下找到自己想要适配的芯片目录,在同级目录下复制一个,我这里是h743,所以我复制的是nucleo_h743zi单板目录,取名nucleo_h743zephyr,之后下面的所有改动都在这个目录下进行

    2)doc和support这俩目录基本不用改动,同系列soc这俩目录是通用的

    3)board.cmake:如果你用的是st-link则不需要修改,如果用的是jlink请参考支持jlink的板子填写

    4)Kconfig.board:将改为(注释内容也最好跟着修改体现一致性,我这里没改是错误举动)

    5)Kconfig.defconfig:将改为

    6)nucleo_h743zephyr_defconfig:将原本复制过来的nucleo_h743zi_defconfig更名为nucleo_h743zephyr_defconfig,并在里面添加系统时钟频率设置CONFIG_SYS_CLOCK_HW_CYCLES_PER_SEC=400000000 #II6为400MHz,具体要根据芯片手册设置

    7)nucleo_h743zephyr.dts:将原本复制过来的nucleo_h743zi.dts更名为nucleo_h743zephyr.dts,这个里面会描述大量驱动设备的数据,例如管脚接口,地址信息,引用的设备,这个需要根据芯片开发手册和硬件原理图去调整

    8)nucleo_h743zephyr.yaml:将复制过来的nucleo_h743zi.yaml更名为nucleo_h743zephyr.yaml,对立面关于单板型号的描述从H743ZI改为H743ZEPHYR,主要是name和identifier这俩属性,其余是通用不需要修改

    9)还有就是有些应用需要制定特殊配置,这时候需要在应用的工程目录下添加.overlay文件,zephyr的驱动样例就有大量操作,例如adc里面就指定通道信息,比较奇怪的是节点名@后面数字超过15需要使用十进制否则代码识别不了,例如使用通道19就要写成channal@19

至此就将板子接上stLink与主机相连,在CMakeLists.txt同级目录下执行west build -b nucleo_h743zephyr -p编译自定义单板工程,使用west flash命令烧写

<think>首先,用户的问题是:“我想理解Zephyr操作系统中west工具的devicetree展开机制及其原理 请问Zephyr west devicetree 展开机制和工作原理”。用户想了解Zephyr操作系统中west工具的devicetree展开机制及其原理。 关键点是: - Zephyr RTOS:一个开源的实时操作系统。 - West工具:Zephyr的命令行工具,用于管理项目、构建、配置等。 - Devicetree:一种硬件描述语言,用于描述硬件配置,在Zephyr中被广泛用于硬件抽象。 用户提到的引用是站内引用的内容,我应该参考这些引用来提供相关和准确的信息。引用包括: - [^1]: 关于电源管理、外设控制等。 - [^2]: 关于Zephyr构建环境,如find_package、project等。 - [^3]: 关于设备运行时电源管理(Device Runtime Power Management)。 - [^4]: 关于DTS、Kconfig等硬件适配。 用户的问题集中在devicetree的展开机制,特别是与west工具相关。所以,我需要解释devicetree在Zephyr中是如何工作的,以及west工具在其中的角色。 ### 理解Devicetree在Zephyr中的作用 在Zephyr中,Devicetree(DTS)用于描述硬件平台,包括CPU、内存、外设等。它允许开发者编写与硬件无关的代码。Devicetree文件(.dts和.dtsi)被编译成二进制格式(.dtb),然后在构建过程中被解析和集成到Zephyr中。 ### West工具的角色 West是Zephyr的元工具,用于管理多个仓库(manifest)、构建项目、运行测试等。在构建过程中,west调用CMake来配置项目,这包括处理Devicetree文件。 ### Devicetree展开机制 Devicetree展开机制指的是将多个Devicetree源文件(.dts、.dtsi)合并、解析并生成最终设备树表示的过程。这包括: 1. **预处理**:处理包含文件(#include)、宏等。 2. **解析**:将DTS文件解析成内部数据结构。 3. **绑定**:使用YAML绑定文件将设备树节点映射到Zephyr驱动程序。 4. **生成**:生成C头文件或数据结构,用于代码编译。 在Zephyr中,这个过程由Devicetree工具(dtc或Zephyr的自定义工具)处理,west工具协调整个构建流程。 ### 与引用的相关性 - 引用[^4]提到:“DTS (.dts/.dtsi)硬件资源声明与地址映射”,这与Devicetree直接相关。 - 引用[^2]提到CMake构建环境,如find_package和target_sources,这与west工具如何调用构建相关。 - 引用[^3]提到设备电源管理,但用户问题焦点是devicetree展开,所以可能次要。 - 引用[^1]关于电源管理,不太直接相关。 我应该专注于解释机制,并自然地引用相关部分。 ### 回答结构 根据系统指令: - 使用中文回答。 - 结构清晰,逐步解释。 - 行内数学表达式用$...$,但用户问题不涉及数学,所以可能不需要。 - 独立公式用$$...$$,但同样,这里可能不适用。 - 生成相关问题。 - 在引用段落末尾添加引用标识。 回答结构: 1. **引言**:简要介绍Zephyr的Devicetree和West工具。 2. **Devicetree展开机制**:详细解释过程,包括预处理、解析、绑定和生成。 3. **West工具的作用**:解释west如何管理构建流程,包括Devicetree处理。 4. **原理**:讨论背后的原理,如硬件抽象、代码生成。 5. **引用相关部分**:自然地融入引用。 6. **相关问题**:生成相关问题。 ### 生成相关问题 在最后,添加相关问题,如: - Devicetree绑定文件如何编写? - 如何在Zephyr中自定义Devicetree? - West工具的其他功能是什么? ### 确保真实可靠 基于我对Zephyr的理解: - Zephyr使用Devicetree来定义硬件。 - West工具使用manifest文件管理仓库。 - 构建时,CMake调用dtc或类似工具处理Devicetree。 - 引用[^4]提到DTS和Kconfig,直接相关。 最终回答应清晰、教育性强。</think>### Zephyr West工具中的Devicetree展开机制及原理 在Zephyr RTOS中,Devicetree(设备树)是一种关键硬件抽象机制,用于描述硬件平台(如CPU、内存、外设等)的配置信息。West工具作为Zephyr的命令行接口,用于管理项目构建、配置和依赖。Devicetree的“展开机制”指的是将多个Devicetree源文件(.dts、.dtsi)合并、解析并生成最终可执行代码的过程。这一机制确保硬件描述与驱动代码无缝集成。下面我将逐步解释其工作机制和原理,确保内容清晰可靠。 --- ### 1. Devicetree在Zephyr中的作用 Devicetree(DTS)以文本文件形式描述硬件资源,例如: - 处理器类型、内存映射。 - 外设寄存器地址(如UART、SPI)。 - 中断配置和时钟源。 在Zephyr中,Devicetree文件(.dts或.dtsi)通过预处理、解析和绑定,生成C头文件(如`zephyr/include/generated/devicetree_unfixed.h`),供内核和驱动使用。这实现了硬件无关的代码开发,开发者无需直接处理底层寄存器[^4]。 --- ### 2. West工具的角色 West是Zephyr的元工具,用于管理多仓库项目(通过`west.yml` manifest文件)。在构建过程中,West调用CMake配置项目,并协调Devicetree处理流程: - **初始化项目**:`west build`命令解析manifest,下载依赖仓库(如硬件特定DTS文件)。 - **构建协调**:West调用CMake生成构建脚本,CMake再调用Devicetree工具链处理DTS文件。 - **关键命令示例**: ```bash west build -b <board> # 指定目标板,触发Devicetree处理 ``` 这确保了硬件描述与Zephyr内核的集成,例如在电源管理中,设备状态依赖于Devicetree定义的唤醒源(如GPIO中断)[^1]。 --- ### 3. Devicetree展开机制详解 Devicetree展开是一个多阶段过程,由West和CMake驱动,发生在构建的配置阶段。以下是核心步骤: #### (1) **预处理阶段(Preprocessing)** - **机制**:West调用C预处理器(如`dtc`或Zephyr自定义工具)处理`.dts`和`.dtsi`文件。这包括: - 解析`#include`指令,合并多个源文件(例如,板级DTS包含SoC级DTSi)。 - 处理宏定义(如`#define`)和条件编译。 - **原理**:实现硬件描述的模块化。例如,一个STM32板的DTS文件可能包含: ```dts #include <st/f4/stm32f407.dtsi> // 引用SoC通用定义 / { chosen { zephyr,console = &usart1; // 指定控制台设备 }; }; ``` 预处理后生成一个统一的中间表示(`.pre.tmp`文件)。 #### (2) **解析与绑定阶段(Parsing and Binding)** - **机制**:Devicetree解析器将预处理输出转换为抽象语法树(AST)。然后,使用YAML绑定文件(位于`dts/bindings/`目录)将节点映射到Zephyr驱动: - 每个设备节点(如`uart0`)匹配一个YAML绑定文件,定义驱动兼容性(`compatible`属性)和寄存器映射。 - 例如,绑定文件可能指定`compatible: "st,stm32-uart"`,链接到Zephyr的UART驱动。 - **原理**:实现硬件-驱动解耦。绑定文件充当“契约”,确保驱动能正确访问硬件资源。在电源管理中,设备状态(如`PM_DEVICE_STATE_LOW_POWER`)依赖于绑定定义的时钟控制[^3]。 #### (3) **代码生成阶段(Code Generation)** - **机制**:生成C头文件和数据结构: - 设备树节点转换为`struct device`实例。 - 寄存器地址和中断号硬编码到生成的代码中。 - 输出文件如`devicetree.conf`和`generated_dts_board.conf`,供CMake和Kconfig使用。 - **原理**:优化性能和资源使用。生成的代码允许内核在运行时快速访问硬件配置,支持特性如Tickless Idle(通过减少CPU唤醒次数节省功耗)[^3]。 #### (4) **集成到构建系统** - West通过CMake调用Devicetree工具链: ```cmake find_package(Zephyr REQUIRED HINTS $ENV{ZEPHYR_BASE}) # 引入Zephyr构建环境 target_sources(app PRIVATE src/main.c) # 主代码依赖生成的Devicetree头文件 ``` 整个过程在`west build`执行时自动完成,用户无需手动干预[^2]。 --- ### 4. 关键原理总结 - **硬件抽象**:Devicetree将硬件细节从驱动代码分离,支持跨平台移植。例如,同一UART驱动可在不同板上工作,只需更新DTS文件[^4]。 - **动态配置**:展开机制允许运行时电源管理。例如,当设备空闲时(引用计数器为0),Devicetree定义的唤醒源(如GPIO中断)可触发低功耗状态切换[^1][^3]。 - **效率优化**:通过预处理和代码生成,减少构建时间和内存占用。在资源受限的嵌入式系统中,这至关重要。 - **West的协调作用**:作为统一入口,West确保DTS变更(如修改`.dts`文件)能触发增量构建,避免全量重编译[^4]。 --- ### 注意事项 - **调试技巧**:使用`CONFIG_DEVICETREE_DEBUG`选项跟踪展开过程。在West构建中,检查`build/zephyr/include/generated/`目录查看生成的文件。 - **常见问题**:如果DTS绑定错误,可能导致驱动初始化失败。确保YAML文件与硬件兼容性匹配[^4]。 - **硬件依赖**:展开机制的效果依赖MCU的电源管理单元(如STM32的PWR模块),需在DTS中正确定义[^1]。 通过West工具集成的Devicetree展开机制,Zephyr实现了高效的硬件管理和低功耗优化,是嵌入式开发的核心特性。
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