2024年寒假练-基于i.MX RT1021开发板适配Zephyr及lvgl

内容介绍

1 项目介绍

本项目，基于eetree提供的i.MX RT1021开发板，适配了zephyr rtos，并适配了lcd驱动进行lvgl显示。不同于常见的rt-thread、freerots等rtos，zephyr驱动是以类linux的设备树方式进行管理的，因此本项目的大部分适配工作是建立针对eetree rt1021开发板的设备树。同时通过适配过程，也能体现出zephyr rtos基于设备树管理的优越性。

2 zephyr及设备树简介

2.1 zephyr

Zephyr是一个小型的实时操作系统，用于资源受限的嵌入式互联设备（主要是微控制器），支持多种架构，使用Apache许可证 2.0发行。Zephyr最初是风河系统公司在2015年11月推出的为物联网（IoT）设备开发的“Rocket内核”，更早时称为“Microkernel Profile for VxWorks”，代码移植于2001年并购Eonic Systems得来的Virtuoso DSP RTOS。在2016年2月，它成为Linux基金会的项目而改称现名。

2.1 设备树

设备树是一种描述特定硬件的数据结构，以便于操作系统更高的使用和管理硬件外设，它是一种树状的形态结构。

对应的描述语言：

/dts-v1/;
/ {
        soc {
                i2c-bus-controller {
                        i2c-peripheral-1 {
                        };
                        i2c-peripheral-2 {
                        };
                        i2c-peripheral-3 {
                        };
                };
        };
};

3 硬件介绍

eetree的i.MX RT1021开发板由核心板和底板两部分组成，基于恩智浦i.MX RT1020系列MIMXRT1021CAG4A芯片设计，有如下特点：

高性能 Arm Cortex-M7
- 2517 CoreMark/1070 DMIPS@500 MHz
高达 256KB 片内RAM
外扩8MB FLASH用于存储程序
丰富的接口UART、SPI、I²C、USB、USDHC等
丰富的外设：温湿度传感器、三轴磁场传感器、加速度角速度传感器、环境光传感器，一个RGB彩灯、一块128*160分辨率的电阻式触摸屏，一个旋钮，一个双轴电位计摇杆等

4 设备树适配

要让一个rtos正常运行，通常需要适配ram、flash、内核任务调度、uart这几个基础的方面。zephyr对于内核的支持已经非常完善，已经完成了目前绝大多数的内核适配，因此这部分我们可以不用关心。并且，nxp官方在zephyr提供了基于其官方开发板的设备树支持，我们可以作为参考，并主要关心不同开发板硬件差异的ram、flash、uart部分。同时为了运行lvgl，我们还需适配spi lcd驱动。

4.1 建立开发板dts文件

基于nxp 开发板dts进行修改，删除与我们无关的dts信息

4.2 ram设备树描述

&itcm {
    reg = <0x00000000 DT_SIZE_K(64)>;
};

&dtcm {
    reg = <0x20000000 DT_SIZE_K(64)>;
};

&ocram {
    reg = <0x20200000 DT_SIZE_K(128)>;
};

4.3 flash设备树描述

&flexspi {
    status = "okay";
    reg = <0x402a8000 0x4000>, <0x60000000 DT_SIZE_M(8)>;
    w25q64: w25q64@0 {
        compatible = "nxp,imx-flexspi-nor";
        size = <67108864>;
        reg = <0>;
        spi-max-frequency = <133000000>;
        status = "okay";
        jedec-id = [9d 70 17];
        erase-block-size = <4096>;
        write-block-size = <1>;
...
    };
};

4.4 uart设备树描述

&lpuart1 {
    status = "okay";
    current-speed = <115200>;
    pinctrl-0 = <&pinmux_lpuart1>;
    pinctrl-1 = <&pinmux_lpuart1_sleep>;
    pinctrl-names = "default", "sleep";
};

uart管脚适配：

    pinmux_lpuart1: pinmux_lpuart1 {
        group0 {
            pinmux = <&iomuxc_gpio_ad_b0_07_lpuart1_rx>,
                <&iomuxc_gpio_ad_b0_06_lpuart1_tx>;
            drive-strength = "r0-6";
            slew-rate = "slow";
            nxp,speed = "100-mhz";
        };
    };

4.5 spi lcd设备树描述：

&lpspi4 {
    status = "okay";
    pinctrl-0 = <&pinmux_lpspi4>;
    pinctrl-names = "default";

    cs-gpios = <&gpio3 1  GPIO_ACTIVE_LOW>;

    st7735r_st7735r_ada_160x128: st7735r@0 {
        compatible = "sitronix,st7735r";
        spi-max-frequency = <20000000>;
        reg = <0>;
        cmd-data-gpios = <&gpio3 4 GPIO_ACTIVE_LOW>;    /* D9 */
        reset-gpios = <&gpio3 7 GPIO_ACTIVE_LOW>;   /* D8 */
        width = <160>;
        height = <128>;
        x-offset = <0>;
        y-offset = <0>;
        madctl = <0x60>;
        colmod = <0x55>;
        vmctr1 = <0x0e>;
        pwctr1 = [a2 02 84];
        pwctr2 = [c5];
        pwctr3 = [0a 00];
        pwctr4 = [8a 2a];
        pwctr5 = [8a ee];
        frmctr1 = [01 2c 2d];
        frmctr2 = [01 2c 2d];
        frmctr3 = [01 2c 2d 01 2c 2d];
        gamctrp1 = [02 1c 07 12 37 32 29 2d 29 25 2b 39 00 01 03 10];
        gamctrn1 = [03 1d 07 06 2e 2c 29 2d 2e 2e 37 3f 00 00 02 10];
    };
};

spi管脚适配：

    pinmux_lpspi4: pinmux_lpspi4 {
        group0 {
            pinmux = <&iomuxc_gpio_emc_32_lpspi4_sck>,
                <&iomuxc_gpio_emc_33_lpspi4_pcs0>,
                <&iomuxc_gpio_emc_34_lpspi4_sdo>,
                <&iomuxc_gpio_emc_35_lpspi4_sdi>;
            drive-strength = "r0-6";
            slew-rate = "fast";
            nxp,speed = "100-mhz";
        };
    };

4.6 zephyr选定外设

    chosen {
        zephyr,flash-controller = &w25q64;
        zephyr,flash = &w25q64;
        zephyr,code-partition = &slot0_partition;
        zephyr,sram = &ocram;
        zephyr,itcm = &itcm;
        zephyr,dtcm = &dtcm;
        zephyr,console = &lpuart1;
        zephyr,shell-uart = &lpuart1;
        zephyr,display = &st7735r_st7735r_ada_160x128;
    };

5 代码展示

工程代码位于：\samples\modules\lvgl\demos\目录

5.1 主线程代码

int main(void)
{
    const struct device *display_dev;

    display_dev = DEVICE_DT_GET(DT_CHOSEN(zephyr_display));
    if (!device_is_ready(display_dev)) {
        LOG_ERR("Device not ready, aborting test");
        return 0;
    }

    printk("eetree i.MX RT1021 board\n");

#if defined(CONFIG_LV_USE_DEMO_MUSIC)
    lv_demo_music();
#elif defined(CONFIG_LV_USE_DEMO_BENCHMARK)
    lv_demo_benchmark();
#elif defined(CONFIG_LV_USE_DEMO_STRESS)
    lv_demo_stress();
#else
#error Enable one of the demos CONFIG_LV_USE_DEMO_MUSIC, CONFIG_LV_USE_DEMO_BENCHMARK \
or CONFIG_LV_USE_DEMO_STRESS.
#endif

    lv_task_handler();
    display_blanking_off(display_dev);

    while (1) {
        int32_t time = lv_task_handler();
        if(time>0)
            k_msleep(lv_task_handler());
        else
            k_msleep(100);
    }

    return 0;
}

5.2 针对eetree硬件添加工程关键配置：

CONFIG_LV_COLOR_16_SWAP=y
CONFIG_MAIN_STACK_SIZE=32768
CONFIG_LV_Z_MEM_POOL_SIZE=65536

6 编译运行

west build -p auto -b mimxrt1020_evk samples\modules\lvgl\demos

7 小结

本文完成了在zephyr上对eetree board的基础功能适配，并可进行lvgl显示，代码通过gitee进行开源，为该板子的生态支持提供了基础贡献，未来可以在zephyr上基于该硬件探索更多的可能性。