Nordic nRF7002开发板试用体验

登录 · 发表于 2023-9-25 21:36

本帖最后由 zhanzr21 于 2023-9-25 21:36 编辑

#有奖活动# #申请原创#

开发板开箱/硬件资源

在21ic上看到Nordic举办开发板评测活动，有幸参与，把自己的一些体会和经历记录下来，分享给大家。这是第一篇，板子的内容较多，后续内容会继续写。
首先不能免俗来个开箱照片吧。

开发板的资源较多, 主要的功能围绕三个芯片为核心：

一个nRF5340是调试器，烧写成Segger JLink，这个暂时不详细研究，只当做工具来使用;
一个nRF5340是主MCU，也就是开发板的主角,提供蓝牙\NFC等功能;
一个nRF7002,提供WiFi功能，这个芯片本身作为一个外设挂在主MCU上的。

所以开发板主要编程的对象是主MCU:nRF5340。
nRF5340芯片本身也是一个双核心的SoC,两个核心都是Cortex®-M33 :
主核心带DSP增强指令， FPU，Armv8-M安全扩展(如TrustZone)，最高频率128 MHz，称为应用核(App Core)；
次核心没有DSP/FPU，频率固定在64 MHz，称为网络核(Net Core)。
具体在该开发板子，应用核的资源如下:

Interface	Controller	Driver/Component
ADC	on-chip	adc
CLOCK	on-chip	clock_control
FLASH	on-chip	flash
GPIO	on-chip	gpio
I2C(M)	on-chip	i2c
MPU	on-chip	arch/arm
NVIC	on-chip	arch/arm
PWM	on-chip	pwm
RTC	on-chip	system clock
RTT	Segger	console
RADIO	nrf7002	Wi-Fi 6 (802.11ax)
QSPI	on-chip	qspi
SPI(M/S)	on-chip	spi
SPU	on-chip	system protection
UARTE	on-chip	serial
USB	on-chip	usb
WDT	on-chip	watchdog

网络核的资源如下:

Interface	Controller	Driver/Component
CLOCK	on-chip	clock_control
FLASH	on-chip	flash
GPIO	on-chip	gpio
I2C(M)	on-chip	i2c
MPU	on-chip	arch/arm
NVIC	on-chip	arch/arm
RADIO	on-chip	Bluetooth, ieee802154
RTC	on-chip	system clock
RTT	Segger	console
QSPI	on-chip	qspi
SPI(M/S)	on-chip	spi
UARTE	on-chip	serial
WDT	on-chip	watchdog

这种配置类似于桌面/移动处理器的大小核组合，两核通过共享内存或者IPC通信，核间通信的细节以后再详细写。
顺便提一句，该开发板开发环境配置支持多种操作系统(Win/MacOS/Linux)，但是如同大多数嵌入式开发环境，最推荐使用Windows开发机器了，因为官方的教程大多都是以Windows为例子。把开发板子插到电脑上，驱动安装好之后(驱动安装相关内容在下一节)，打开设备详情可以看到以下内容。

这里啰嗦一下子，为什么这个板载调试器叫做Segger J-Link？
是因为Segger公司收费后向Nordic授权了J-Link商标和软件的使用权。调试这个标准Cortex-M内核的芯片使用开源的DAP Link也可以，但是显而易见的是J-Link的功能/速度都远远超过开源的公版调试器。作为开发者而言, 很感激这种设计。
笔者本人有很多开发板，有些自费购买的，有些活动赠送的。相对而言，配置了好的板载调试器的板子使用起来效率高很多。某些开发板为了成本或者体积的考虑，不配置调试器，或者让开发者外面插线，或者用那种别扭的USB/串口来刷固件。非常影响开发和学习效率。

开发环境配置

如同上文所述，开发环境选择Windows机器。主要参考官方的一个视频教程合集：

https://www.youtube.com/watch?v= ... NordicSemiconductor

这个教程比较全面，看完之后就可以上手开发了。
但注意两点:
一、需要特殊的网络配置，
二、原文是英文，很多工程师可能更习惯有母语视频。

本人倒是有心自己做一个这样的视频教程放在便于访问的平台上，暂时时间有限，只做了个比较简短的。

安装nRF Command Line Tools

https://www.nordicsemi.com/Produ ... Line-Tools/Download

安装好后内容:

复制

.

├── bin

│   ├── highlevelnrfjprog.dll

│   ├── jlinkarm_nrf_worker.exe

│   ├── jlinkarm_nrf51_nrfjprog.dll

│   ├── jlinkarm_nrf52_nrfjprog.dll

│   ├── jlinkarm_nrf53_nrfjprog.dll

│   ├── jlinkarm_nrf91_nrfjprog.dll

│   ├── jlinkarm_unknown_nrfjprog.dll

│   ├── mergehex.exe

│   ├── nrfdfu.dll

│   ├── nrfjprog.dll

│   └── nrfjprog.exe

├── include

│   ├── DllCommonDefinitions.h

│   ├── highlevelnrfjprogdll.h

│   ├── mergehex.h

│   ├── nrfdfu.h

│   ├── nrfjprog.h

│   └── nrfjprogdll.h

├── lib

│   ├── highlevelnrfjprog.lib

│   ├── jlinkarm_nrf51_nrfjprog.lib

│   ├── jlinkarm_nrf52_nrfjprog.lib

│   ├── jlinkarm_nrf53_nrfjprog.lib

│   ├── jlinkarm_nrf91_nrfjprog.lib

│   ├── jlinkarm_unknown_nrfjprog.lib

│   ├── nrfdfu.lib

│   └── nrfjprog.lib

├── LICENSE.rtf

├── LICENSE.txt

├── mergehex_release_notes.txt

├── nrfjprog_release_notes.txt

├── python

│   ├── __init__.py

│   ├── LICENSE

│   ├── MANIFEST.in

│   ├── pynrfjprog

│   │   ├── __init__.py

│   │   ├── API.py

│   │   ├── APIError.py

│   │   ├── config.toml

│   │   ├── docs

│   │   │   ├── __init__.py

│   │   │   ├── highlevelnrfjprogdll.h

│   │   │   ├── nrfdfu.h

│   │   │   ├── nrfjprog_release_notes.txt

│   │   │   └── nrfjprogdll.h

│   │   ├── examples

│   │   │   ├── __init__.py

│   │   │   ├── hex_files

│   │   │   │   ├── __init__.py

│   │   │   │   ├── nrf51_dk_blinky.hex

│   │   │   │   ├── nrf51_dk_rtt.hex

│   │   │   │   ├── nrf52_dk_blinky.hex

│   │   │   │   ├── nrf52_dk_rtt.hex

│   │   │   │   ├── nrf52840_dk_blinky.hex

│   │   │   │   ├── nrf53_dk_blinky.hex

│   │   │   │   ├── nrf53_dk_rtt.hex

│   │   │   │   ├── nrf91_dk_blinky.hex

│   │   │   │   ├── nrf91_dk_rtt.hex

│   │   │   │   └── nrf9160_pca20035_firmware_upgrade_app_0.1.0.hex

│   │   │   ├── highlevel_memory_read_write.py

│   │   │   ├── highlevel_program_hex.py

│   │   │   ├── memory_read_write.py

│   │   │   ├── nrf9160_pca20035_modem_upgrade_over_serial.py

│   │   │   ├── program_hex.py

│   │   │   ├── python_help.py

│   │   │   ├── rtt_asyncio.py

│   │   │   ├── rtt_callback.py

│   │   │   └── rtt_synchronous.py

│   │   ├── Hex.py

│   │   ├── HighLevel.py

│   │   ├── JLink.py

│   │   ├── lib_arm64

│   │   │   └── __init__.py

│   │   ├── lib_armhf

│   │   │   └── __init__.py

│   │   ├── lib_x64

│   │   │   ├── __init__.py

│   │   │   ├── highlevelnrfjprog.dll

│   │   │   ├── highlevelnrfjprog.lib

│   │   │   ├── jlinkarm_nrf_worker.exe

│   │   │   ├── nrfdfu.dll

│   │   │   ├── nrfdfu.lib

│   │   │   ├── nrfjprog.dll

│   │   │   └── nrfjprog.lib

│   │   ├── lib_x86

│   │   │   └── __init__.py

│   │   ├── LowLevel.py

│   │   ├── MultiAPI.py

│   │   ├── Parameters.py

│   │   ├── QspiDefault.ini

│   │   └── RTTAsyncIO.py

│   ├── pyproject.toml

│   └── README.md

└── share

    ├── config.toml

    ├── firmware

    │   └── nrf9160_pca20035_firmware_upgrade_app_0.1.1.hex

    ├── NRFCommandLineTools

    │   ├── NRFCommandLineToolsConfig.cmake

    │   ├── NRFCommandLineToolsConfigVersion.cmake

    │   ├── NRFCommandLineToolsTargets.cmake

    │   └── NRFCommandLineToolsTargets-release.cmake

    ├── nrfjprog.ini

    └── QspiDefault.ini

主要内容是烧写工具和驱动，HEX文件工具，烧写工具集成API. 安装好后会自动配置系统路径。

复制

C:\Users\Lenovo>where nrfjprog.exe

D:\Nordic Semiconductor\nrf-command-line-tools\bin\nrfjprog.exe

如果不是手工进行自定义环境开发，这个工具就是安装好后面的工具可以通过PATH环境变量找到它，直接使用。开发者可以暂时不必关心。

安装nRF Connect for Desktop

https://www.nordicsemi.com/Products/Development-tools/nRF-Connect-for-Desktop/Download

这个工具相当于一个总体管理工具，后面的SDK/Programmer都通过这个工具来管理。

安装ToolChain Manager/Programmer

打开刚刚安装好nRF Connect for Desktop工具，按个人需要安装相关的组件，Toolchain manager和Programmer一般都需要。

安装nRF Connect SDK

打开刚刚安装好的Toolchain manager，选择最新的SDK，安装上。
这里对网络需求比较高，否则很容易安装不成功。关于这一点，21ic告知，Nordic厂家的工程师已经在做优化: 如Toolchain和SDK分开管理，将一些文件打包供整体下载等举措。可以预料的是不久的将来，相关软件安装的体验会极大增强。目前而言需要开发者多一点耐心。

Toolchains目录里面放着工具链， v开头的是SDK，downloads里面放着下载好的工具链安装包。
工具链与SDK之间有一定匹配规则，不是某版本的SDK可以与任意版本的工具链组合。据21ic透露，Nordic工程师也在考虑发布工具链和SDK的兼容矩阵表格，相信这样会提高开发者的效率。

安装VS Code/Extension

安装好了SDK后，点Open VS Code，会检测机器上的VS Code，如果机器上没有安装，会提示安装VS Code。

等安装好VS Code，再点这个按钮，如果还缺哪些Extensions，会提示相关的VS Code Extension，如果都安装好了可以直接启动VS Code。

到这里，需要下载安装的必要软件就都好了。

创建工程

创建工程/构建/下载整个过程本人录制了个小视频，供参考:

有两种工程类型:

Freestanding:使用安装好的SDK，工程本身仅包含应用代码。
Workspace:工程包含使用的SDK，占用的磁盘空间大，易于分享和发布。

可以简单理解: 如果是开发阶段，选Freestanding类型。如果代码到了生产环境，就应该使用workspace类型将SDK(最好是连同toolchain)版本一起固化起来。
这里选择一个blinky为应用模版，就是简单的LED闪烁。
默认使用板子上的LED1，在DeviceTree中是LED0。本文的例子中增加了另外一个LED一起闪烁，以验证整个操作流程。

构建配置

选择板子，构建配置。主要是选择使用的板子，如果板子为自定义的(比如自己画的)则需要创建一个开发板配置。官方发布的板子都有现成的开发板配置。

下载

直接点这里下载即可。

也可以自己打开Programmer工具手撸hex文件自行下载。

初始工程代码：

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/*

 * Copyright (c) 2016 Intel Corporation

 *

 * SPDX-License-Identifier: Apache-2.0

 */



#include <zephyr/kernel.h>

#include <zephyr/drivers/gpio.h>



/* 1000 msec = 1 sec */

#define SLEEP_TIME_MS   1000



/* The devicetree node identifier for the "led0" alias. */

#define LED0_NODE DT_ALIAS(led0)



/*

 * A build error on this line means your board is unsupported.

 * See the sample documentation for information on how to fix this.

 */

static const struct gpio_dt_spec led = GPIO_DT_SPEC_GET(LED0_NODE, gpios);



int main(void)

{

    int ret;



    if (!gpio_is_ready_dt(&led)) {

        return 0;

    }



    ret = gpio_pin_configure_dt(&led, GPIO_OUTPUT_ACTIVE);

    if (ret < 0) {

        return 0;

    }



    int tmp_cnt = 0;

    while (1) {

        ret = gpio_pin_toggle_dt(&led);

        if (ret < 0) {

            return 0;

        }



        k_msleep(SLEEP_TIME_MS);

    }

    return 0;

}

新增一个LED配置,修改后代码如下:

复制

#include <zephyr/kernel.h>

#include <zephyr/drivers/gpio.h>



/* 1000 msec = 1 sec */

#define SLEEP_TIME_MS   200



/* The devicetree node identifier for the "led0" alias. */

#define LED0_NODE DT_ALIAS(led0)

#define LED1_NODE DT_ALIAS(led1)



/*

 * A build error on this line means your board is unsupported.

 * See the sample documentation for information on how to fix this.

 */

static const struct gpio_dt_spec led0 = GPIO_DT_SPEC_GET(LED0_NODE, gpios);

static const struct gpio_dt_spec led1 = GPIO_DT_SPEC_GET(LED1_NODE, gpios);



int main(void)

{

    int ret;



    if (!gpio_is_ready_dt(&led0)) {

        return 0;

    }



    ret = gpio_pin_configure_dt(&led0, GPIO_OUTPUT_ACTIVE);

    if (ret < 0) {

        return 0;

    }



    if (!gpio_is_ready_dt(&led1)) {

        return 0;

    }



    ret = gpio_pin_configure_dt(&led1, GPIO_OUTPUT_ACTIVE);

    if (ret < 0) {

        return 0;

    }



    while (1) {

        ret = gpio_pin_toggle_dt(&led0);

        if (ret < 0) {

            return 0;

        }

        k_msleep(SLEEP_TIME_MS);



        ret = gpio_pin_toggle_dt(&led1);

        if (ret < 0) {

            return 0;

        }

        k_msleep(SLEEP_TIME_MS);

    }

    return 0;

}

保存\再次构建后下载观察是否有两个LED闪烁，如果是则整个流程无误。

调试

调试的话，注意在build时带上debug 选项。其余操作与其他工具差距不大，不赘述。

工程之二-连接WiFi

工程模版选择sta即可。(注意:截止本文,SDK不支持AP模式)
查看使用的WiFi接入点的配置，主要是加密选项：

配置prj.conf中的WIFI名称和密码:

复制

# Below configs need to be modified based on security

# CONFIG_STA_KEY_MGMT_NONE=y

CONFIG_STA_KEY_MGMT_WPA2=y

# CONFIG_STA_KEY_MGMT_WPA2_256=y

# CONFIG_STA_KEY_MGMT_WPA3=y

CONFIG_STA_SAMPLE_SSID="wssid_name"

CONFIG_STA_SAMPLE_PASSWORD="password"

配置默认的IP地址,假如DHCP失败的情况可以使用这个:

复制

CONFIG_NET_CONFIG_MY_IPV4_ADDR="192.168.2.110"

CONFIG_NET_CONFIG_MY_IPV4_NETMASK="255.255.255.0"

CONFIG_NET_CONFIG_MY_IPV4_GW="192.168.2.100"

之后构建下载，如果连接成功，LED会闪烁，且有串口输出。

复制

[00:00:00.426,910] <inf> wifi_nrf: Firmware (v1.2.8.1) booted successfully



*** Booting Zephyr OS build v3.3.99-ncs1-1 ***

[00:00:00.582,183] <inf> net_config: Initializing network

[00:00:00.582,183] <inf> net_config: Waiting interface 1 (0x20001430) to be up...

[00:00:00.583,892] <inf> net_config: IPv4 address: 192.168.2.110

[00:00:00.583,953] <inf> net_config: Running dhcpv4 client...

[00:00:00.585,876] <inf> sta: Starting nrf7002dk_nrf5340_cpuapp with CPU frequency: 64 MHz

[00:00:01.585,937] <inf> sta: QSPI Encryption disabled

[00:00:01.586,029] <inf> sta: Static IP address (overridable): 192.168.2.110/255.255.255.0 -> 192.168.2.100

[00:00:03.130,706] <inf> sta: Connection requested

[00:00:03.430,877] <inf> sta: ==================

[00:00:03.430,908] <inf> sta: State: SCANNING

[00:00:03.731,018] <inf> sta: ==================

[00:00:07.449,859] <inf> wifi_nrf: wifi_nrf_wpa_supp_authenticate:Authentication request sent successfully



[00:00:07.632,873] <inf> sta: ==================

[00:00:07.632,904] <inf> sta: State: AUTHENTICATING

[00:00:07.722,320] <inf> wifi_nrf: wifi_nrf_wpa_supp_associate: Association request sent successfully



[00:00:07.805,023] <inf> sta: Connected

[00:00:07.946,563] <inf> sta: ==================

[00:00:07.946,594] <inf> sta: State: COMPLETED

[00:00:07.946,624] <inf> sta: Interface Mode: STATION

[00:00:07.946,624] <inf> sta: Link Mode: WIFI 4 (802.11n/HT)

[00:00:07.946,655] <inf> sta: SSID: ssid_name

[00:00:07.946,685] <inf> sta: BSSID: xx:xx:xx:xx:xx:xx

[00:00:07.946,716] <inf> sta: Band: 2.4GHz

[00:00:07.946,716] <inf> sta: Channel: 4

[00:00:07.946,746] <inf> sta: Security: WPA2-PSK

[00:00:07.946,777] <inf> sta: MFP: Optional

[00:00:07.946,777] <inf> sta: RSSI: -65

连接之后可以ping通:

复制

C:\Users\Lenovo>ping 192.168.2.110



正在 Ping 192.168.2.110 具有 32 字节的数据:

来自 192.168.2.110 的回复: 字节=32 时间=38ms TTL=64

来自 192.168.2.110 的回复: 字节=32 时间=149ms TTL=64

来自 192.168.2.110 的回复: 字节=32 时间=161ms TTL=64

来自 192.168.2.110 的回复: 字节=32 时间=174ms TTL=64



192.168.2.110 的 Ping 统计信息:

    数据包: 已发送 = 4，已接收 = 4，丢失 = 0 (0% 丢失)，

往返行程的估计时间(以毫秒为单位):

    最短 = 38ms，最长 = 174ms，平均 = 130ms

不过本人这个示例中DHCP过程没有完成，只能使用默认配置的静态地址通信。原因应该是跟本人使用的路由器的兼容性问题，还在排查中。

示例工程之三-双核通信

工程模版:entroy_nrf53
如前所述，nRF5340芯片上有两个核心:AppCore和Net Core
IPC是两核心之间的一个通信手段。
这个例子中App Core通过IPC向NetCore请求熵值, NetCore这边使用随机数生成器生成熵值返回。这个示例有两个工程，会生成两个hex文件，可以分别烧写，也可以合并后一起烧写。两个核心的Flash空间不重合。AppCore以0x00000000起始，NetCore以0x01000000起始。

AppCore的IPC通道:

NetCore的IPC通道:

两个hex烧写后，App Core输出:

复制

Init begin

Init done

*** Booting Zephyr OS build v3.3.99-ncs1-1 ***

Entropy sample started[APP Core].

Remote init send

  0x68  0x44  0x62  0xcc  0x44  0x00  0x39  0xd5  0xfb  0x36

  0x68  0x44  0x62  0xcc  0x44  0x00  0x39  0xd5  0xfb  0x36

Net Core输出:

复制

Init begin

Init done

*** Booting Zephyr OS build v3.3.99-ncs1-1 ***

Entropy sample started[NET Core].

[00:00:00.518,524] <inf> sync_rtc: Updated timestamp to synchronized RTC by 8304 ticks (253417us)

小结

由于各种原因，本人对该开发板的特性还没有完全测试透，目前仅仅是把开发流程走通了。后续会继续测试、写贴。本人最感兴趣的还是该开发板的网络功能和双核架构。
今后的研究方向也会在这些方面，还有就是把教学视频做一个适合本土工程师的版本。
参考
官方文档首页
https://developer.nordicsemi.com ... h_nrf/nrf70/gs.html
官方视频教程频道
https://www.youtube.com/watch?v= ... NordicSemiconductor
本人做的简短操作流程视频
https://v.youku.com/v_show/id_XNjAwMzkyMDcxMg==.html

[活动] Nordic nRF7002开发板试用体验

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