前書き
regory Nutt氏という組み込み業界で30年以上働くエンジニアが、個人で作り始めたRTOS
M5stack(ESP32)でunixっぽいOSを動かすことを目標にします。
raspberrypi pico で NuttX が動く記事はあったのですが、M5stackで動かした記事が少なそうだったので、記事を作成しました。
M5stackはESP32がコアとなっているため、基本的にESP32で動かす方法でnuttxが実行可能でした。
実行環境
- Windows11 WSL2 Ubuntu 20.04
- M5Stack Gray development KIT
手順
- ~/にいる前提
ESP-IDFのインストール
- ESP32を出しているESPRESSIF社が提供している公式開発環境
- 下記のコマンドを実行
$ git clone --recursive https://github.com/espressif/esp-idf.git
$ cd esp-idf
$ ./install.sh
- 途中でモジュールが足りず、エラーとなる場合がある。その時はメッセージを見て適宜モジュールをインストールする。検証時は下記を実行した。
$ sudo apt update && sudo apt upgrade -y
$ sudo apt install python3.8-venv
- パス設定
$ . $HOME/esp-idf/export.sh
何度もesp-idfを使う場合は、~/.bashrcなどに上記コマンドを追記する。
NuttXの開発環境構築
- ESP32で動かすだけの場合、下記のみをインストールでOK
$ sudo apt install kconfig-frontends
NuttXのインストール
- 下記のコマンドを実行
$ git clone https://github.com/apache/incubator-nuttx.git nuttx
$ git clone https://github.com/apache/incubator-nuttx-apps.git apps
$ cd nuttx
$ ./tools/configure.sh esp32-devkitc:nsh
$ make
nuttx.binが生成される
WSL2の環境からUSB-UART 経由で M5Stack に書き込みできるようにする。
-
引用元: https://another.maple4ever.net/archives/3221/
- 今回はWSL2の環境からCLI上で書き込めるようにする。
- 事前にPCとM5Stackを付属のusb type-cケーブルで接続する。
- Windows 側にUSB-UART ドライバーセットアップは不要
-
powershellを開き、usbipd-win をインストール
> winget install --interactive --exact dorssel.usbipd-win
- Ubuntuに戻り、aptでusbipdをインストール
$ sudo apt update
$ sudo apt upgrade
$ sudo apt install linux-tools-virtual hwdata
$ sudo update-alternatives --install /usr/local/bin/usbip usbip `ls /usr/lib/linux-tools/*/usbip | tail -n1` 20
- ubuntuのudevを構成して、USB接続をユーザ権限で見れるようにする。※PlatformIO のudev 定義を借用
- https://docs.platformio.org/en/stable/core/installation/udev-rules.html
$ curl -fsSL https://raw.githubusercontent.com/platformio/platformio-core/develop/platformio/assets/system/99-platformio-udev.rules | sudo tee /etc/udev/rules.d/99-platformio-udev.rules
- ここでWindowsを再起動する。
USB機器のバインド
- usbipd wsl list コマンドで USB 機器を表示。
- CP2104 USB to UART が M5Stack なので 2-2 をアタッチする。
- BUSIDは環境依存
- 初回のアタッチの操作のみ管理者権限が必要で次回からはユーザ権限とのこと。
> usbipd wsl list
BUSID VID:PID DEVICE STATE
2-2 10c4:ea60 CP2104 USB to UART Bridge Controller Not attached
2-6 04f2:b71a HD Webcam, IR Camera Not attached
2-10 8087:0026 インテル(R) ワイヤレス Bluetooth(R) Not attached
4-1 0bda:0316 Realtek USB 3.0 Card Reader Not attached
> usbipd wsl attach --busid 2-2
# アタッチが成功するとSTATE Attached - Ubuntuに変化する。
> usbipd wsl list
BUSID VID:PID DEVICE STATE
2-2 10c4:ea60 CP2104 USB to UART Bridge Controller Attached - Ubuntu
2-6 04f2:b71a HD Webcam, IR Camera Not attached
2-10 8087:0026 インテル(R) ワイヤレス Bluetooth(R) Not attached
4-1 0bda:0316 Realtek USB 3.0 Card Reader Not attached
- 初回以降、ユーザ権限で実行する場合は下記(exeをつけて実行)
usbipd.exe wsl attach --busid 2-2
- WSL2 Ubuntu で lsusb して機器(CP210)が見えれば可
$ lsusb
Bus 002 Device 001: ID 1d6b:0003 Linux Foundation 3.0 root hub
Bus 001 Device 002: ID 10c4:ea60 Silicon Labs CP210x UART Bridge
Bus 001 Device 001: ID 1d6b:0002 Linux Foundation 2.0 root hub
- udev 定義が効いていれば /dev/ttyUSB0 あたりにユーザ権限の書き込み付きでブロックデバイスが見える。
rw-rw-rwならOK。crw------ならchmodする。
$ ls -laF /dev/ttyUSB*
crw------- 1 root root 188, 0 Mar 2 03:06 /dev/ttyUSB0
$ sudo chmod 666 /dev/ttyUSB0
# 権限付与
$ ls -laF /dev/ttyUSB*
crw-rw-rw- 1 root root 188, 0 Mar 2 03:06 /dev/ttyUSB0
ブートローダの書き込み
- NuttXのバイナリをESP32で動かす場合、専用ブートローダが必要となる。
- Nuttx初回起動時や他のバイナリファイルを書き込むときには、事前に専用ブートローダを書き込む。
- ブートローダは下記で配布されている。
- https://github.com/espressif/esp-nuttx-bootloader
- 下記をダウンロードして、
~/Downloads/nuttx_esp32_bootloaderとした任意のディレクトリにいれておく。まとめて一つのディレクトリに置くこと。
bootloader-esp32.bin partition-table-esp32.bin - 下記コマンドを実行
- 上のファイルを別の場所に置いた場合、パスは読み替え
$ make flash ESPTOOL_PORT=/dev/ttyUSB0 ESPTOOL_BINDIR=~/Downloads/nuttx-esp32-bootloader/
略
Hash of data verified.
Leaving...
Hard resetting via RTS pin...
NuttXの書き込み
- 先ほどMakeしてビルドした
nuttx.binを書き込む。 - 下記コマンドを実行
$ make flash ESPTOOL_PORT=/dev/ttyUSB0
略
Features: WiFi, BT, Dual Core, 240MHz, VRef calibration in efuse, Coding Scheme None
Crystal is 40MHz
MAC: a4:cf:12:76:92:b0
Uploading stub...
Running stub...
Stub running...
Changing baud rate to 921600
Changed.
Configuring flash size...
Auto-detected Flash size: 16MB
Flash will be erased from 0x00010000 to 0x0002ffff...
Compressed 130144 bytes to 57407...
Wrote 130144 bytes (57407 compressed) at 0x00010000 in 1.4 seconds (effective 749.8 kbit/s)...
Hash of data verified.
Leaving...
Hard resetting via RTS pin...
- うまくいけばこの時点でM5StackにNuttxが書き込まれる。
- M5stackには何も表示されない。
シリアルポート経由でNuttX Shellを実行
- picocomが必要
$ sudo apt install picocom
- picocomでシリアルポート経由によってnshにアクセスし、シェルを実行
- 動かない場合Enterを押すと動く。
$ picocom -b 115200 /dev/ttyUSB0
picocom v3.1
port is : /dev/ttyUSB0
flowcontrol : none
baudrate is : 115200
parity is : none
databits are : 8
stopbits are : 1
escape is : C-a
local echo is : no
noinit is : no
noreset is : no
hangup is : no
nolock is : no
send_cmd is : sz -vv
receive_cmd is : rz -vv -E
imap is :
omap is :
emap is : crcrlf,delbs,
logfile is : none
initstring : none
exit_after is : not set
exit is : no
Type [C-a] [C-h] to see available commands
Terminal ready
nsh>
Terminating...
Thanks for using picocom
- 閉じるときは[Ctrl-A][Ctrl-X]
感想
- raspberrypi picoだとジャンパーケーブルなどでいろいろ線をつなぐ必要がありますが、usb type-cケーブルだけあればM5StackがPCとつなげて書き込みができるので楽でした。
さらなる発展
- nsh用のコマンドを自作できるとのこと