Zephyr RTOS 開發記錄: 基本環境建立

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Zephyr 是 Linux 基金會最近發佈的即時作業系統 (RTOS) 項目，主要用於物聯網以及 IOT 設備，其前身為 Wind River 的 Rocket RTOS。和 Linux Kernel 不同的是，Zephyr 原始碼採用的是 Apache-2.0 授權。

關於更多 Zephyr 相關資訊，請參考 Linux 基金會的 專案網站 或是 LinuxGizmos.com 的報導 。

本文只是記錄我試玩 Zephyr 的一些資訊。

支援的開發版與平台

在撰寫這篇文章時，Zephyr 共支援以下目標與平台: (很可惜這邊列的板子我半片都沒有 Orz…)

取得 Zephyr kernel 原始碼與 SDK

Zephyr 原始碼採用 git 託管在 https://gerrit.zephyrproject.org/r/zephyr 這網站，我們可以用以下方式取得 v1.0.0 原始碼。 

coldnew@Gentoo ~ $ git clone https://gerrit.zephyrproject.org/r/zephyr --branch v1.0.0

除了原始碼以外，我們還需要下載 Zephyr SDK ，裡面包含了不同平台編譯用的工具包 (toolchain) 

coldnew@Gentoo ~ $ wget https://nexus.zephyrproject.org/content/repositories/releases/org/zephyrproject/zephyr-sdk/0.7.2-i686/zephyr-sdk-0.7.2-i686-setup.run

安裝 SDK 前置作業

除了下載 SDK 外，不同發行版的 Linux 還需要安裝一些 x86 函式庫來使用這份 SDK，具體請參照 Development Environment Setup on Linux 一文，由於本人的 Gentoo Linux 運作良好，這邊就不贅述。

安裝 SDK

取得 SDK 後，先將它加上可執行權限 

coldnew@Gentoo ~ $ chmod +x zephyr-sdk-0.7.2-i686-setup.run

接下來將它裝到 /opt/zephyr 去 (註：在我的系統中，我的帳戶具有 /opt 資料夾的讀寫權限，一般情況下安裝到 /opt 需要使用 sudo 來安裝) 

coldnew@Gentoo ~ $ ./zephyr-sdk-0.7.2-i686-setup.run
Verifying archive integrity... All good.
Uncompressing SDK for Zephyr  100%
Enter target directory for SDK (default: /opt/zephyr-sdk/):
Installing SDK to /opt/zephyr-sdk
The existing directory /opt/zephyr-sdk will be removed!
Do you want to continue (y/n)?
 [*] Installing x86 tools...
 [*] Installing arm tools...
 [*] Installing arc tools...
 [*] Installing iamcu tools...
 [*] Installing mips tools...
 [*] Installing additional host tools...
Success installing SDK. SDK is ready to be used.

安裝完成後，我們可以到 /opt/zephyr 看這份 SDK 包含了哪些東西 

coldnew@Gentoo /opt/zephyr-sdk $ tree -L 2 .
. <b>
├── sysroots <b>
│   ├── arc-poky-elf <b>
│   ├── armv5-poky-eabi <b>
│   ├── i586-poky-elf <b>
│   ├── i686-pokysdk-linux <b>
│   ├── iamcu-poky-elfiamcu <b>
│   └── mips32r2-poky-elf <b>
├── version-arc-poky-elf
├── version-armv5-poky-eabi
├── version-i586-poky-elf
├── version-i686-pokysdk-linux
├── version-iamcu-poky-elfiamcu
└── version-mips32r2-poky-elf

7 directories, 6 files

設定 SDK

安裝完 Zephyr SDK 後，我們可以設定以下環境變數來讓我們當前的 shell 可以使用這份 SDK 

coldnew@Gentoo ~ $ export ZEPHYR_GCC_VARIANT=zephyr
coldnew@Gentoo ~ $ export ZEPHYR_SDK_INSTALL_DIR=/opt/zephyr-sdk

當然每次要編譯 Zephyr 時都要重新設定環境變數很麻煩，因此我們可以將他寫到 ~/.zephyrrc 去 

coldnew@Gentoo ~ $ cat <<EOF > ~/.zephyrrc
export ZEPHYR_GCC_VARIANT=zephyr
export ZEPHYR_SDK_INSTALL_DIR=/opt/zephyr-sdk
EOF

Hello World (x86 QEMU)

完成 Zephyr SDK 的設定與安裝後，讓我們測試第一個範例程式 Hello World ，顧名思義就是會在虛擬機中顯示 Hello World 出來。

不過我們要先讓當前 shell 取得合適的開發環境變數，先來 source zephyr-env.sh 一下: 

coldnew@Gentoo ~/zephyr $ source zephyr-env.sh

接著切換到 samples/hello_world/microkernel 去 

coldnew@Gentoo ~/zephyr $ cd samples/hello_world/microkernel
coldnew@Gentoo ~/zephyr/samples/hello_world/microkernel $ tree -L 2 .
. <b>
├── Makefile
├── prj.conf
├── prj.mdef
├── README.txt <g>
└── src <b>
    ├── main.c
    └── Makefile

1 directory, 6 files

我們測試的目標是 QEMU ，因此直接 make qemu 即可看到 Zephyr 編譯到 x86 環境下並運行的狀況 

coldnew@Gentoo ~/zephyr/samples/hello_world/microkernel $ make qemu
make[1]: Entering directory '/home/coldnew/zephyr'
make[2]: Entering directory '/home/coldnew/zephyr/samples/hello_world/microkernel/outdir'
  Using /home/coldnew/zephyr as source for kernel
  GEN     ./Makefile
  CHK     include/generated/version.h
  CHK     misc/generated/configs.c
  CHK     include/generated/offsets.h
  CHK     misc/generated/sysgen/prj.mdef
To exit from QEMU enter: 'CTRL+a, x'
[QEMU] CPU: qemu32
qemu-system-i386: pci_add_option_rom: failed to find romfile "vgabios-cirrus.bin"
Hello World!

如果你看膩了這個結果，可以使用 C-a x 離開 QEMU 模擬。

一旦經過了編譯，你可以看到會多出一個 outdir 用來存放著編譯後的物件檔。 

coldnew@Gentoo ~/zephyr/samples/hello_world/microkernel $ ls
Makefile  outdir<b>  prj.conf  prj.mdef  README.txt<g>  src

這個 outdir 是可以透過 make 系列命令清除乾淨的，我們也可以在 make help 看到如何清除專案的物件檔。 

coldnew@Gentoo ~/zephyr/samples/hello_world/microkernel $ make help
Cleaning targets:
  clean           - Remove most generated files but keep configuration and backup files
  mrproper        - Remove all generated files + config + various backup files
  distclean       - mrproper + remove editor backup and patch files
  pristine        - Remove the output directory with all generated files

skip...

此外， Zephyr 也支援 make menuconfig ，我們可以在選單直接選取我們的目標。 

coldnew@Gentoo ~/zephyr/samples/hello_world/microkernel $ make menuconfig

Hello World (arm QEMU)

我們接下來試試 Hello World 運作在 ARM Cortex-M3 的 QEMU 的情況，了解更多後說不定我們就可以自己將 Zephyr 移植到 STM32 平台，或是其他手中有的開發版環境去。

一樣切換到 samples/hello_world/microkernel 去，如果剛剛已經編譯過 x86 版本的話，要記得將 outdir 清乾淨 

coldnew@Gentoo ~/zephyr/samples/hello_world/microkernel $ make distclean

接下來編譯的時候指定目標端為 qemu_cortex_m3 並且 ARCH=arm 

coldnew@Gentoo ~/zephyr/samples/hello_world/microkernel $ make BOARD=qemu_cortex_m3 ARCH=arm qemu
make[1]: Entering directory '/home/coldnew/zephyr'
make[2]: Entering directory '/home/coldnew/zephyr/samples/hello_world/microkernel/outdir'
  Using /tmp/zephyr-project-fork as source for kernel
  GEN     ./Makefile
  CHK     include/generated/version.h
  CHK     misc/generated/configs.c
  CHK     include/generated/offsets.h
  CHK     misc/generated/sysgen/prj.mdef
To exit from QEMU enter: 'CTRL+a, x'
[QEMU] CPU: cortex-m3
Hello World!

要離開的話，一樣是使用 C-a x 來離開 QEMU

由於編譯出來的執行檔會出現在 outdir ，因此我們可以在 outdir 裡面找到編譯出來的 ELF 檔以及二進制文件，預設這些東西皆是以 zephyr.* 來命名。 

coldnew@Gentoo ~/zephyr/samples/hello_world/microkernel/outdir $ ls zephyr.*
zephyr.bin<g>  zephyr.elf<g>  zephyr.lnk  zephyr.lst  zephyr.map  zephyr.strip<g>