Zephyr 开发板实战：Arduino Nano RP2040 Connect 板级支持与从零烧录指南

Zephyr 开发板实战：Arduino Nano RP2040 Connect 板级支持与从零烧录指南

【免费下载链接】zephyrPrimary Git Repository for the Zephyr Project. Zephyr is a new generation, scalable, optimized, secure RTOS for multiple hardware architectures.项目地址: https://gitcode.com/GitHub_Trending/ze/zephyr

导读

本文以 Zephyr RTOS 仓库中 Arduino Nano RP2040 Connect 官方板卡文档 为骨架，结合该板在 Zephyr 仓库中的完整板级支持源码（设备树、Kconfig、引脚复用、构建与调试配置），系统讲解这块 "Nano 尺寸 + RP2040 + Wi-Fi/蓝牙" 开发板的硬件资源、Zephyr 中的支持范围、UF2 烧录流程、串口控制台与 OpenOCD 调试方法，并深入到设备树层面的外设连接、Flash 分区与引脚映射细节，帮助你快速上手基于该板卡的 Zephyr 应用开发。

板卡概述：Nano 身形，连接为王

Arduino Nano RP2040 Connect 是 Arduino 生态中对 Nano 家族的重要补充：它把 Raspberry Pi RP2040 双核 MCU 与 Wi-Fi、蓝牙能力整合在一块经典的 Nano 尺寸板卡上。无论是刚踏入物联网世界的初学者，还是想把该板集成进下一代产品中的进阶开发者，它都是一个颇具灵活性的选择。

该板在 Zephyr 中的正式标识为arduino_nano_connect，其设备树中声明的模型与兼容字符串为：

• model = "Arduino Nano RP2040 Connect"
• compatible = "arduino,nano-rp2040-connect"

板级核心特性如下：

• 小巧身形：沿用广为人知的 Nano 板型，紧凑的尺寸非常适合嵌入到独立项目中；
• Wi-Fi 与蓝牙：板载 u-blox NINA-W102 模块，提供 Wi-Fi 802.11b/g/n 与蓝牙 4.2 连接能力，是物联网应用的理想选择；
• 板载传感器：集成 ST LSM6DSOX 六轴惯性测量单元（加速度计 + 陀螺仪）与 MP34DT06J 数字麦克风，适用于音频与运动检测场景；
• 安全能力：集成 Microchip ATECC608A 加密协处理器，可用于安全物联网应用；
• RGB LED：板载 RGB LED 由 NINA 模块驱动，用于视觉反馈。

硬件规格一览

依据板卡文档与 板级 YAML 定义，该板完整硬件参数如下：

在 Zephyr 的板级描述中，该板arch: arm、ram: 264（KB）、flash: 16384（KB），并声明支持 adc、gpio、i2c、pwm、spi、uart、usb_device、watchdog 等外设类别。板级 Kconfig 选择项RP2_FLASH_AT25SF128A则确认了 16 MB 外部 Flash 的型号（见 Kconfig）。

Zephyr 中支持的外设（Supported Features）

原文档以.. zephyr:board-supported-hw::指令自动生成支持矩阵，我们可以在板级源码中进一步确认这些能力的实际实现状态。

板级默认启用的内核配置

arduino_nano_connect_defconfig 是构建时自动合并的默认配置，其中：

CONFIG_SERIAL=y CONFIG_CONSOLE=y CONFIG_UART_CONSOLE=y CONFIG_GPIO=y CONFIG_USE_DT_CODE_PARTITION=y CONFIG_BUILD_OUTPUT_UF2=y CONFIG_BUILD_OUTPUT_HEX=y CONFIG_UART_INTERRUPT_DRIVEN=y CONFIG_RESET=y CONFIG_CLOCK_CONTROL=y CONFIG_I2C=y CONFIG_SPI=y

值得注意的两点：

• CONFIG_BUILD_OUTPUT_UF2=y：构建时默认同时产出UF2 格式镜像，这正是原文档推荐的免工具链烧录方式的基础；
• CONFIG_USE_DT_CODE_PARTITION=y：应用固件被链接到设备树声明的code_partition分区中（详见下文 Flash 分区说明）。

板级 Kconfig 细节

Kconfig.defconfig 中还包含两条板级默认值：

if I2C_DW config I2C_DW_CLOCK_SPEED default 125 endif config USB_SELF_POWERED default n

即在启用 DesignWare I2C 控制器时将 I2C 时钟速度默认设为 125（kHz，配合设备树中的标准速率I2C_BITRATE_STANDARD），并将 USB 设备配置为非自供电模式（USB_SELF_POWERED=n），符合该板通过 USB 供电的实际接线方式。

引脚连接与 Arduino 兼容映射

原文档建议前往 Arduino 官方 Store 与 Docs 查看详细的板卡引脚信息，并下载官方数据手册获取更多细节。在 Zephyr 仓库内，我们则可以依托设备树源码获得精确到引脚的映射。

Arduino Nano 排针的 GPIO 映射表

arduino_nano_connect.dts 中定义了arduino,nano-header兼容的排针连接器节点nano_header，把 Arduino Nano 逻辑引脚逐一映射到 RP2040 的 GPIO：

同时，设备树末尾提供了三个面向 Arduino 生态的兼容别名，便于应用代码以通用方式引用：

arduino_spi: &spi0 {}; arduino_i2c: &i2c0 {}; arduino_serial: &uart0 {};

即Arduino SPI 总线对应 SPI0、Arduino I2C 总线对应 I2C0、Arduino 串口对应 UART0。

引脚复用（pinctrl）定义

arduino_nano_connect-pinctrl.dtsi 中为各外设声明了默认引脚复用：

• UART0：TX 位于 GPIO0（P0）、RX 位于 GPIO1（P1），与控制台/串口功能一致；
• I2C0：SDA 位于 GPIO12、SCL 位于 GPIO13，并开启input-enable与施密特触发（input-schmitt-enable）；
• SPI0（用户可用主 SPI）：SCK 位于 GPIO6、TX(MOSI) 位于 GPIO7、RX(MISO) 位于 GPIO4；
• SPI1（连接 NINA Wi-Fi 模块的内部 SPI）：SCK 位于 GPIO14、TX 位于 GPIO11、RX 位于 GPIO8；
• ADC：模拟通道 CH0–CH3 对应 GPIO26–GPIO29（即 A0–A3）；
• PWM：PWM 3A 输出位于 GPIO6。

外设连接深入：从设备树看板载器件

设备树文件还揭示了板载器件在 Zephyr 侧的连接拓扑，这也是原文档"Connections and IOs"在源码层面的落点。

I2C0 总线上的传感器与加密芯片

I2C0 以标准速率（100 kHz）工作，总线上挂载了两颗器件：

&i2c0 { clock-frequency = ; status = "okay"; pinctrl-0 = <&i2c0_default>; pinctrl-names = "default"; /* LSM6DSOX IMU */ lsm6dsox: lsm6dsox@6a { compatible = "st,lsm6dso"; reg = <0x6a>; irq-gpios = <&gpio0 24 GPIO_ACTIVE_HIGH>; }; /* ATECC608A Crypto */ atecc608a: atecc608a@60 { compatible = "microchip,atecc608"; reg = <0x60>; }; };

• LSM6DSOX：I2C 地址0x6a，兼容字符串st,lsm6dso（Zephyr 传感器驱动，见 st,lsm6dso-i2c.yaml），中断引脚接到 GPIO24；
• ATECC608A：I2C 地址0x60。

SPI1 与 UART1：NINA-W102 无线模块

NINA-W102 通过两条通道与 RP2040 通信：

&spi1 { /* SPI to NINA WiFi module */ clock-frequency = ; pinctrl-0 = <&spi1_default>; pinctrl-names = "default"; cs-gpios = <&gpio0 9 GPIO_ACTIVE_LOW>; nina_w102: nina_w102@0 { compatible = "u-blox,nina"; reg = <0>; spi-max-frequency = <8000000>; ready-gpios = <&gpio0 10 (GPIO_PULL_UP | GPIO_ACTIVE_LOW)>; reset-gpios = <&gpio0 3 GPIO_ACTIVE_LOW>; irq-gpios = <&gpio0 2 GPIO_PULL_DOWN>; }; };

• 数据通道：SPI1，8 MHz 时钟，片选为 GPIO9（低有效）；
• 控制信号：ready（GPIO10，上拉 + 低有效）、reset（GPIO3，低有效）、irq（GPIO2，下拉）；
• AT 命令通道：UART1 上声明了一个espressif,esp-at兼容的nina_prog节点，复用了 GPIO3 作为复位引脚（参见 espressif,esp-at.yaml）。NINA-W102 固件基于 ESP32 的 AT 命令框架，因此沿用该兼容字符串。

板载 LED 与 Flash 分区

板载 LED 与内置 LED 共用 GPIO6（也是 D13/SCK 引脚），以高电平点亮：

led0: led_0 { /* Built-in LED on GPIO6 (accent LED, directly connected) */ gpios = <&gpio0 6 GPIO_ACTIVE_HIGH>; };

Flash 分区在设备树中被明确划分（16 MB AT25SF128A 通过 QSPI 控制器ssi访问）：

• second_stage_bootloader：位于0x0，大小0x100（256 字节），只读，保留给 RP2040 二级引导程序；
• code_partition：从0x100开始，大小为16 MB - 0x100，只读，作为zephyr,code-partition，应用固件即链接到此分区。

&ssi { ranges = <0x0 0x10000000 DT_SIZE_M(16)>; }; &flash0 { /* 16MB flash */ reg = <0x10000000 DT_SIZE_M(16)>; ranges = <0x0 0x0 DT_SIZE_M(16)>; partitions { ... second_stage_bootloader: partition@0 { ... reg = <0x00000000 0x100>; ... }; code_partition: partition@100 { ... reg = <0x100 (DT_SIZE_M(16) - 0x100)>; ... }; }; };

烧录：UF2 引导加载器方式

原文档明确指出，烧录该板最简单的方式是使用UF2 引导加载器（板级默认构建配置已开启CONFIG_BUILD_OUTPUT_UF2=y，构建产物中会直接生成.uf2文件）。

以hello_world示例为例，完整的构建 + 烧录命令为：

$ west build -b arduino_nano_connect samples/hello_world $ west flash

其实际执行流程如下：

1. west build -b arduino_nano_connect samples/hello_world会交叉编译示例并产出build/zephyr/zephyr.uf2（同时还有zephyr.hex）；
2. west flash调用 UF2 runner。板级 board.cmake 中注册了board_runner_args(uf2 "--board-id=RPI-RP2")，即向 UF2 引导加载器索取挂载卷的方式执行写入；
3. 实际操作时：按住板上的复位按钮接入 USB，使板卡进入 UF2 引导模式（此时系统会出现一个名为RPI-RP2的 U 盘卷），将zephyr.uf2拖入该卷即可完成烧录。

west flash期间若板卡未处于引导模式，可手动进入 UF2 模式后重试。

串口控制台

烧录完成后，通过 USB 端口连接串口控制台即可查看应用输出。文档中的示例使用minicom：

$ minicom -D /dev/ttyACM0

注意：设备节点名可能因系统而异（Linux 下常见为/dev/ttyACM0，macOS 下通常为/dev/tty.usbmodem*），可先通过ls /dev/ttyACM*或dmesg确认实际设备名。

Zephyr 板级配置中控制台默认挂在 UART0（见设备树zephyr,console = &uart0与zephyr,shell-uart = &uart0），波特率 115200：

&uart0 { current-speed = <115200>; status = "okay"; pinctrl-0 = <&uart0_default>; pinctrl-names = "default"; };

烧录 hello_world 后，串口应输出：

Hello World! arduino_nano_connect

（该输出由printf("Hello World! %s\n", CONFIG_BOARD_TARGET);生成，其中CONFIG_BOARD_TARGET在构建该板时即展开为arduino_nano_connect。）

调试：OpenOCD 与调试探针

可以使用OpenOCD配合调试探针对应用进行调试。以hello_world为例：

$ west build -b arduino_nano_connect samples/hello_world $ west debug

板级 board.cmake 为多种调试器注册了运行参数：

board_runner_args(openocd --cmd-pre-init "source [find interface/${ARDUINO_NANO_RP2040_DEBUG_ADAPTER}.cfg]") board_runner_args(openocd --cmd-pre-init "transport select swd") board_runner_args(openocd --cmd-pre-init "source [find target/rp2040.cfg]") board_runner_args(openocd --cmd-pre-init "set_adapter_speed_if_not_set 2000") board_runner_args(jlink "--device=RP2040_M0_0") board_runner_args(uf2 "--board-id=RPI-RP2") board_runner_args(pyocd "--target=rp2040")

几个实用要点：

• 默认探针：当未显式指定时，ARDUINO_NANO_RP2040_DEBUG_ADAPTER默认为cmsis-dap（即 Arduino 官方调试探针方案）；

• 切换探针：可通过命令行参数选择其他 OpenOCD 接口配置，例如：

  $ west build -b arduino_nano_connect -- -DARDUINO_NANO_RP2040_DEBUG_ADAPTER=cmsis-dap

• OpenOCD 将强制使用 SWD 传输协议并加载 RP2040 目标配置，若接口配置未设定适配器速度，则回退为 2000 kHz；

• 此外还支持 J-Link（目标器件RP2040_M0_0）与 pyOCD（目标rp2040）等其他调试通道。

构建与调试的适用前提

• 本文所有命令均基于 Zephyr 标准工作流，需要预先安装 west、Zephyr SDK 并完成环境初始化（详见仓库根目录的 README.rst 与 zephyr-env.sh）；
• 板级默认配置面向 RP2040（SOC_RP2040），工具链支持 zephyr、gnuarmemb、xtools 三种（见 arduino_nano_connect.yaml）；
• NINA-W102 的 Wi-Fi/蓝牙协议栈、MP34DT06J 数字麦克风以及 ATECC608A 的完整驱动能力取决于所选的 Zephyr 子系统与模块配置，实际使用时请以对应子系统文档与构建输出为准；
• 串口设备节点、探针类型与宿主系统相关，命令中的路径请按实际环境调整。

小结

Arduino Nano RP2040 Connect 在 Zephyr 中的支持是"文档指引 + 源码落地"的典型样例：官方文档给出了硬件总览、UF2 烧录、串口控制台与 OpenOCD 调试的完整操作路径；而 设备树、引脚复用文件、默认配置 与 board.cmake 则进一步提供了精确到引脚的硬件拓扑、Flash 分区与多调试器支持细节。基于这些材料，你可以直接开始编写、烧录并调试自己的第一个 Zephyr 应用，再逐步扩展到 Wi-Fi、蓝牙、IMU 与加密等更丰富的物联网场景。

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