Tutorial: Crear una aplicación compatible con el tiempo real

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Este tutorial muestra cómo crear una aplicación de ejemplo para los núcleos en tiempo real en un dispositivo Azure Sphere. Consulte Información general sobre las aplicaciones de Azure Sphere para obtener información básica sobre las aplicaciones compatibles con el tiempo real.

En este tutorial, aprenderá a:

  • Descargar una aplicación de ejemplo
  • Instalar la cadena de herramientas GNU Arm
  • Configurar hardware para mostrar la salida
  • Habilitar desarrollo y depuración
  • Iniciar un emulador de terminal para ver la salida
  • Crear, ejecutar y depurar una aplicación compatible con tiempo real

Importante

Estas instrucciones asumen que usa hardware que sigue el hardware de diseño de la placa de referencia (RDB) MT3620, como el kit de desarrollo MT3620 de Seeed Studios. Si usas otro hardware de Azure Sphere, consulta la documentación del fabricante para averiguar si el UART está expuesto y cómo acceder a él. Es posible que tenga que configurar hardware para mostrar los resultados de forma diferente y actualizar el código de muestra y el campo Uarts del archivo app_manifest.json para usar un UART diferente.

Requisitos previos

Descargar la aplicación de ejemplo

Puede descargar la aplicación HelloWorld de la siguiente manera:

  1. Apunta el explorador al explorador de muestras de Microsoft.
  2. Escriba "Azure Sphere" en el cuadro de Búsqueda.
  3. Seleccione Azure Sphere - Hola mundo en los resultados de búsqueda.
  4. Selecciona Descargar ZIP.
  5. Abra el archivo descargado y extraiga el archivo a un directorio local.

Instalar el sistema GNU Arm Embedded Toolchain

Puedes descargar e instalar el GNU Arm Embedded Toolchain desde el sitio web de desarrolladores de Arm. O bien, puede usar artefactos vcpkg para instalar y configurar automáticamente el entorno de desarrollo.

  • Visual Studio 2022: Si estás usando Visual Studio 2022, instala GNU Arm Embedded Toolchain (arm-none-eabi) desde el sitio web de desarrolladores de Arm.
  • Visual Studio 2019: La cadena de herramientas se instala automáticamente con la extensión azure-sphere para Visual Studio en Visual Studio 2019. Si usa Visual Studio 2019, vaya a Configurar hardware para mostrar la salida. Sin embargo, si has instalado el GNU Arm Embedded Toolchain manualmente, Visual Studio utilizará la versión que hayas instalado.

Para instalar el toolchain, en el sitio web del desarrollador arm, busca el GNU Arm Embedded Toolchain (arm-none-eabi) que incluye el compilador para el procesador ARM Cortex-M4. Siga las instrucciones para descargar e instalar el compilador para su plataforma del sistema operativo.

De forma predeterminada, Visual Studio Code busca la cadena de herramientas y debería encontrar la versión que instaló. Si tienes problemas de compilación relacionados con la cadena de herramientas, escribe la ruta de acceso de la siguiente manera:

  1. SeleccioneExtensionesde configuración de>preferencias> de >archivo>Azure Sphere.
  2. Introduce la ruta de instalación de Gnu Arm Embedded Toolchain en el ajuste Azure Sphere: Arm Gnu Path .

Para instalar el toolchain, en el sitio web del desarrollador arm, busca el GNU Arm Embedded Toolchain (arm-none-eabi) que incluye el compilador para el procesador ARM Cortex-M4. Siga las instrucciones para descargar e instalar el compilador para su plataforma del sistema operativo.

Configurar hardware para mostrar la salida

Actualmente, cada núcleo en tiempo real admite un UART solo TX. RTApps puede usar este UART para enviar salida de registro desde el dispositivo. Durante el desarrollo y depuración de aplicaciones, normalmente se necesita una forma de leer y mostrar el resultado. El HelloWorld_RTApp_MT3620_BareMetal muestra cómo una aplicación puede escribir en el UART.

Utilice un adaptador USB a serie, como el amigo FTDI, para conectar el UART en el núcleo en tiempo real a un puerto USB de su equipo. También necesitarás un emulador de terminal para establecer una conexión serial con la configuración de terminales 115200-8-N-1 (115200 bps, 8 bits, sin bits de paridad, un bit de parada) para mostrar la salida.

Para configurar el hardware para mostrar la salida de una RTApp, sigue estos pasos. Tendrás que consultar la documentación del fabricante del hardware para determinar las ubicaciones de los anclajes. Si usas hardware que sigue el hardware de diseño de la placa de referencia (RDB) MT3620, como el kit de desarrollo MT3620 de Seeed Studios, puede que mirar los encabezados de interfaz RDB te ayude a determinar las ubicaciones de los pines.

  1. Conecta GND en el adaptador usb a serie a GND en el kit de desarrollo. En el hardware MT3620 RDB, GND es encabezado 3, pin 2.
  2. Conecte RX en el adaptador usb a serie a IOM4-0 TX en su kit de desarrollo. En el hardware MT3620 RDB, IOM4-0 TX es encabezado 3, pin 6.
  3. Conecta el adaptador USB a serie a un puerto USB gratuito de la máquina de desarrollo y determina a qué puerto está conectado el dispositivo serie. En Windows, inicie Administrador de dispositivos, seleccione Ver>dispositivos por contenedor y busque "USB UART". Por ejemplo, FT232R USB UART indica el adaptador de amigo FTDI.
  4. Inicie un programa emulador de terminales y abra un terminal 115200-8-N-1 al puerto COM utilizado por el adaptador. Consulte la documentación del emulador de terminal para averiguar cómo especificar el puerto y la velocidad.

Configurar hardware para mostrar la salida

Actualmente, cada núcleo en tiempo real admite un UART solo TX. RTApps puede usar este UART para enviar salida de registro desde el dispositivo. Durante el desarrollo y depuración de aplicaciones, normalmente se necesita una forma de leer y mostrar el resultado. El HelloWorld_RTApp_MT3620_BareMetal muestra cómo una aplicación puede escribir en el UART.

Utilice un adaptador USB a serie, como el amigo FTDI, para conectar el UART en el núcleo en tiempo real a un puerto USB de su equipo. También necesitarás un emulador de terminal para establecer una conexión serial con la configuración de terminales 115200-8-N-1 (115200 bps, 8 bits, sin bits de paridad, un bit de parada) para mostrar la salida.

Para configurar el hardware para mostrar la salida de una RTApp, sigue estos pasos. Tendrás que consultar la documentación del fabricante del hardware para determinar las ubicaciones de los anclajes. Si usas hardware que sigue el hardware de diseño de la placa de referencia (RDB) MT3620, como el kit de desarrollo MT3620 de Seeed Studios, puede que mirar los encabezados de interfaz RDB te ayude a determinar las ubicaciones de los pines.

  1. Conecta GND en el adaptador usb a serie a GND en el kit de desarrollo. En el hardware MT3620 RDB, GND es encabezado 3, pin 2.

  2. Conecte RX en el adaptador usb a serie a IOM4-0 TX en su kit de desarrollo. En el hardware MT3620 RDB, IOM4-0 TX es encabezado 3, pin 6.

  3. Conecta el adaptador USB a serie a un puerto USB gratuito de la máquina de desarrollo y determina a qué puerto está conectado el dispositivo serie.

    • En Windows, inicie Administrador de dispositivos, seleccione Ver>dispositivos por contenedor y busque "USB UART". Por ejemplo, FT232R USB UART indica el adaptador de amigo FTDI.

    • En Linux, escriba el siguiente comando:

      dmesg | grep ttyUSB

      El puerto debe llamarse ttyUSBn, donde n indica el número de puerto. Si el dmesg comando enumera varios puertos USB, el que está conectado a la típicamente el último notificado como conectado. Por ejemplo, en lo siguiente, usaría ttyUSB4:

    ~$ dmesg | grep ttyUSB
[  144.564350] usb 1-1.1.2: FTDI USB Serial Device converter now attached to ttyUSB0
[  144.564768] usb 1-1.1.2: FTDI USB Serial Device converter now attached to ttyUSB1
[  144.565118] usb 1-1.1.2: FTDI USB Serial Device converter now attached to ttyUSB2
[  144.565593] usb 1-1.1.2: FTDI USB Serial Device converter now attached to ttyUSB3
[  144.570429] usb 1-1.1.3: FTDI USB Serial Device converter now attached to ttyUSB4
[  254.171871] ftdi_sio ttyUSB1: FTDI USB Serial Device converter now disconnected from ttyUSB1

  4. Inicie un programa emulador de terminales y abra un terminal 115200-8-N-1 al puerto COM utilizado por el adaptador. Consulte la documentación del emulador de terminal para averiguar cómo especificar el puerto y la velocidad.

Habilitar desarrollo y depuración

Antes de poder crear una aplicación de muestra en su dispositivo Azure Sphere o desarrollar nuevas aplicaciones para él, debe habilitar el desarrollo y la depuración. De forma predeterminada, los dispositivos Azure Sphere están "bloqueados"; es decir, no permiten que las aplicaciones en desarrollo se carguen desde un equipo y no permiten la depuración de aplicaciones. Al preparar el dispositivo para la depuración se elimina esta restricción y se carga el software necesario para depurar y desbloquear las capacidades del dispositivo.

Para depurar en los núcleos en tiempo real, utilice el comando az sphere device enable-development . Este comando configura el dispositivo para que acepte aplicaciones de un equipo para la depuración y asigna el dispositivo al grupo Dispositivo de desarrollo, que no permite las actualizaciones de aplicaciones en la nube. Durante el desarrollo y depuración de aplicaciones, debes dejar el dispositivo en este grupo para que las actualizaciones de aplicaciones en la nube no sobrescriban la aplicación en desarrollo.

En Windows, debe agregar el --enable-rt-core-debugging parámetro, que carga los servidores de depuración y los controladores necesarios para cada tipo de núcleo en el dispositivo.

  1. Inicie sesión en Azure Sphere si aún no lo ha hecho:

    az login

  2. Abre una interfaz de línea de comandos con PowerShell o símbolo del sistema de Windows con privilegios de administrador. El --enable-rt-core-debugging parámetro requiere privilegios de administrador porque instala controladores USB para el depurador.

  3. Escriba el siguiente comando:

    az sphere device enable-development --enable-rt-core-debugging  --catalog <CatalogName>  --resource-group <ResourceGroupName>

  4. Cierre la ventana cuando finalice el comando porque ya no se requiere privilegio de administrador. Como procedimiento recomendado, siempre debe usar el privilegio más bajo que puede llevar a cabo una tarea.

Si se produce un error en el comando az sphere device enable-development , consulte Solucionar problemas de Azure Sphere para obtener ayuda.

Crear y ejecutar la aplicación HelloWorld RTApp con Visual Studio

  1. Iniciar Visual Studio. Selecciona Abrir una carpeta local, ve a la carpeta donde extrajeste el archivo Azure_Sphere___Hello_World.zip descargado y, a continuación, selecciona la carpeta HelloWorld_RTApp_MT3620_Baremetal.

  2. Si no usa un ARCHIVO MT3620 RDB, actualice el archivo de app_manifest.json y el código de ejemplo para especificar el UART correcto, por ejemplo ISU1.

  3. Si la generación de CMake no se inicia automáticamente, seleccione el archivo de CMakeLists.txt.

  4. En la ventana Salida de Visual Studio , la salida CMake debe mostrar los mensajes CMake generation started. y CMake generation finished..

  5. Seleccione Compilar>todo. Si el menú no está presente, abre Explorador de soluciones, haz clic con el botón derecho en el archivo CMakeLists.txt y selecciona Compilar. La ubicación de salida de la aplicación HelloWorld_RTApp_MT3620_Baremetal aparece en la ventana Salida .

  6. En el menú Seleccionar elemento de inicio , selecciona HelloWorld_RTApp_MT3620_Baremetal (RTCore).

  7. Presione F5 para implementar la aplicación.

  8. El emulador de terminal conectado debe mostrar la salida desde el programa de HelloWorld_RTApp_MT3620_Baremetal. El programa envía las siguientes palabras a intervalos de un segundo:

    Tick

    Tock

  9. Use el depurador para establecer puntos de interrupción, inspeccionar variables e intentar otras tareas de depuración.

Cree y ejecute la aplicación HelloWorld RTApp con Visual Studio Code

  1. En Visual Studio Code, abra la carpeta HelloWorld_RTApp_MT3620_BareMetal en la carpeta donde extrajo el archivo Azure_Sphere___Hello_World.zip descargado. Si se le pide que seleccione un kit, elija No usar un kit.

  2. Si no usa hardware MT3620 RDB, actualice el archivo app_manifest.json y el código de ejemplo para especificar el UART correcto, por ejemplo ISU1.

  3. Presione F5 para iniciar el depurador. Si el proyecto no se ha creado anteriormente, o si los archivos han cambiado y recompilar es necesario, Visual Studio Code creará el proyecto antes de que se inicie la depuración.

  4. La ventana de salida de Azure Sphere debería mostrar "Implementing image..." seguido de las rutas de acceso al SDK y al compilador.

  5. El emulador de terminal conectado debe mostrar la salida desde el programa de HelloWorld_RTApp_MT3620_Baremetal. El programa envía las siguientes palabras a intervalos de un segundo:

    Tick

    Tock

  6. Use Visual Studio Code características de depuración para establecer puntos de interrupción, inspeccionar variables e intentar otras tareas de depuración.

Solución de problemas

Es posible que la aplicación empiece a ejecutarse antes de que OpenOCD realice una conexión. Como resultado, es posible que se falten los puntos de interrupción establecidos al principio del código. Una solución alternativa sencilla para esto es retrasar el inicio de la aplicación hasta que Se conecte OpenOCD.

  1. Inserta el siguiente código al principio del punto de entrada de la aplicación RTCoreMain. Esto hará que la aplicación entre y permanezca en un while bucle hasta que la variable f se establezca en true.

     volatile bool f = false;
 while (!f) {
    // empty.
 }

  2. Presiona F5 para iniciar la aplicación con depuración (F5) y, a continuación, inicia la ejecución.

  3. En el panel de depuración Locales , cambie el valor de f cero a uno.

  4. Sigue el código como de costumbre.

Crear el ejemplo

  1. Abre una interfaz de línea de comandos con PowerShell, símbolo del sistema de Windows o shell de comandos de Linux. Vaya al directorio de compilación del proyecto.

  2. Desde el directorio de compilación del proyecto, en el símbolo del sistema, ejecute CMake con los siguientes parámetros:

    cmake --preset <preset-name> <source-path>

    • --preset <preset-name>

      El nombre preestablecido de configuración de compilación según se define en CMakePresets.json.

    • --build <cmake-path>

      El directorio binario que contiene la caché de CMake. Por ejemplo, si ejecuta CMake en un ejemplo de Azure Sphere, el comando de compilación sería cmake --build out/ARM-Debug.

    • <source-path>

      La ruta de acceso del directorio que contiene los archivos de origen de la aplicación de ejemplo. En el ejemplo, el repositorio de muestras de Azure Sphere se descargó en un directorio llamado AzSphere.

      Los parámetros CMake están separados por espacios. El carácter de continuación de línea (^ para la línea de comandos de Windows, \ para la línea de comandos de Linux o ' para PowerShell) puede usarse para facilitar la lectura, pero no es necesario.

    En los ejemplos siguientes se muestran los comandos CMake para una RTApp. Cuando se indique, reemplaza <file-path> por la ruta de instalación para el GNU Arm Embedded Toolchain en tu sistema.

    Símbolo del sistema de Windows

    cmake ^
--preset "ARM-Debug" ^
"C:\AzSphere\azure-sphere-samples\Samples\HelloWorld\HelloWorld_RTApp_MT3620_BareMetal"

    Windows PowerShell

    cmake `
--preset "ARM-Debug" `
"C:\AzSphere\azure-sphere-samples\Samples\HelloWorld\HelloWorld_RTApp_MT3620_BareMetal"

  3. Ejecuta Ninja para crear la aplicación y crear el archivo de paquete de imagen:

    ninja -C out/ARM-Debug

    Ninja coloca los archivos resultantes de application y .imagepackage en el directorio especificado.

    También puedes invocar Ninja a través de CMake con el siguiente comando:

    cmake --build out/<binary-dir>

    Establecido <binary-dir> en el directorio binario que contiene la caché de CMake. Por ejemplo, si ejecuta CMake en un ejemplo de Azure Sphere, el comando de compilación sería cmake --build out/ARM-Debug.

Al solucionar problemas, especialmente después de realizar cambios en los comandos de CMake, elimine toda la compilación e inténtelo de nuevo.

Ejecutar el ejemplo

  1. Elimine todas las aplicaciones que ya estén implementadas en el dispositivo:

    az sphere device sideload delete

  2. Desde el directorio del proyecto, en el símbolo del sistema, carga el paquete de imagen que ninja ha creado:

    az sphere device sideload deploy --image-package <path-to-imagepackage>

    La aplicación comenzará a ejecutarse poco después de cargarse. En el emulador de terminal conectado se mostrará lo siguiente:

    Tick

Tock

Tick
.
.
.

  3. Obtener el id. de componente para la imagen:

    az sphere image-package show --image-package <path-to-imagepackage>

    El comando devuelve todos los metadatos del paquete de imagen. El id. del componente de la aplicación aparece en la sección Identidad del tipo de imagen de la aplicación. Por ejemplo:

    ...
  "Identity": {
    "ComponentId": "<component-id>",
    "ImageId": "<image-id>",
    "ImageType": "Application"
  },
...

    Puede usar los siguientes comandos para detener, iniciar y obtener el estado de la aplicación:

    az sphere device app stop --component-id <component id>

    az sphere device app start --component-id <component id>

    az sphere device app show-status --component-id <component id>

Depurar el ejemplo

  1. Detenga la aplicación si se está ejecutando.

    az sphere device app stop --component-id <component id>

  2. Vuelva a iniciar la aplicación para la depuración.

    az sphere device app start --debug-mode true  --component-id <component id>

    Este comando devuelve el núcleo en el que se está ejecutando la aplicación.

    <component id>
App state   : running
Core        : Real-time 0

  3. Vaya a la carpeta Openocd de la sysroot con la que se creó la aplicación. La sysroots se instala en la carpeta de instalación del SDK de Azure Sphere. Por ejemplo, en Windows, la carpeta se instala de forma predeterminada en C:\Program Files (x86)\Microsoft Azure Sphere SDK\Sysroots\*sysroot*\tools\openocd y en Linux, en /opt/azurespheresdk/Sysroots/*sysroot*/tools/sysroots/x86_64-pokysdk-linux.

  4. Ejecute openocd como se muestra en el ejemplo siguiente. En el ejemplo se supone que la aplicación se ejecuta en el núcleo 0. Si la aplicación se ejecuta en el núcleo 1, reemplaza "targets io0" por "targets io1".

    openocd -f mt3620-rdb-ftdi.cfg -f mt3620-io0.cfg -c "gdb_memory_map disable" -c "gdb_breakpoint_override hard" -c init -c "targets io0" -c halt -c "targets"

  5. Navega a la carpeta que contiene el archivo .out de la aplicación e inicia arm-none-eabi-gdb, que forma parte del GNU Arm Embedded Toolchain:

    Símbolo del sistema de Windows

    "C:\Program Files (x86)\GNU Arm Embedded Toolchain\9 2020-q2-update\bin\arm-none-eabi-gdb" HelloWorld_RTApp_MT3620_BareMetal.out

    Windows PowerShell

    & "C:\Program Files (x86)\GNU Arm Embedded Toolchain\9 2020-q2-update\bin\arm-none-eabi-gdb" HelloWorld_RTApp_MT3620_BareMetal.out

  6. El servidor OpenOCD proporciona una interfaz de servidor GDB en :4444. Establecer el destino para la depuración.

    target remote :4444

  7. Ahora puede ejecutar comandos gdb.

  8. El emulador de terminal conectado debe mostrar la salida de la aplicación.

Usar aplicaciones de partners

Al cargar una aplicación en el dispositivo Azure Sphere, las herramientas de implementación de Azure Sphere eliminan de forma predeterminada todas las aplicaciones existentes. Para evitar que esto ocurra cuando desarrolla aplicaciones que se comunican entre sí, debe marcar las aplicaciones como socios. Al implementar una de las aplicaciones, sus partners no se eliminarán. Consulte Marcar aplicaciones como partners para obtener más información.

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