Tutorial: criar um aplicativo com capacidade em tempo real

  • Artigo

Este tutorial mostra como criar um aplicativo de exemplo para os núcleos em tempo real em um dispositivo do Azure Sphere. Consulte Visão geral dos aplicativos do Azure Sphere para obter informações básicas sobre aplicativos capazes em tempo real.

Neste tutorial, você aprenderá a:

  • Baixar um aplicativo de exemplo
  • Instalar o conjunto de ferramentas do GNU Arm
  • Configurar hardware para exibir a saída
  • Habilitar desenvolvimento e depuração
  • Iniciar um emulador de terminal para exibir a saída
  • Criar, executar e depurar um aplicativo com capacidade em tempo real

Importante

Essas instruções pressupõem que você esteja usando hardware que segue o hardware RDB (design de placa de referência) MT3620, como o Kit de Desenvolvimento MT3620 do Seeed Studios. Se você estiver usando hardware do Azure Sphere diferente, consulte a documentação do fabricante para descobrir se o UART está exposto e como acessá-lo. Talvez seja necessário configurar o hardware para exibir a saída de forma diferente e atualizar o código de exemplo e o campo Uarts do arquivo app_manifest.json para usar um UART diferente.

Pré-requisitos

Baixar o aplicativo de exemplo

Você pode baixar o aplicativo HelloWorld da seguinte maneira:

  1. Aponte seu navegador para o Microsoft Samples Browser.
  2. Digite "Azure Sphere" na caixa Pesquisa.
  3. Selecione Azure Sphere – Olá, Mundo nos resultados da pesquisa.
  4. Selecione Baixar ZIP.
  5. Abra o arquivo baixado e extraia para um diretório local.

Instalar a ferramenta inserida do GNU Arm Embedded

Você pode baixar e instalar o GNU Arm Embedded Toolchain no site do desenvolvedor do Arm. Ou você pode usar artefatos vcpkg para instalar e configurar automaticamente o ambiente de desenvolvimento.

  • Visual Studio 2022: se você estiver usando o Visual Studio 2022, instale o GNU Arm Embedded Toolchain (arm-none-eabi) no site do desenvolvedor do Arm.
  • Visual Studio 2019: o toolchain é instalado automaticamente com a extensão azure-sphere para Visual Studio no Visual Studio 2019. Se você estiver usando o Visual Studio 2019, prossiga para Configurar hardware para exibir a saída. No entanto, se você instalou o GNU Arm Embedded Toolchain manualmente, o Visual Studio usará a versão instalada.

Para instalar o toolchain, no site do desenvolvedor do Arm, localize o GNU Arm Embedded Toolchain (arm-none-eabi) que inclui o compilador para o processador ARM Cortex-M4. Siga as instruções para baixar e instalar o compilador para sua plataforma do sistema operacional.

Por padrão, Visual Studio Code pesquisa o conjunto de ferramentas e deve encontrar a versão instalada. Se você encontrar problemas de build relacionados ao conjunto de ferramentas, insira o caminho da seguinte maneira:

  1. SelecioneExtensões de Configuraçõesde Preferências>>> de Arquivo>do Azure Sphere.
  2. Insira o caminho de instalação do GNU Arm Embedded Toolchain na configuração Azure Sphere: Arm Gnu Path .

Para instalar o toolchain, no site do desenvolvedor do Arm, localize o GNU Arm Embedded Toolchain (arm-none-eabi) que inclui o compilador para o processador ARM Cortex-M4. Siga as instruções para baixar e instalar o compilador para sua plataforma do sistema operacional.

Configurar hardware para exibir a saída

Atualmente, cada núcleo em tempo real dá suporte a um UART somente TX. O RTApps pode usar esse UART para enviar a saída de log do dispositivo. Durante o desenvolvimento e depuração do aplicativo, normalmente você precisa de uma maneira de ler e exibir a saída. O exemplo HelloWorld_RTApp_MT3620_BareMetal mostra como um aplicativo pode gravar no UART.

Use um adaptador USB para serial, como o FTDI Friend, para conectar o UART no núcleo em tempo real a uma porta USB em seu computador. Você também precisará de um emulador de terminal para estabelecer uma conexão serial com configurações de terminal 115200-8-N-1 (115200 bps, 8 bits, nenhum bit de paridade, um bit de parada) para exibir a saída.

Para configurar o hardware para exibir a saída de um RTApp, siga estas etapas. Você precisará consultar a documentação do fabricante de hardware para determinar os locais do pino. Se você estiver usando hardware que segue o hardware RDB (design de placa de referência) MT3620, como o Kit de Desenvolvimento MT3620 do Seeed Studios, então examinar os cabeçalhos da interface RDB pode ajudá-lo a determinar os locais do pino.

  1. Conecte o GND no adaptador USB para serial ao GND em seu kit de desenvolvimento. No hardware de RDB MT3620, GND é Cabeçalho 3, pino 2.
  2. Conecte o RX no adaptador USB para serial ao IOM4-0 TX em seu kit de desenvolvimento. No hardware de RDB MT3620, O IOM4-0 TX é Cabeçalho 3, pino 6.
  3. Conecte o adaptador USB a serial a uma porta USB gratuita em seu computador de desenvolvimento e determine a qual porta o dispositivo serial está conectado. No Windows, inicie Gerenciador de Dispositivos, selecione Exibir>Dispositivos por contêiner e procure por 'UART USB'. Por exemplo, o UART USB FT232R indica o adaptador FTDI Friend.
  4. Inicie um programa de emulador de terminal e abra um terminal 115200-8-N-1 para a porta COM usada pelo adaptador. Consulte a documentação do emulador de terminal para descobrir como especificar a porta e a velocidade.

Configurar hardware para exibir a saída

Atualmente, cada núcleo em tempo real dá suporte a um UART somente TX. O RTApps pode usar esse UART para enviar a saída de log do dispositivo. Durante o desenvolvimento e depuração do aplicativo, normalmente você precisa de uma maneira de ler e exibir a saída. O exemplo HelloWorld_RTApp_MT3620_BareMetal mostra como um aplicativo pode gravar no UART.

Use um adaptador USB para serial, como o FTDI Friend, para conectar o UART no núcleo em tempo real a uma porta USB em seu computador. Você também precisará de um emulador de terminal para estabelecer uma conexão serial com configurações de terminal 115200-8-N-1 (115200 bps, 8 bits, nenhum bit de paridade, um bit de parada) para exibir a saída.

Para configurar o hardware para exibir a saída de um RTApp, siga estas etapas. Você precisará consultar a documentação do fabricante de hardware para determinar os locais do pino. Se você estiver usando hardware que segue o hardware RDB (design de placa de referência) MT3620, como o Kit de Desenvolvimento MT3620 do Seeed Studios, então examinar os cabeçalhos da interface RDB pode ajudá-lo a determinar os locais do pino.

  1. Conecte o GND no adaptador USB para serial ao GND em seu kit de desenvolvimento. No hardware de RDB MT3620, GND é Cabeçalho 3, pino 2.

  2. Conecte o RX no adaptador USB para serial ao IOM4-0 TX em seu kit de desenvolvimento. No hardware de RDB MT3620, O IOM4-0 TX é Cabeçalho 3, pino 6.

  3. Conecte o adaptador USB a serial a uma porta USB gratuita em seu computador de desenvolvimento e determine a qual porta o dispositivo serial está conectado.

    • No Windows, inicie Gerenciador de Dispositivos, selecione Exibir>Dispositivos por contêiner e procure por 'UART USB'. Por exemplo, o UART USB FT232R indica o adaptador FTDI Friend.

    • No Linux, digite o seguinte comando:

      dmesg | grep ttyUSB

      A porta deve ser chamada de ttyUSBn, em que n indica o número da porta. Se o dmesg comando listar várias portas USB, a que está conectada ao normalmente o último relatado como anexado. Por exemplo, no seguinte, você usaria o 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 um programa de emulador de terminal e abra um terminal 115200-8-N-1 para a porta COM usada pelo adaptador. Consulte a documentação do emulador de terminal para descobrir como especificar a porta e a velocidade.

Habilitar desenvolvimento e depuração

Antes de criar um aplicativo de exemplo em seu dispositivo do Azure Sphere ou desenvolver novos aplicativos para ele, você deve habilitar o desenvolvimento e a depuração. Por padrão, os dispositivos do Azure Sphere são "bloqueados"; ou seja, eles não permitem que aplicativos em desenvolvimento sejam carregados de um computador e não permitem a depuração de aplicativos. Preparar o dispositivo para depuração remove essa restrição e carrega o software necessário para depuração e desbloqueia recursos do dispositivo .

Para depurar nos núcleos em tempo real, use o comando az sphere device enable-development . Esse comando configura o dispositivo para aceitar aplicativos de um computador para depuração e atribui o dispositivo ao grupo de dispositivos De desenvolvimento, o que não permite atualizações de aplicativos de nuvem. Durante o desenvolvimento e depuração do aplicativo, você deve deixar o dispositivo nesse grupo para que as atualizações de aplicativos de nuvem não substituam o aplicativo em desenvolvimento.

No Windows, você deve adicionar o --enable-rt-core-debugging parâmetro, que carrega os servidores de depuração e os drivers necessários para cada tipo de núcleo no dispositivo.

  1. Faça logon no Azure Sphere se você ainda não tiver feito isso:

    az login

  2. Abra uma interface de linha de comando usando o PowerShell ou o Prompt de Comando do Windows com privilégios de administrador. O --enable-rt-core-debugging parâmetro requer privilégio de administrador porque instala drivers USB para o depurador.

  3. Insira o seguinte comando:

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

  4. Feche a janela após a conclusão do comando porque o privilégio de administrador não é mais necessário. Como prática recomendada, você deve sempre usar o privilégio mais baixo que pode realizar uma tarefa.

Se o comando az sphere device enable-development falhar, consulte Solucionar problemas do Azure Sphere para obter ajuda.

Criar e executar o aplicativo RTApp do HelloWorld com o Visual Studio

  1. Inicie o Visual Studio. Selecione Abrir uma pasta local, navegue até a pasta em que você extrai o arquivo Azure_Sphere___Hello_World.zip baixado e selecione a pasta HelloWorld_RTApp_MT3620_Baremetal.

  2. Se você não estiver usando um RDB MT3620, atualize o arquivo app_manifest.json e o código de exemplo para especificar o UART correto, por exemplo, ISU1.

  3. Se a geração CMake não começar automaticamente, selecione o arquivo CMakeLists.txt.

  4. Na janela Saída do Visual Studio , a saída do CMake deve mostrar as mensagens CMake generation started. e CMake generation finished..

  5. Selecione Compilar>Compilar Tudo. Se o menu não estiver presente, abra Gerenciador de Soluções, clique com o botão direito do mouse no arquivo CMakeLists.txt e selecione Compilar. O local de saída do aplicativo HelloWorld_RTApp_MT3620_Baremetal é exibido na janela Saída .

  6. No menu Selecionar Item de Inicialização , selecione HelloWorld_RTApp_MT3620_Baremetal (RTCore).

  7. Pressione F5 para implantar o aplicativo.

  8. O emulador de terminal conectado deve exibir a saída do programa HelloWorld_RTApp_MT3620_Baremetal. O programa envia as seguintes palavras em intervalos de um segundo:

    Tick

    Tock

  9. Use o depurador para definir pontos de interrupção, inspecionar variáveis e tentar outras tarefas de depuração.

Criar e executar o aplicativo RTApp do HelloWorld com Visual Studio Code

  1. Em Visual Studio Code, abra a pasta HelloWorld_RTApp_MT3620_BareMetal na pasta em que você extraí o arquivo de Azure_Sphere___Hello_World.zip baixado. Se você tiver solicitado que selecione um kit, escolha Não usar um kit.

  2. Se você não estiver usando hardware de RDB MT3620, atualize o arquivo app_manifest.json e o código de exemplo para especificar o UART correto, por exemplo, ISU1.

  3. Pressione F5 para iniciar o depurador. Se o projeto não tiver sido criado anteriormente ou se os arquivos tiverem sido alterados e a reconstrução for necessária, Visual Studio Code criará o projeto antes do início da depuração.

  4. A janela de saída do Azure Sphere deve mostrar "Implantando imagem..." seguido pelos caminhos para o SDK e o compilador.

  5. O emulador de terminal conectado deve exibir a saída do programa HelloWorld_RTApp_MT3620_Baremetal. O programa envia as seguintes palavras em intervalos de um segundo:

    Tick

    Tock

  6. Use Visual Studio Code recursos de depuração para definir pontos de interrupção, inspecionar variáveis e tentar outras tarefas de depuração.

Solucionando problemas

O aplicativo pode começar a ser executado antes que o OpenOCD faça uma conexão. Como resultado, os pontos de interrupção definidos no início do código podem ser perdidos. Uma solução alternativa simples para isso é atrasar o início do aplicativo até que o OpenOCD se conecte.

  1. Insira o código a seguir no início do ponto de entrada do aplicativo RTCoreMain. Isso fará com que o aplicativo insira e permaneça em um while loop até que a variável f seja definida como true.

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

  2. Pressione F5 para iniciar o aplicativo com a depuração (F5) e, em seguida, inicie a execução.

  3. No painel Locals de depuração, altere o valor de f zero para um.

  4. Passe o código como de costume.

Compilar o exemplo

  1. Abra uma interface de linha de comando usando o PowerShell, o Prompt de Comando do Windows ou o shell de comando do Linux. Navegue até o diretório de build do projeto.

  2. No diretório de build do projeto, no prompt de comando, execute o CMake com os seguintes parâmetros:

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

    • --preset <preset-name>

      O nome predefinido de configuração de build, conforme definido em CMakePresets.json.

    • --build <cmake-path>

      O diretório binário que contém o cache CMake. Por exemplo, se você executar o CMake em um exemplo do Azure Sphere, o comando de build será cmake --build out/ARM-Debug.

    • <source-path>

      O caminho do diretório que contém os arquivos de origem do aplicativo de exemplo. No exemplo, o repositório de exemplos do Azure Sphere foi baixado em um diretório chamado AzSphere.

      Os parâmetros CMake são separados por espaços. O caractere de continuação de linha (^ para linha de comando do Windows, \ para linha de comando linux ou ' para PowerShell) pode ser usado para legibilidade, mas não é necessário.

    Os exemplos a seguir mostram os comandos CMake para um RTApp. Quando indicado, substitua <o caminho> do arquivo pelo caminho de instalação do GNU Arm Embedded Toolchain em seu sistema.

    Prompt de Comando do 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. Execute o Ninja para criar o aplicativo e criar o arquivo de pacote de imagem:

    ninja -C out/ARM-Debug

    O Ninja coloca os arquivos de aplicativo e .imagepackage resultantes no diretório especificado.

    Você também pode invocar o Ninja por meio do CMake com o seguinte comando:

    cmake --build out/<binary-dir>

    Defina <binary-dir> como o diretório binário que contém o cache CMake. Por exemplo, se você executar o CMake em um exemplo do Azure Sphere, o comando de build será cmake --build out/ARM-Debug.

Ao solucionar problemas, especialmente depois de fazer alterações nos comandos do CMake, exclua todo o build e tente novamente.

Executar o exemplo

  1. Exclua todos os aplicativos que já estão implantados no dispositivo:

    az sphere device sideload delete

  2. No diretório do projeto, no prompt de comando, carregue o pacote de imagem que o ninja criou:

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

    O aplicativo começará a ser executado logo após ser carregado. O seguinte será exibido no emulador de terminal conectado:

    Tick

Tock

Tick
.
.
.

  3. Obtenha a ID do componente para a imagem:

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

    O comando retorna todos os metadados do pacote de imagem. A ID do componente do aplicativo é exibida na seção Identidade do Tipo de Imagem do Aplicativo. Por exemplo:

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

    Você pode usar os seguintes comandos para parar, iniciar e obter o status do aplicativo:

    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 o exemplo

  1. Pare o aplicativo se ele estiver em execução.

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

  2. Reinicie o aplicativo para depuração.

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

    Esse comando retorna o núcleo no qual o aplicativo está em execução.

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

  3. Navegue até a pasta Openocd para o sysroot com o qual o aplicativo foi criado. Os sysroots são instalados na pasta de instalação do SDK do Azure Sphere. Por exemplo, no Windows, a pasta é instalada por padrão em C:\Program Files (x86)\Microsoft Azure Sphere SDK\Sysroots\*sysroot*\tools\openocd e no Linux, em /opt/azurespheresdk/Sysroots/*sysroot*/tools/sysroots/x86_64-pokysdk-linux.

  4. Execute openocd como mostra o exemplo a seguir. O exemplo pressupõe que o aplicativo esteja sendo executado no núcleo 0. Se o aplicativo estiver em execução no núcleo 1, substitua "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. Navegue até a pasta que contém o arquivo .out do aplicativo e inicie arm-none-eabi-gdb, que faz parte do GNU Arm Embedded Toolchain:

    Prompt de Comando do 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. O servidor OpenOCD fornece uma interface do servidor GDB em :4444. Defina o destino para depuração.

    target remote :4444

  7. Agora você pode executar comandos gdb.

  8. O emulador de terminal conectado deve exibir a saída do aplicativo.

Usar aplicativos parceiros

Quando você carrega um aplicativo no dispositivo do Azure Sphere, as ferramentas de implantação do Azure Sphere, por padrão, excluem todos os aplicativos existentes. Para evitar que isso aconteça quando você desenvolve aplicativos que se comunicam entre si, você precisa marcar os aplicativos como parceiros. Quando você implanta um dos aplicativos, seus parceiros não serão excluídos. Consulte Marcar aplicativos como parceiros para obter detalhes.

Próximas etapas