基于STM32F411-Nucleo平台搭建zephyr运行和调试系统

zephyr系统是针对物联网应用而设计的一种“小”而“精”的实时操作系统内核，可以在cpu,rom和ram等资源非常有限的嵌入式平台上运行。　官方声称最小系统可以做到只占用2k FLASH, 8k ram，　目前最新的内核版本是v1.6.0.　由于收到intel，nxp等巨头的支持，在加上linux 基金会负责管理和开发，相信未来的应用前景应该是一片光明，zephyr社区目前非常活跃，每天都有新的bug报出来以及solution commit的提交，感兴趣的可以上它的官方网站了解。
http://www.zephyr.org
如果对开发过程感兴趣，可以根据指导加入他的邮件列表，参与到大牛们的开发讨论中。　
我手头上有一块stm32f411-nucleo的开发版，官方固件是mBed OS. 最新zephyr内核也已支持，本文首先介绍编译烧录zephyr内核开发环境的搭建，然后介绍使用openOCD搭建裸机调试环境。闲话少述，马上进入主题。

F411RE比较方便的地方在于，平台集成了st-link调试器，所以不用在单独购买 jtag 仿真器，例如J-link, USB-blaser等等，　集成的st-link调试器能够与上位机OpenOCD进行通信，控制板上资源，当然不是所有平台都提供这种便利，例如arduino_due就必须额外连接一个jtag仿真器才能进行裸机调试．

Step1.　下载内核源码。
mkdir stm32f411-nucleo && cd stm32f411-nucleo&& git clone https://gerrit.zephyrproject.org/r/zephyr
Zephyr代码由git托管并且通过gerrit来进行代码审查，保证了代码的质量。
我使用的最新的开发版本。

Zephyr目前只支持arc, x86, cm-3 nios有限的几个架构，对我来说已经够用了
在board/arm目录下，可以看到目前已经支持的所有平台列表，平台单独一个目录，结构清晰：

可以看到nucleo_f411re赫然在列
Step2:　安装sdk.
Sdk主要包括编译过程中要用到的 交叉gcc, ld, ar等等工具，其实也就是编译器gcc和 binutils，　除此之外，　还有qemu虚拟机以及本文接下来要用到的openOCD调试服务等等，总之，安装就对了。
下载安装方法, 本文使用的是最新版本:
wget https://nexus.zephyrproject.org/content/repositories/releases/org/zephyrproject/zephyr-sdk/0.8.2-i686/zephyr-sdk-0.8.2-i686-setup.run
增加执行权限:
Chmod a+x zephyr-sdk-0.8.2-i686-setup.run
运行安装:
./zephyr-sdk-0.8.2-i686-setup.run
安装过程中会让你选择安装路径，这个无所谓，选择一个合适的位置即可，当然，你可以选择不用官方提供而是自己制作的工具链.　关于工具链的制作过程单独写一篇，这里不再赘述.
Step４.配置内核:
首先，在用户主根目录下建立.zephyrrc文件并编辑:

设置环境变量指向sdk cross-toolchain，　编译的时候要用到。
然后进入到源码根目录,执行:
Source ./.zephyrrc
Source./zephyr-env.sh

Step５ 编译内核。
Zephyr完全复用了linux的kbuild系统，所以对Linux编译框架很熟悉的很容易上手，　我大概看了一下几个关键的Makefile , 感觉除了版本号，内核名等改成了zephyr的特性之外，其余是完全copy过来，编译逻辑更是完全一样。
Zephyr提供了很多的测试用例，先看个最简单的。　进入到./samples/hello_world/目录，　执行:
make BOARD=nucleo_f411re flash

编译过程产生的中间文件和编译结果全部保存在outdir目录中，其中就包含含有符号表，调试信息的zephyr.elf文件。　简单的命令，编译，烧写一步到位，后面我们讲看到，烧写只是调用了/zephyr/scripts/support/openocd.sh脚本，脚本里面使用openocd将binary烧录到soc片内flash中。

当然，　前面说既然和linux的Kbuild方式几乎完全一样，　zephyr也支持menuconfig配置，只要在刚才的hello_world目录执行 make BOARD=nucleo_f411re menuconfig　命令，　就会出现类似的配置界面:

刚才我们绕过这条命令直接编译，　是因为默认情况下会通过merge.sh脚本将平台默认的defconfig和prj.conf进行合并，　然后调用conf通过参数 –olddefconfig 生成默认配单。　这点和linux也是一样的。
Step6:
　接下来，应该能通过串口看到现象了，　这里要注意的是F411re使用的是uart-转usb口，　所以要通过/dev/ttyACM0节点来看串口打印。

平台测试完成，　接下来建立裸机调试环境。

裸机调试环境搭建:
Step1:　进入源码根目录，执行/home/user/zephyr-1.5.0/sysroots/i686-pokysdk-linux/usr/bin/openocd -s /home/user/zephyr-1.5.0/sysroots/i686-pokysdk-linux/usr/share/openocd/scripts -f /DISK0/WorkSpace/stm32f411-nucleo/zephyr/boards/arm/nucleo_f411re/support/openocd.cfg

这里用到了sdk包中的openocd命令，　

可以看到openocd已经成功启动，此时，OCD后台已经启动了两个端口监听客户连接，
Step2:telnet 4444端口。
　新开一个shell,　执行telnet localhost 4444命令:

Step3:启动gdb会话:
安装arm-none-eabi-gdb调试工具，　如果安装遇到文件依赖冲突的问题，可以用下面的命令强制安装:
sudo apt-get -o Dpkg::Options::=”–force-overwrite” install gdb-arm-none-eabi
安装成功后，　新开一个终端，执行arm-none-eabi-gdb ./outdir/nucleo_f411re/zephyr.elf

接着，执行target remote 127.0.0.1:3333　然后回车:

可以看到，系统已经在_reset异常入口出断住，等待gdb输入交互命令，　这里可以看到汇编指令了，　接下来可以设置观察点，断点了，和通常的GDB 用法毫无二致。

附图:
　下图是一个调试系统的例子，本文介绍的调试系统没有使用类似OpenJTAG这样的仿真器，　调试PC和 F411RE直接通过usb线链接，平台上可能有替代ICE的桥梁作用的模块，　具体没有仔细研究还不清楚。　另外，上位机这里可以使用eclipse，这本身属于ＵＩ界面的范畴，　这里不做论述。