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在 STM32F411 上使用 openvela 点亮 LED更新时间：2026-01-06 11:27:14

一、概述

本指南将引导您在 STM32F411 微控制器上，基于 openvela 实时操作系统，完成一个基础的 LED 闪烁示例。您将掌握 openvela 的基本使用流程，包括开发环境搭建、项目编译、固件烧录以及 LED 驱动的注册与使用。

二、最终效果

stsw-link007

三、准备工作

1、硬件准备

  • 开发板：一块基于 STM32F411 的开发板。
  • 调试器：ST-Link V2 调试器（或开发板板载的 ST-Link）。
  • 串口工具：一个 USB 转 TTL 串口模块，用于查看日志输出。
  • 连接线：USB 数据线和若干杜邦线。

2、软件与工具链准备

请在您的开发主机（Ubuntu）上完成以下软件的安装与配置。

  1. 搭建 openvela 开发环境。

    请首先参照官方文档快速入门，完成 openvela 基础开发环境的搭建。

  2. 安装 ARM GCC 编译工具链。

    该工具链用于编译目标平台的固件。打开终端，执行以下命令：

    sudo apt install gcc-arm-none-eabi binutils-arm-none-eabi

  3. 安装 STM32CubeProgrammer。

    此工具用于将编译好的固件烧录到 STM32 微控制器中。

    • 下载地址：请从 ST 官网下载与您操作系统匹配的版本并完成安装。

    • 安装依赖库：为确保 STM32CubeProgrammer 能够正常识别 USB 设备，请安装 libusb。 

      sudo apt-get install libusb-1.0.0-dev

  4. 安装 ST-Link 驱动。

    为使 Linux 系统能以普通用户权限访问 ST-Link 设备，需要安装 udev 规则。

    • 下载地址：请从 ST 官网 下载 stsw-link007 软件包并解压。

      stsw-link007

    • 执行安装脚本：根据压缩包内 readme.txt 的指引，执行以下命令安装 udev 规则。

      sudo sh st-stlink-udev-rules-*-linux-noarch.sh

  5. 启动后界面如下：

    STM32CubeProgrammer

3、硬件连接与验证

  1. 查看原理图准备连接硬件。

    Schematic

  2. 请按照下表所示，将各部件连接起来。

    连接起点 连接终点 说明
    PC USB 端口 ST-Link 调试器 USB 口 供电与调试
    USB 转 TTL 模块 TX 开发板 PA10 (USART1_RX) 串口通信
    USB 转 TTL 模块 RX 开发板 PA9 (USART1_TX) 串口通信
    USB 转 TTL 模块 GND 开发板 GND 共地

    实物连接参考如下：

    Physical Connection

  3. 验证连接。

    请通过 STM32CubeProgrammer 工具验证硬件连接是否成功。

    1. 启动 STM32CubeProgrammer。

    2. 在右上角的 ST-LINK Configuration 区域，单击刷新按钮。如果 Serial number 下拉框中出现了设备序列号，则表明调试器已被成功识别。

      Serial number

    3. 在左侧导航栏选择 Erasing & Programming，如下图所示：

      Erasing Programming

    4. 选择 J-Link 或 STLINK 方式，单击绿色 Connect 按钮。当按钮变为 Disconnect 时，表示开发板已成功连接，如下图所示：

      Connect

四、运行 Demo

本章节将指导您如何基于 openvela 源码，为 STM32F411-minimum 开发板编译并运行一个 LED 闪烁示例。

1、获取示例代码

请确保您已根据官方下载 openvela 源代码文档，在本地准备好了完整的 openvela 源代码。

2、(可选) 理解项目结构

openvela 的代码遵循分层设计。了解关键目录有助于您进行后续的定制开发。

下表简述了核心目录的功能：

目录路径 功能说明
nuttx/boards/arm/stm32/stm32f411-minimum/src 存放 STM32F411 板级的特定驱动实现，如 GPIO 初始化、设备注册（例如 /dev/userleds）等。
nuttx/arch/arm/src/stm32 存放 STM32 芯片家族通用的片上外设（SoC-level）驱动，如 I2C、SPI、GPIO 的底层读写和时钟配置。
nuttx/drivers 存放符合 openvela 标准驱动模型的上层驱动接口。应用程序通过调用这些标准接口与底层硬件交互。

3、加载并配置项目

  1. 执行以下命令打开 menuconfig 配置界面：

    ./build.sh nuttx/boards/arm/stm32/stm32f411-minimum/configs/rgbled menuconfig

  2. 选择目标开发板。

    1. 按回车键进入 Board Selection，打开开发板选择菜单。

      Board Selection

    2. 按回车键选择 Select target board，选择要编译的目标平台:

      Select target board

    3. 按回车键选择 STM32F411CEU6 Minimum ARM Development Board，为 STM32F411CEU6 最小系统板编译固件:

      STM32F411CEU6

  3. 启用 LED 驱动。

    1. 按两次 Esc 键返回到第一级目录，选择 Device Drives:

      Device Drives

    2. 按 Enter 键进入 LED support：

      LED support

    3. 启用以下配置项：

      • LED driver

      • Generic Lower Half LED Driver

        LED Driver

  4. 启用示例程序。

    1. 按 / 键搜索并启用 EXAMPLES_LEDS。

      EXAMPLES_LEDS

    2. 按 / 键搜索并禁用 ARCH_LEDS（避免冲突）。

      ARCH_LEDS

  5. 保存配置，按 Q 键退出菜单，选择 Y 键保存配置。

4、编译项目

  1. 返回到 openvela 根目录，使用以下命令编译 LED 示例程序：

    ./build.sh nuttx/boards/arm/stm32/stm32f411-minimum/configs/rgbled -j8

  2. 编译成功后，将在 nuttx 目录下生成 nuttx.hex 和 nuttx.bin 固件文件。

5、烧录固件

  1. 启动 STM32CubeProgrammer 工具并连接开发板。

  2. 单击 Browse，选择上一步生成的固件文件 openvela/nuttx/nuttx.hex，并勾选 Skip flash erase before programming，如下图所示：

    Browse

  3. 单击 Start Programming 开始下载。下载完成后，会弹出提示框，并且日志窗口会输出相关信息。

    Start Programming

  4. 如果下载过程中出现 Error，请单击 Full chip erase 按钮擦除芯片数据，然后重新下载固件，即可恢复正常。

    Full chip erase

6、连接串口

  1. 使用 Minicom 或其他串口工具连接到开发板。

    # 注意：您的设备号可能是 ttyACM1，请根据实际情况修改
sudo minicom -D /dev/ttyACM0 -b 115200

  2. （可选）如果首次使用 Minicom 的无法接收键盘输入，请参考如下步骤修改 Minicom 的相关配置：

    1. 使用以下命令打开 Minicom 配置界面：

      sudo minicom -s

      Serial port setup

    2. 进入 Serial port setup 配置目录，确保以下两项配置值为 No：

      • Hardware Flow Control: No

      • Software Flow Control: No

        Hardware Flow Control

    3. 选择 Save setup as dfl 保存为默认配置，然后 Exit。

    4. 重新连接。若仍有问题，请按开发板的 Reset 键。

7、运行 LED 示例

  1. 重新打开 minicom，连接成功后，在 Minicom 终端中按回车，您会看到 nsh> 提示符。

    nsh

  2. 运行 LED 示例，请输入以下命令：

    leds

  3. 您将看到开发板上的用户 LED 开始闪烁，同时串口终端会输出运行日志。

五、如何新增 Demo

本章将指导您如何在 openvela 的 packages/demos 目录下添加、配置并运行一个自定义的 LED 控制应用。

1、核心步骤概述

在 openvela 中集成一个新应用，主要遵循以下流程：

  1. 创建应用文件：在 packages/demos/ 下创建新目录，并编写应用的 C 源码、Kconfig 和 Makefile。
  2. 注册应用到编译系统：修改上层的 Make.defs 文件，让构建系统能够发现您的新应用。
  3. 配置与编译：通过 menuconfig 启用新应用，并编译生成包含新功能的固件。
  4. 运行与验证：烧录固件，并通过终端命令运行您的 Demo。

2、创建 Demo 源码及配置文件

  1. 创建 led 目录：

    # 确保当前位于 openvela 源码根目录
mkdir -p packages/demos/led

  2. 创建 C 语言源文件 (packages/demos/led/led_main.c)： 此文件是 Demo 的核心逻辑，它通过 ioctl 系统调用与底层 LED 驱动进行交互。

    /****************************************************************************
* Included Files
****************************************************************************/
#include <nuttx/config.h>
#include <nuttx/leds/userled.h>
#include <sys/ioctl.h>
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <fcntl.h>
#include <unistd.h>
/****************************************************************************
* Public Functions
****************************************************************************/
int main(int argc, char *argv[])
{
    int fd;
    int ret;
    userled_set_t ledset; // 定义一个LED状态集合
    printf("Starting LED Demo...\n");
    // 1. 打开 userled 设备驱动
    fd = open("/dev/userleds", O_WRONLY);
    if (fd < 0)
    {
        printf("Failed to open /dev/userleds, please ensure USERLED is enabled.\n");
        return -1;
    }
    // 2. 点亮第一个LED (通常是LED 0)
    printf("Turning ON LED 0.\n");
    ledset = 1 << 0; // 使用位掩码选择第一个LED
    ret = ioctl(fd, ULEDIOC_SETALL, (unsigned long)ledset);
    if (ret < 0)
    {
        printf("ioctl(ULEDIOC_SETALL) failed: %d\n", ret);
        close(fd);
        return -1;
    }
    sleep(2); // 保持点亮 2 秒
    // 3. 熄灭所有LED
    printf("Turning OFF all LEDs.\n");
    ledset = 0;
    ioctl(fd, ULEDIOC_SETALL, (unsigned long)ledset);
    // 4. 关闭设备
    close(fd);
    printf("LED Demo finished.\n");
    return 0;
}

  3. 创建 Kconfig 文件。此文件用于在 menuconfig 中生成一个独立的配置选项来控制是否编译此 Demo。

    packages/demos/led/Kconfig:

    # Defines the configuration option for the custom LED Demo.
# This will appear under "Application Configuration -> Demos".
config APP_DEMOS_LED
    bool "Custom LED control demo"
    default n
    depends on USERLED  # This demo requires the base USERLED driver
    ---help---
        Enable this to build the custom LED control demo, which
        demonstrates how to turn an LED on and off via ioctl.

    说明：我们创建了一个独立的 APP_DEMOS_LED 选项，而不是复用 EXAMPLES_LEDS，这使得新增的 Demo 逻辑清晰，配置简单，避免了不必要的依赖和混淆。说明：

  4. 创建 Makefile 文件： 此文件定义了本应用的编译规则，如程序名、优先级和堆栈大小。

    packages/demos/led/Makefile:

    include $$(APPDIR)/Make.defs
# Application details, linked to the Kconfig option
PROGNAME  = led_demo
PRIORITY  = 100
STACKSIZE = 2048
# Source file for the application
MAINSRC = led_main.c
include $$(APPDIR)/Application.mk

3、注册新 Demo 到编译系统

编辑 packages/demos/ 目录下的 Make.defs 文件，将我们的 led Demo 加入编译列表。

  1. 打开 packages/demos/Make.defs 文件。

  2. 在文件末尾添加以下代码：

    # ... (other demo configurations might be here) ...
# Add our custom LED demo to the build if it's enabled in Kconfig.
ifneq ($$(CONFIG_APP_DEMOS_LED),)
CONFIGURED_APPS += $$(APPDIR)/packages/demos/led
endif

4、配置与编译

配置项目

返回 openvela 根目录，运行 menuconfig。

./build.sh nuttx/boards/arm/stm32/stm32f411-minimum/configs/rgbled menuconfig

启用所需配置

在 menuconfig 界面中，确保以下两个选项被启用（可使用 / 键搜索）：

  • 启用底层 LED 驱动 (依赖项)

    • 路径: Device Drivers ---> LED Driver Support ---> [*] User LED Support
    • 确保勾选: CONFIG_USERLED

  • 启用 LED Demo

    • 路径: Application Configuration ---> Demos ---> [*] Custom LED control demo
    • 确保勾选: CONFIG_APP_DEMOS_LED 完成后，保存配置并退出。

完成上述配置后，保存配置并退出。

编译项目

切换到 openvela 的根目录，distclean 之后 build:

# (Optional but recommended) Clean previous build artifacts
./build.sh nuttx/boards/arm/stm32/stm32f411-minimum/configs/rgbled distclean
# Build the project with the new configuration
./build.sh nuttx/boards/arm/stm32/stm32f411-minimum/configs/rgbled -j8

5、运行 Demo

请参考第四章的指导运行 Demo。

  1. 烧录固件：参考烧录固件的指导，烧录新生成的 nuttx/nuttx.hex 文件。

  2. 运行命令：连接串口终端，在 nsh> 提示符下输入 Makefile 中定义的程序名 led_demo。

    nsh> led_demo

  3. 观察结果：

    • 您将在终端看到 Starting LED Demo... 等日志输出。
    • 同时，开发板上的用户 LED 将点亮 2 秒钟，然后熄灭。

六、FAQ

1、编译时出现 undefined reference to board_userled... 错误

问题现象

在配置完 menuconfig 并执行编译后，链接阶段出现类似以下的 undefined reference 错误。

undefined reference

原因分析

这是 USERLED 通用驱动和 ARCH_LEDS 板级特定驱动之间的配置冲突。

  • CONFIG_USERLED=y：启用了通用的 /dev/userleds 驱动框架。此框架依赖于底层的 board_userled... 函数来实现具体硬件操作。
  • CONFIG_ARCH_LEDS=y：启用了板级 LED 驱动。在这种模式下，系统认为 LED 由架构代码直接控制，因此不会编译和链接 board_userled... 相关函数，导致 USERLED 驱动找不到实现，从而产生链接错误。

解决方案

禁用板级 ARCH_LEDS 驱动，以允许 USERLED 通用驱动正确工作。

  1. 进入 menuconfig：

    ./build.sh nuttx/boards/arm/stm32/stm32f411-minimum/configs/rgbled menuconfig

  2. 关闭 ARCH_LEDS。

  3. 清理并重新编译：

    # 清理旧的配置和构建产物
./build.sh nuttx/boards/arm/stm32/stm32f411-minimum/configs/rgbled distclean
# 重新编译项目
./build.sh nuttx/boards/arm/stm32/stm32f411-minimum/configs/rgbled -j8

2、程序运行时提示 Failed to open /dev/userleds

问题现象

在终端中运行 Demo，程序输出错误信息，无法打开设备文件。

userleds

原因分析：

此问题表示 /dev/userleds 设备节点未被创建。这通常是因为 openvela 的 USERLED 通用驱动程序未在配置中启用，导致相关代码没有被编译进固件。

解决方案

按照 Demo 中的 Kconfig 文件，打开 EXAMPLES_LEDS 和 USERLED 配置。

userleds

3、packages/demos 和 nuttx/apps/examples 目录有什么区别

  • https://github.com/open-vela/nuttx-apps/tree/dev/examples

    • 来源: NuttX 官方社区。
    • 内容: 包含由 NuttX 社区维护的、用于演示其核心功能的各种示例。
    • 性质: 通用、与上层应用无关。

  • https://github.com/open-vela/packages_demos

    • 来源: openvela 项目。
    • 内容: 包含为展示 openvela 特定功能或集成方案而创建的示例。
    • 性质: openvela 定制、与项目强相关。

  • 开发建议： 当您为 openvela 项目新增自定义 Demo 或应用时，强烈建议您在 packages/demos 目录下创建。

七、参考资料

文档内容是否有帮助？
有帮助
无帮助