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Tutorial: Criar um aplicativo com capacidade para tempo real

  • Artigo

Importante

Esta é a documentação do Azure Sphere (herdado). O Azure Sphere (herdado) será desativado em 27 de setembro de 2027 e os usuários devem migrar para o Azure Sphere (integrado) até esse momento. Use o seletor de versão localizado acima do sumário para exibir a documentação do Azure Sphere (Integrado).

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 com capacidade para tempo real.

Neste tutorial, você aprenderá a:

  • Baixe um aplicativo de amostra
  • Instalar o conjunto de ferramentas GNU Arm
  • Configurar o hardware para exibir a saída
  • Habilitar desenvolvimento e depuração
  • Iniciar um emulador de terminal para exibir a saída
  • Crie, execute e depure um aplicativo compatível em tempo real

Importante

Essas instruções pressupõem que você está usando o hardware que segue o hardware do RDB (design de quadro de referência) MT3620, como o Kit de Desenvolvimento MT3620 da Seeed Studios. Se você estiver usando um hardware Azure Sphere diferente, consulte a documentação do fabricante para descobrir se o UART está exposto e como acessá-lo. Talvez você precise configurar o hardware para exibir a saída de outra maneira 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 forma:

  1. Aponte seu navegador para o Navegador de Exemplos da Microsoft.
  2. Digite "Azure Sphere" na caixa Pesquisar.
  3. Selecione Azure Sphere – Hello World nos resultados da pesquisa.
  4. Selecione Baixar ZIP.
  5. Abra o arquivo baixado e extraia para um diretório local.

Instalar o GNU Arm Embedded Toolchain

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: a cadeia de ferramentas é instalada automaticamente com a Extensão do Azure Sphere para Visual Studio no Visual Studio 2019. Se você estiver usando o Visual Studio 2019, prossiga para Configurar o 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 conjunto de ferramentas, 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 de sistema operacional.

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

  1. Selecione Preferências de>Arquivo>, Configurações>, Extensões>, Azure Sphere.
  2. Insira o caminho de instalação do GNU Arm Embedded Toolchain na configuração Azure Sphere: Arm Gnu Path .

Para instalar o conjunto de ferramentas, 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 de sistema operacional.

Configurar o hardware para exibir a saída

No momento, cada núcleo em tempo real oferece suporte a um UART somente TX. O RTApps pode usar essa UART para enviar a saída de log do dispositivo. Durante o desenvolvimento e a depuração de aplicativos, normalmente você precisa de uma maneira de ler e exibir a saída. A amostra HelloWorld_RTApp_MT3620_BareMetal apresenta como um aplicativo pode gravar no UART.

Use um adaptador de 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, sem bits 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 do hardware para determinar a localização dos pinos. Se você estiver usando um hardware que segue o RDB (Design de placa de referência) MT3620, como o Kit de desenvolvimento de MT3620 da Seeed Studio, consultar os cabeçalhos da interface de RDB pode ajudar a determinar os locais dos pinos.

  1. Conecte o GND no adaptador USB para serial ao GND no kit de desenvolvimento. Em hardware com RDB MT3620, o GND é o Cabeçalho 3, pino 2.
  2. Conecte o RX no adaptador USB para serial ao TX IOM4-0 no kit de desenvolvimento. Em hardware com RDB MT3620, o TX IOM4-0 é o Cabeçalho 3, pino 6.
  3. Conecte o adaptador USB para serial a uma porta USB livre em seu computador de desenvolvimento e determine a qual porta o dispositivo serial está conectado. No Windows, inicie o Gerenciador de dispositivos, selecione Exibir>dispositivos por contêiner e procure por 'USB UART'. Por exemplo, FT232R USB UART indica o adaptador FTDI Friend.
  4. Inicie um programa 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 o hardware para exibir a saída

No momento, cada núcleo em tempo real oferece suporte a um UART somente TX. O RTApps pode usar essa UART para enviar a saída de log do dispositivo. Durante o desenvolvimento e a depuração de aplicativos, normalmente você precisa de uma maneira de ler e exibir a saída. A amostra HelloWorld_RTApp_MT3620_BareMetal apresenta como um aplicativo pode gravar no UART.

Use um adaptador de 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, sem bits 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 do hardware para determinar a localização dos pinos. Se você estiver usando um hardware que segue o RDB (Design de placa de referência) MT3620, como o Kit de desenvolvimento de MT3620 da Seeed Studio, consultar os cabeçalhos da interface de RDB pode ajudar a determinar os locais dos pinos.

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

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

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

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

    • No Linux, digite o seguinte comando:

      dmesg | grep ttyUSB

      A porta deve ter o nome ttyUSBn, em que n indica o número da porta. Se o dmesg comando listar várias portas USB, aquela que está conectada à normalmente é a última relatada como anexada. Por exemplo, no seguinte, você usaria 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 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 aplicativos de exemplo em seu dispositivo do Azure Sphere ou desenvolver novos aplicativos para ele, você deve habilitar o desenvolvimento e a depuração. Por padrão, dispositivos do Azure Sphere são "bloqueados", ou seja, não permitem que aplicativos em desenvolvimento sejam carregados de um PC e não permitem a depuração de aplicativos. Preparar o dispositivo para a depuração remove essa restrição, carrega o software necessário para a depuração e desbloqueia os recursos do dispositivo, conforme descrito em Recursos e comunicação do dispositivo.

Para depurar nos núcleos em tempo real, use o comando azsphere 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, que não permite atualizações de aplicativos em nuvem. Durante o desenvolvimento e a depuração de aplicativos, você deve deixar o dispositivo neste 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, caso ainda não tenha feito isso:

    azsphere 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:

    azsphere device enable-development --enable-rt-core-debugging

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

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

Compilar e executar o aplicativo HelloWorld RTApp com o Visual Studio

  1. Inicie o Visual Studio. Selecione Abrir uma pasta local, navegue até a pasta em que você extraiu o arquivo de 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 de CMake não for iniciada automaticamente, selecione o arquivo CMakeLists.txt.

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

  5. Selecione Compilar>Compilar Tudo. Se o menu não estiver presente, abra o 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 aparece na janela Saída .

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

  7. Para implantar o aplicativo, pressione F5.

  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 e inspecionar variáveis e experimente outras tarefas de depuração.

Compilar e executar o aplicativo HelloWorld RTApp com o Visual Studio Code

  1. No Visual Studio Code, abra a pasta HelloWorld_RTApp_MT3620_BareMetal na pasta em que você extraiu o arquivo de Azure_Sphere___Hello_World.zip baixado. Se você for solicitado a selecionar um kit, escolha "Não usar um kit".

  2. Se não estiver usando um hardware com 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 compilado anteriormente ou se algum arquivo tiver sido alterado e for necessária a recompilação, o Visual Studio Code compilará o projeto antes de iniciar a depuração.

  4. A janela de saída do Azure Sphere deve mostrar a mensagem "Implantando imagem..." seguida 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 os recursos de depuração do Visual Studio Code para definir pontos de interrupção, inspecionar variáveis e experimentar outras tarefas de depuração.

Solução de problemas

O aplicativo pode começar a ser executado antes que o OpenOCD estabeleça uma conexão. Como resultado, os pontos de interrupção definidos no início do código podem ser ignorados. 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 entre e permaneça em um loop while até que a variável f seja definida como true.

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

  2. Selecione F5 para iniciar o aplicativo com a depuração (F5) e, em seguida, entrar na execução.

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

  4. Percorra 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 compilação do projeto.

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

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

    • --preset <preset-name>

      O nome da predefinição de configuração de compilação, conforme definido em CMakePresets.json.

    • --build <cmake-path>

      O diretório binário que contém o cache do 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 para um diretório chamado AzSphere.

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

    Os exemplos a seguir mostram os comandos do CMake para um RTApp. Quando indicado, substitua <file-path> 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 construir o aplicativo e criar o arquivo do pacote de imagens:

    ninja -C out/ARM-Debug

    O Ninja coloca o aplicativo resultante e os arquivos .imagepackage 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 do 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 o problema, especialmente depois de fazer alterações aos comandos do CMake, exclua todo o build e tente novamente.

Execute o exemplo

  1. Exclua os aplicativos que já foram implantados no dispositivo:

    azsphere device sideload delete

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

    azsphere device sideload deploy --image-package <path-to-imagepackage>

  3. Obtenha a ID do componente da imagem:

    azsphere image-package show --image-package <path-to-imagepackage>

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

    Image package metadata:
Section: Identity
Image Type:           Application
Component ID:         <component id>
Image ID:             <image id>

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

    azsphere device app stop --component-id <component id>

    azsphere device app start --component-id <component id>

    azsphere device app show-status --component-id <component id>

Depurar o exemplo

  1. Interrompa o aplicativo se ele estiver em execução.

    azsphere device app stop --component-id <component id>

  2. Reinicie o aplicativo para depuração.

    azsphere device app start --component-id <component id>

    Este 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 compilado. 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 está em execução 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-gdbo , 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 de OpenOCD fornece uma interface de servidor do GDB em: 4444. Defina o destino para a 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 de parceiros

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

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