Instalacion de toolchanin para nRF51 en linux

By Edén Candelas

Instalacion de toolchain para nRF51 en linux

La razon para este tutorial es la necesidad de utilizar el nRF51822 en un proyecto. Al momento de escribir esto tengo una tarjeta [Carbon de 96boards] que contiene un nRF51822 con la interface SWD expuesta, y un ST Link V2 a modo de programador.

stlinkCarbon

Querer mantener trabajandome en linux me obliga a manejar el toolchain con herramientas abiertas. Lo bueno es que se tiene lo necesario para poder hacer esto:

GNU arm embedded toolchain provee el compilador y el debugger
Nordic nRF51_SDK provee las herramientas especificas y codigos para el manejo de los nRF51
openOCD la herramienta para comunicarnos directamente con el nRF51.

Instrucciones

Una carpeta para controlarlos a todos.

Crear una carpeta para trabajar los proyectos con este toolchain: ~$mkdir opt eso crea una carpeta en home llamada opt: /home/<usuario>/opt

GNU arm toolchain

Descargar, descomprimir y poner en la carpeta opt el GNU arm toolchain
No se necesita modificar nada del path.

Nordic nRF51_SDK

Descargar, descomprimir y poner en la carpeta opt el SDK de nordic para nRF51
Se modifica el archivo /home/<usuario>/opt/<SDK>/componentes/toolchain/gcc/Makefile.posix. Originalmente contiene la direccion de la instalacion global del arm-none-eabi-gcc, pero queremos usar la que descargamos, asi que lo cambiamos por el path absoluto del GNU arm toolchain
```
GNU_INSTALL_ROOT := /home/<usuario>/opt/gcc-arm-none-eabi-7-2017-q4-major
GNU_VERSION := 4.9.3
GNU_PREFIX := arm-none-eabi
```

Con esto al momento de ejecutar el comando make desde alguno de los ejemplos del SDK se llama al executable arm-none-eabi-gcc contenido en opt

openOCD

Instalar libusb-1.0 sudo apt-get install git autoconf libtool make pkg-config libusb-1.0-0 libusb-1.0-0-dev libusb debe estar instalado ya que al configurar openocd se valida libusb para activar las configuraciones de los dongles usb
Descargar, descomprimir openOCD git clone git://git.code.sf.net/p/openocd/code openocd-code
Realizar el proceso de instalacion: ./bootstrap ./configure make sudo make install

openocd queda instalado en /usr/local/share/openocd

Validacion

Compilacion de ejemplos.

Ir a un ejemplo especifico, en este caso: /home/<usuario>/opt/<SDK>/examples/ble_peripheral/ble_app_beacon/
Ir a la carpeta que contine el codigo especifico para la aplicacion. <>/ble_app_beacon/pca10028/s130/ se escogio este ejemplo ya que es compatible con una tarjeta custom sin elementos extras utilizando el softdevice 130.
Ejecutamos make
Como resultado al make se crea la carpeta _build en la que reciden el .bin y el .hex. Este .hex es el que usaremos mas tarde para cargarlo a la tarjeta.

Conexion STLink <-> Carbon

La interface SWD en el carbon tienen los pines: 3.3v - GND - CLK - DIO - RST.

Conectamos a los pines correspondientes en el conector del stlink v2

                      |   CARBON SWD  |   STLINK V2   |
                      |---------------|---------------|
                      |   3.3v        |   PIN 2       |
                      |   GND         |   PIN 6       |
                      |   CLK         |   PIN 9       |
                      |   DIO         |   PIN 7       |
                      |   RST         |   PIN 15      |
                      |---------------|---------------|

Alimentamos la Carbon mediante el puerto otg.
Conectamos el stlink con el cable microusb.

Iniciamos openocd

Creamos una carpeta para hacer esta prueba y colocar un archivo openocd.cfg que contenga los parametros que utilizara openocd para la conexion.

Interface: stlink-v2.cfg
Target: nrf51.cfg
Transport: hla_swd

$mkdir /home/<usuario>/opt/test

Abrimos el archivo nano openocd.cfg
Agregamos el siguiente texto

# nRF51822 Target

# Using stlink as SWD programmer
source [find interface/stlink-v2.cfg]

# SWD as transport
transport select hla_swd

# Use nRF51 target
set WORKAREASIZE 0x4000
source [find target/nrf51.cfg]

La ventaja del stlink v2 es que ya existe un archivo de configuracion para usarlo como interface y un archivo de configuracion del nrf51 como target.

Ejecutamos openocd con el archivo que creamos: openocd -f openocd.cfg

Nos resulta el verbose de openocd que queda a la espera de conexiones

Info : The selected transport took over low-level target control. The results might differ compared to plain JTAG/SWD
adapter speed: 1000 kHz
Info : Listening on port 6666 for tcl connections
Info : Listening on port 4444 for telnet connections
Info : Unable to match requested speed 1000 kHz, using 950 kHz
Info : Unable to match requested speed 1000 kHz, using 950 kHz
Info : clock speed 950 kHz
Info : STLINK v2 JTAG v27 API v2 SWIM v6 VID 0x0483 PID 0x3748
Info : using stlink api v2
Info : Target voltage: 3.234714
Info : nrf51.cpu: hardware has 4 breakpoints, 2 watchpoints
Info : Listening on port 3333 for gdb connections

Control y carga de archivos

Con openocd corriendo y conectado al target podemos enviar la informacion al dispositivo. En este caso en particular le cargaremos el softdevice 130 y despues el ble_app_beacon que compilamos.

Abrimos un telnet al localhost (127.0.0.1) al puerto 4444 telnet localhost 4444

Trying 127.0.0.1...
Connected to localhost.
Escape character is '^]'.
Open On-Chip Debugger
>

Reiniciamos y paramos el micro. reset halt

target halted due to debug-request, current mode: Thread
xPSR: 0xc1000000 pc: 0x000006d0 msp: 0x000007c0

borramos el micro nrf51 mass_erase

nRF51822-QFAC(build code: A1) 256kB Flash

Cargamos el softdevice flash write_image erase /home/<usuario>/opt/<sdk>/components/softdevice/s130/hex/s130_nrf51_2.0.1_softdevice.hex

auto erase enabled
Padding image section 0 with 2112 bytes
using fast async flash loader. This is currently supported
only with ST-Link and CMSIS-DAP. If you have issues, add
"set WORKAREASIZE 0" before sourcing nrf51.cfg/nrf52.cfg to disable it
target halted due to breakpoint, current mode: Thread
xPSR: 0x61000000 pc: 0x2000001e msp: 0xfffffffc
wrote 110592 bytes from file /home/eden/opt/nRF5_SDK_12.3.0_d7731ad/components/softdevice/s130/hex/s130_nrf51_2.0.1_softdevice.hex in 4.837066s (22.328 KiB/s)

Cargamos el app flash write_image erase /home/eden/opt/nRF5_SDK_12.3.0_d7731ad/examples/ble_peripheral/ble_app_beacon/pca10028/s130/armgcc/_build/nrf51422_xxac.hex

auto erase enabled
using fast async flash loader. This is currently supported
only with ST-Link and CMSIS-DAP. If you have issues, add
"set WORKAREASIZE 0" before sourcing nrf51.cfg/nrf52.cfg to disable it
target halted due to breakpoint, current mode: Thread
xPSR: 0x61000000 pc: 0x2000001e msp: 0xfffffffc
wrote 12288 bytes from file /home/eden/opt/nRF5_SDK_12.3.0_d7731ad/examples/ble_peripheral/ble_app_beacon/pca10028/s130/armgcc/_build/nrf51422_xxac.hex in 0.568909s (21.093 KiB/s)

reiniciamos el micro reset

Para validar que el firmware funciono abrimos algna app como el nRFConnect y validamos que el beacon este haciendo advertising.

Referencias.

Enlaces en los que me base para lograr la implementacion del toolchain.

Muestra la configuracion para un nrf51 vanilla y los comandos para cargar tanto el softdevice como la app [Enlace 1][https://acassis.wordpress.com/2016/02/25/using-openocd-to-program-a-homebrew-nrf51822-board/] Muestra tambien el comando para cargar el nrf51 vanilla y algunos errores [Enlace 2][https://devzone.nordicsemi.com/question/70314/program-bluetooth-for-nrf51822-yunjia-board-with-stlink-v2/]