企业官网建设流程全解析

Zephyr 中 Serpente 开发板移植与实战：基于 ATSAMD21E18A 的极简原型板使用指南

【免费下载链接】zephyrPrimary Git Repository for the Zephyr Project. Zephyr is a new generation, scalable, optimized, secure RTOS for multiple hardware architectures.项目地址: https://gitcode.com/GitHub_Trending/ze/zephyr

Serpente 是 Arturo182 推出的一款极小型、低成本开发与原型验证板，搭载 ATSAMD21E18A（ARM Cortex-M0+）处理器，配备 4MiB 额外 SPI Flash、PWM 可调 RGB LED 和 6 个 I/O 引脚，并以原生 USB 接口作为主要通信与烧录通道。本文以 Zephyr 仓库中该板卡的官方文档为骨架，结合 board 源码 的 devicetree、Kconfig 与构建脚本，完整讲解 Serpente 的硬件规格、时钟树、USB 设备模式、BOSSA/UF2 烧录流程及 Zephyr 支持的功能清单，帮助读者在 Zephyr 上快速完成 blinky 等样例的构建与烧录，并理解板卡级移植背后的实现细节。

Arturo182 Serpente 开发板：极小型 ATSAMD21 原型板，带 USB 接口与 RGB LED

板卡概述与硬件规格

Serpente 是一块面向嵌入式原型开发的小尺寸开发板，其核心定位是"小而全"：板载主控、存储、LED 与 USB 一应俱全，无需外接调试器即可通过 USB 直接烧录与通信。

根据 boards/others/serpente/doc/index.rst 的官方说明，板卡核心特性包括：

• 4MiB 板载 Flash 存储：除主控内部 Flash 外，额外提供 4MiB SPI Flash，可用于数据存储或文件系统；
• PWM 可调 RGB LED：红、绿、蓝三色 LED 均支持 PWM 控制，可实现任意颜色与亮度调节；
• 6 个 I/O 引脚：面向小型化原型设计，引脚数量精简但覆盖常用外设；
• 三种 USB 连接器选项：同一块板提供 USB Type-C 公头（plug）、USB Type-C 母座（socket）与 USB Type-A 公头（plug）三种变体，可直插电脑或 USB 供电设备。

硬件配置一览

上述硬件参数在 serpente.yaml 中也有对应声明：flash: 256、ram: 32，架构为arch: arm，工具链支持zephyr与gnuarmemb。

支持的板级功能

Zephyr 通过 serpente.yaml 中的supported字段声明该板卡在当前版本中可用的驱动/子系统，覆盖了 SAMD21 上常用的大部分外设：

• adc：模数转换
• counter：计数器
• gpio：通用输入输出
• hwinfo：硬件信息读取
• i2c：I2C 总线
• pwm：PWM（驱动 RGB LED 的核心）
• spi：SPI 总线（用于外部 4MiB Flash 等）
• uart：串口（默认控制台）
• usb_device：USB 设备
• watchdog：看门狗

这些能力在 devicetree 中均有对应的节点启用（详见下文），意味着上述外设驱动已随板卡移植被 Zephyr 原生支持，可直接用于应用开发。

引脚连接与 I/O 布局

Serpente 的完整引脚定义与原理图可参考板卡厂商的官方文档（详见原文档 References 中的Serpente documentation、pinouts与schematic链接）。在 Zephyr 侧，引脚复用关系由 serpente-pinctrl.dtsi 明确定义，这里给出关键复用组：

从 serpente.dts 可以看到，默认控制台与 shell 串口被绑定到sercom2（zephyr,console = &sercom2; zephyr,shell-uart = &sercom2;），串口波特率为 115200。同时sercom0、sercom2（UART）、sercom3（SPI）、tcc0（PWM）与usb0（USB 设备）均在 devicetree 中被置为status = "okay"。

RGB LED 的 GPIO 与 PWM 双重驱动

Serpente 的 RGB LED 在 serpente.dts 中被定义了两套节点：

• gpio-leds节点：红、绿、蓝分别位于 PA22、PA19、PA23，且均为GPIO_ACTIVE_LOW（低电平点亮），并通过aliases暴露为led0/led1/led2与red-led/green-led/blue-led；
• pwm-leds节点：三色 LED 分别由tcc0的通道 0、3、1 驱动，周期为PWM_MSEC(20)（20ms，即 50Hz 刷新率），通过aliases暴露为pwm-led0/1/2与red-pwm-led/green-pwm-led/blue-pwm-led。

因此应用层既可以使用 GPIO 接口做简单开关/闪烁，也可以使用 PWM 接口实现颜色渐变，这正是原文档所称 "PWM enabled RGB led" 的源码级体现。

系统时钟配置

SAMD21 默认的时钟方案为：使用8 MHz 内部振荡器（OSC8M）作为主时钟源，再经由片内 PLL 倍频生成48 MHz 系统时钟。

这一配置在 serpente_defconfig 中直接可见：

CONFIG_SOC_ATMEL_SAMD_OSC8M=y CONFIG_SOC_ATMEL_SAMD_OSC8M_AS_MAIN=y

同时在 serpente.dts 中显式声明了 CPU 工作频率：

&cpu0 { clock-frequency = <48000000>; };

从源码结构看，SOC_ATMEL_SAMD_OSC8M_AS_MAIN将 8MHz 内部振荡器设定为主时钟源，再通过 SAMD21 的 DPLL 倍频到 48MHz，以满足 USB 与 UART 等工作所需的稳定时钟。

USB 设备端口

SAMD21 自带原生 USB 设备控制器，Serpente 通过 USB 口即可与主机 PC 通信，无需额外硬件。Zephyr 侧 USB 外设节点在 serpente.dts 中启用：

zephyr_udc0: &usb0 { status = "okay"; pinctrl-0 = <&usb_dc_default>; pinctrl-names = "default"; };

其中usb_dc_default引脚组将 PA25/PA24 复用为 USB D+/D-。开发者可以参考 Zephyr 的usb样例类别，例如usb-cdc-acm样例——它会在主机 PC 上枚举出一个虚拟串口，并向主机打印 "Hello World!"，是验证 Serpente USB 通路是否正常的最快途径。

编程与调试：BOSSA 兼容的 UF2 Bootloader

Serpente 出厂预装BOSSA 兼容的 UF2 bootloader。BOSSA（Basic Open Source SAM-BA）是 Atmel/Microchip SAM 系列 MCU 常用的烧录工具链，UF2 则是 Adafruit 推动的"拖拽式"固件格式；Serpente 将两者结合，使烧录体验非常友好：

• 将板卡插入电脑后，它会枚举为一个可移动磁盘（UF2 模式）；
• 双击 Reset 按键（快速连按两次）即可随时进入 bootloader 模式；
• 把编译好的.uf2固件直接复制到磁盘即可完成烧录。

Zephyr 侧对 bootloader 的支持体现在 serpente_defconfig：

CONFIG_BOOTLOADER_BOSSA=y CONFIG_BOOTLOADER_BOSSA_ADAFRUIT_UF2=y

以及 serpente.dts 中的 Flash 分区布局：

boot_partition: partition@0 { label = "uf2"; reg = <0x00000000 DT_SIZE_K(8)>; read-only; }; code_partition: partition@2000 { label = "code"; reg = <0x2000 DT_SIZE_K(256-8)>; read-only; };

即：Flash 起始的 8KiB 被保留给 UF2 bootloader（只读），其余约 248KiB 用作应用代码分区（zephyr,code-partition）。这样的分区设计保证应用固件不会覆盖 bootloader，从而始终保持双击复位即可重新烧录的能力。

支持的烧录工具链

board.cmake 引入了 Zephyr 通用烧录脚本：

include(${ZEPHYR_BASE}/boards/common/bossac.board.cmake)

即 Serpente 默认使用bossac（BOSSA 命令行工具）作为 runner，west flash会自动调用 bossac 完成固件写入。

烧录示例：从构建 blinky 到 LED 闪烁

以下步骤完全遵循官方文档的烧录流程，可在 Zephyr 环境下直接复现。

第一步：构建 blinky 样例

构建 Zephyr 内核与blinky样例应用（目标板为serpente）：

west build -b serpente samples/basic/blinky

blinky是 Zephyr 中最基础的点灯样例，它通过led0别名驱动板载 LED 周期性闪烁。由于 Serpente 的 LED 均为GPIO_ACTIVE_LOW，devicetree 已正确声明极性，样例无需任何修改即可工作。

第二步：连接板卡

使用 USB 线将 Serpente 连接到主机电脑。注意板卡有 USB Type-C 公头、Type-C 母座、Type-A 公头三种变体，请根据手头板卡选择合适的连接方式。

第三步：进入 bootloader 模式

快速双击 Reset 按键（两次轻触），板卡将进入 UF2 bootloader 模式，并在主机上呈现为一个可移动磁盘。

第四步：烧录固件

west flash

west flash会通过 bossac runner 生成并烧录固件。烧录完成后复位运行，即可看到板载 User LED 开始闪烁。

若使用手工方式，也可以将 west 构建产物中的.uf2文件直接拖入 bootloader 暴露的可移动磁盘完成烧录。

总结

Serpente 以极小的尺寸提供了完整的开发闭环：ATSAMD21E18A 提供 48MHz Cortex-M0+ 算力，256KiB 内部 Flash + 32KiB RAM + 4MiB 外部 SPI Flash 满足原型存储需求，PWM RGB LED 便于状态指示，原生 USB 既是通信口也是烧录口。在 Zephyr 中，该板卡的移植已相当成熟：devicetree 完整定义了引脚复用、分区与外围设备，Kconfig 预设了 OSC8M 主时钟与 BOSSA/UF2 bootloader 支持，west build -b serpente+ 双击复位 +west flash三步即可完成从源码到点灯的全流程。对于需要快速验证 Zephyr 应用或做小型 USB 外设原型开发的场景，Serpente 是一个非常轻量且顺手的起点。

【免费下载链接】zephyrPrimary Git Repository for the Zephyr Project. Zephyr is a new generation, scalable, optimized, secure RTOS for multiple hardware architectures.项目地址: https://gitcode.com/GitHub_Trending/ze/zephyr