基于 NXP i.MX8M Plus 测试 Zephyr RTOS

简介

Zephyr 是一个开源的小型实时操作系统（RTOS），专为资源受限的嵌入式系统而设计------从简单的环境传感器、LED 可穿戴设备，到复杂的嵌入式控制器、智能手表和 IoT 无线应用，均可使用 Zephyr 进行开发。Zephyr 采用 Apache 2.0 宽松许可证，由 Linux 基金会托管，拥有活跃的社区支持。

Zephyr 内核支持多种处理器架构，包括 ARMv6-M / ARMv7-M / ARMv8-M（Cortex-M 系列）、ARMv7-A / ARMv8-A（Cortex-A 系列）、RISC-V、x86、Xtensa 等。在嵌入式 ARM 应用中，Zephyr 具备以下突出优势：

小型内核、低资源占用：内核针对资源受限设备优化，可在仅数十 KB RAM 的 MCU 上运行。
高度模块化：应用可按需裁剪功能模块，仅包含所需的组件，灵活控制 footprint。
丰富的内核服务：提供多线程（协作式/抢占式）、信号量、消息队列、内存管理、电源管理等完整的 RTOS 服务。
原生设备树（Devicetree）支持：使用设备树描述硬件，驱动模型统一，便于跨平台移植。
完善的网络与通信栈：内建 TCP/IP、BLE 5.0、Bluetooth Mesh、Thread（OpenThread）、LwM2M 等协议栈。
活跃的社区与厂商支持：NXP、Nordic、STMicroelectronics 等主流芯片厂商均积极参与 Zephyr 上游开发，板级支持（BSP）持续增长。

在 NXP i.MX 8M Plus 这类异构多核 SoC 上，Zephyr 运行于 Cortex-M7 实时核心，与 Linux 运行的 Cortex-A53 应用核心协同工作，是 FreeRTOS 之外的一个现代化替代方案。

本文基于 Toradex Verdin i.MX8M Plus 嵌入式平台，演示 Zephyr RTOS 的环境搭建、交叉编译以及在 Cortex-M7 核心上的部署运行流程，并进一步测试 OpenAMP 资源表（rsc_table）demo，验证异构多核间基于 RPMsg 的核间通信。

硬件平台介绍

Verdin i.MX8M Plus 是 Toradex 推出的核心板（Computer on Module），基于 NXP i.MX 8M Plus SoC，主要规格如下：

项目	规格
应用处理器	4× Arm Cortex-A53 @ 1.6 GHz
实时微控制器	1× Arm Cortex-M7F @ 800 MHz
RAM（A53）	1GB / 2GB / 4GB / 8GB（视型号）
RAM（M7）	3×32KB（TCML、TCMU、OCRAM_S）+ 128KB OCRAM + 256MB DDR
存储（A53）	最高 32GB eMMC
网络	千兆以太网（TSN）、Wi-Fi 802.11ac 2×2 MU-MIMO、蓝牙 5.0
接口	USB 3.1、CAN、I2C、SPI、UART、GPIO 等
AI 加速	NPU（神经处理单元）、ISP（图像信号处理器）

Cortex-M7 微控制器具备 800 MHz 主频和浮点运算单元（FPU），配合紧耦合存储器（TCM）可实现极低中断延迟，适用于实时控制场景。Zephyr 在该核心上运行，与 Cortex-A53 上的 Linux 系统形成异构多核协作。

准备

硬件

Verdin i.MX8M Plus 核心板，搭配 Dahlia 载板
连接 Dahlia 载板 X18 调试串口 ------该接口同时提供 Cortex-A53 调试串口 和 Cortex-M7 调试串口，需分别连接以便后续操作

软件

参考 Toradex Easy Installer 使用说明，将当前最新版本 Toradex Yocto Linux BSP 7.x Reference Image 烧写至 Verdin i.MX8M Plus
开发主机操作系统：Ubuntu 24.04 LTS（或更新版本）

测试步骤

1. 更新开发主机系统

bash 复制代码

$ sudo apt update
$ sudo apt upgrade

2. 安装依赖工具

Zephyr 对主要构建工具的最低版本要求如下：

工具	最低版本
CMake	3.20.5
Python	3.12
Devicetree compiler	1.4.6

安装所需依赖包：

bash 复制代码

$ sudo apt install --no-install-recommends git cmake ninja-build gperf \
 ccache dfu-util device-tree-compiler wget python3-dev python3-venv python3-tk \
 xz-utils file make gcc gcc-multilib g++-multilib libsdl2-dev libmagic1

验证工具版本：

bash 复制代码

$ cmake --version
cmake version 3.28.3

$ python3 --version
Python 3.12.3

$ dtc --version
Version: DTC 1.7.0

3. 创建 Zephyr 工作区

创建 Python 虚拟环境并安装 west（Zephyr 的元工具/构建前端）：

bash 复制代码

$ python3 -m venv ~/zephyrproject/.venv
$ source ~/zephyrproject/.venv/bin/activate

(.venv) $ pip install west

使用 west 初始化 Zephyr 仓库并更新依赖：

bash 复制代码

(.venv) $ west init ~/zephyrproject
=== Initializing in /home/simon/zephyrproject
--- Cloning manifest repository from https://github.com/zephyrproject-rtos/zephyr
...
=== Initialized. Now run "west update" inside /home/simon/zephyrproject.

(.venv) $ cd ~/zephyrproject
(.venv) $ west update
(.venv) $ west zephyr-export
(.venv) $ west packages pip --install

说明：west update 会拉取 Zephyr 及其所有子模块（HAL、第三方库等），首次执行耗时较长，请确保网络畅通。

4. 安装 Zephyr SDK

Zephyr SDK 包含交叉编译工具链。由于 Cortex-M7 是 32 位 ARM 架构，仅需安装 arm-zephyr-eabi 工具链：

bash 复制代码

(.venv) $ cd ~/zephyrproject/zephyr
(.venv) $ west sdk install -t arm-zephyr-eabi

5. 编译 Hello World 示例

Zephyr 为 Verdin i.MX8M Plus 的 M7 核心提供了两种内存配置的 board target：

Board Target	代码运行位置	说明
`verdin_imx8mp/mimx8ml8/m7`	ITCM（紧耦合存储器）	低延迟，适合实时性要求高的场景，但空间有限
`verdin_imx8mp/mimx8ml8/m7/ddr`	DDR 外部存储器	空间大，适合较大的应用程序

分别编译：

bash 复制代码

# 编译 ITCM 版本
(.venv) $ west build -b verdin_imx8mp/mimx8ml8/m7 samples/hello_world

# 编译 DDR 版本
(.venv) $ west build -b verdin_imx8mp/mimx8ml8/m7/ddr samples/hello_world

6. 部署固件到目标设备

将编译生成的二进制文件通过 SCP 传输到 Verdin i.MX8M Plus（需确保 Linux 系统已启动并联网）：

bash 复制代码

(.venv) $ scp build/zephyr/zephyr.bin root@<verdin_imx8mp_ip_address>:/home/root

将 <verdin_imx8mp_ip_address> 替换为设备的实际 IP 地址。

7. 在 M7 核心上运行固件

通过 Cortex-A53 调试串口连接 U-Boot 控制台，执行以下命令将固件加载到 M7 核心的 ITCM 并启动：

复制代码

Verdin iMX8MP # ext4load mmc 2:2 ${loadaddr} /home/root/zephyr.bin
<size> bytes read in 2 ms (7.7 MiB/s)

Verdin iMX8MP # cp.b ${loadaddr} 0x7e0000 <size>

Verdin iMX8MP # bootaux 0x7e0000
## No elf image at address 0x007e0000
## Starting auxiliary core stack = 0x20000F80, pc = 0x00000D8D...

说明：

ext4load 从 eMMC 的 ext4 分区读取固件到内存

cp.b 将固件从加载地址复制到 ITCM 起始地址 0x7e0000

bootaux 命令启动辅助核心（M7）

<size> 为 ext4load 命令输出的实际文件字节数，需替换为实际值

8. 查看运行结果

切换到 Cortex-M7 调试串口，可看到 Zephyr 启动输出：

复制代码

*** Booting Zephyr OS build v4.4.0-4978-g8cb75f4fbdde ***
Hello World! verdin_imx8mp/mimx8ml8/m7

至此，Zephyr RTOS 已成功在 i.MX8M Plus 的 Cortex-M7 核心上运行。

OpenAMP rsc_table Demo：异构核间通信测试

在完成 Hello World 基础运行验证后，进一步测试 Zephyr 的 OpenAMP 资源表（rsc_table）示例，验证 Cortex-A53（Linux）与 Cortex-M7（Zephyr）之间基于 RPMsg 的核间通信。

9. 修改 Yocto Linux 设备树 Overlay

为了使 Linux 端的 remoteproc 框架能够正确加载 Zephyr 固件并进行 RPMsg 通信，需要修改设备树 overlay 文件 verdin-imx8mp_hmp_overlay.dts。

主要修改点：

调整 mailbox 通道配置（mboxes 属性），使其与 Zephyr 端的 IPM 配置匹配
移除 rsc_table 内存区域引用（由 Zephyr 固件自行管理资源表）
为 vring buffer 添加 shared-dma-pool 兼容属性

diff 内容：

diff 复制代码

--- verdin-imx8mp_hmp_overlay.dts.bak 2026-06-18 17:05:15.280623216 +0800
+++ verdin-imx8mp_hmp_overlay.dts 2026-07-02 17:22:03.948562862 +0800
@@ -22,10 +22,10 @@
  compatible = "fsl,imx8mp-cm7";
  clocks = <&clk IMX8MP_CLK_M7_DIV>;
  mbox-names = "tx", "rx", "rxdb";
- mboxes = <&mu 0 1
- &mu 1 1
- &mu 3 1>;
- memory-region = <&vdevbuffer>, <&vdev0vring0>, <&vdev0vring1>, <&rsc_table>, <&m7_reserved>;
+ mboxes = <&mu 0 0
+ &mu 1 0
+ &mu 3 0>;
+ memory-region = <&vdevbuffer>, <&vdev0vring0>, <&vdev0vring1>, <&m7_reserved>;
  rsc-da = <0x55000000>;
  syscon = <&src>;
  fsl,startup-delay-ms = <500>;
@@ -50,11 +50,13 @@
  };

  vdev0vring0: vdev0vring0@55000000 {
+ compatible = "shared-dma-pool";
  no-map;
  reg = <0 0x55000000 0 0x8000>;
  };

  vdev0vring1: vdev0vring1@55008000 {
+ compatible = "shared-dma-pool";
  no-map;
  reg = <0 0x55008000 0 0x8000>;
  };

修改完成后，编译新的 verdin-imx8mp_hmp_overlay.dtbo 并替换 /boot/overlays/verdin-imx8mp_hmp_overlay.dtbo，然后重启设备使配置生效。

10. 添加 Zephyr 端配置文件

在 Zephyr 源码中为 openamp_rsc_table 示例添加板级配置文件和设备树 overlay。

Kconfig 配置文件 samples/subsys/ipc/openamp_rsc_table/boards/verdin_imx8mp_mimx8ml8_m7.conf：

复制代码

CONFIG_LOG_PRINTK=n
CONFIG_IPM_IMX_MAX_DATA_SIZE_16=n
CONFIG_IPM_IMX_MAX_DATA_SIZE_4=y
CONFIG_OPENAMP_WITH_DCACHE=y
CONFIG_LOG=y
CONFIG_LOG_BACKEND_UART=y
CONFIG_LOG_DEFAULT_LEVEL=0
CONFIG_LOG_MODE_MINIMAL=y
CONFIG_OPENAMP_RSC_TABLE_IPM_RX_ID=0
CONFIG_OPENAMP_RSC_TABLE_IPM_TX_ID=1

配置说明：

CONFIG_IPM_IMX_MAX_DATA_SIZE_4=y：将 IPM 数据包大小限制为 4 字节，与 i.MX8MP 的 MU 硬件匹配
CONFIG_OPENAMP_WITH_DCACHE=y：启用数据缓存支持，确保共享内存一致性
CONFIG_OPENAMP_RSC_TABLE_IPM_RX_ID=0 / CONFIG_OPENAMP_RSC_TABLE_IPM_TX_ID=1：配置 IPM 收发通道 ID

设备树 Overlay samples/subsys/ipc/openamp_rsc_table/boards/verdin_imx8mp_mimx8ml8_m7.overlay：

dts 复制代码

/ {
 chosen {
 /*
 * shared memory reserved for the inter-processor communication
 */
 zephyr,ipc_shm = &shram;
 zephyr,ipc = &mailbox0;
 };

 shram: memory@55000000 {
 compatible = "mmio-sram";
 reg = <0x55000000 0x500000>;
 };
};

&mailbox0 {
 status = "okay";
};

该 overlay 定义了：

共享内存区域（shram）：起始地址 0x55000000，大小 0x500000（5MB），与 Linux 设备树中的 vring buffer 区域对齐
IPC 通道：使用 mailbox0 作为核间通信通道

11. 编译 openamp_rsc_table 示例

bash 复制代码

(.venv) $ west build -p always -b verdin_imx8mp/mimx8ml8/m7 samples/subsys/ipc/openamp_rsc_table

-p always 选项强制重新构建，确保所有配置变更生效。

12. 配置 U-Boot 环境变量

在 Verdin i.MX8M Plus 上，Linux remoteproc 框架需要确保 M7 核心的时钟驱动已正确初始化。需要添加以下 U-Boot 环境变量，使内核参数 clk-imx8mp.mcore_booted=1 在启动时传递给 Linux，告知时钟驱动 M7 核心已由 bootloader 启动。

bash 复制代码

root@verdin-imx8mp-06849028:~# fw_setenv tdxargs "clk-imx8mp.mcore_booted=1"

说明：

fw_setenv 用于在 Linux 用户空间修改 U-Boot 环境变量

tdxargs 是 Toradex 平台的内核启动附加参数变量

clk-imx8mp.mcore_booted=1 告知 clk-imx8mp 时钟驱动 M7 核心已启动，避免 remoteproc 加载固件时出现时钟初始化冲突

设置完成后，重启设备使 U-Boot 环境变量生效。

13. 通过 Linux remoteproc 加载运行固件

将编译生成的 ELF 文件部署到目标设备，并通过 Linux 的 remoteproc 框架加载运行：

bash 复制代码

root@verdin-imx8mp-06849028:~# cp zephyr_openamp_rsc_table.elf /lib/firmware/
root@verdin-imx8mp-06849028:~# echo stop > /sys/class/remoteproc/remoteproc0/state 2>/dev/null
root@verdin-imx8mp-06849028:~# echo zephyr_openamp_rsc_table.elf > /sys/class/remoteproc/remoteproc0/firmware
root@verdin-imx8mp-06849028:~# echo start > /sys/class/remoteproc/remoteproc0/state

操作说明：

将 ELF 固件复制到 /lib/firmware/ 目录（remoteproc 默认搜索路径）
停止当前运行的 remoteproc 实例（如果已存在）
指定固件文件名
启动 remoteproc，此时 M7 核心开始运行 Zephyr

注意：与 Hello World 示例通过 U-Boot bootaux 手动启动不同，OpenAMP demo 使用 Linux 的 remoteproc 框架管理 M7 核心的生命周期，支持固件的动态加载、启动和停止。

14. 查看 M7 核心启动输出

切换到 Cortex-M7 调试串口，可看到 Zephyr 启动输出：

复制代码

*** Booting Zephyr OS build v4.4.0-5071-gfb64460fd6e5 ***

uart:~$

启动成功后会进入 Zephyr Shell 命令行界面，可通过 UART 进行交互。

15. 测试 RPMsg 核间通信

在 Linux 端通过 RPMsg 设备与 M7 核心进行通信测试：

bash 复制代码

root@verdin-imx8mp-06849028:~# cat /dev/ttyRPMSG1 &
[2] 595
root@verdin-imx8mp-06849028:~# echo "Hello Zephyr on Toradex Verdin i.MX8MP" > /dev/ttyRPMSG1
TTY 0x0402: Hello Zephyr on Toradex Verdin i.MX8MP

测试结果说明：

cat /dev/ttyRPMSG1 &：在后台监听 RPMsg 通道 1 的接收数据
echo ... > /dev/ttyRPMSG1：通过 RPMsg 通道 1 向 M7 核心发送字符串
TTY 0x0402: Hello Zephyr on Toradex Verdin i.MX8MP：M7 核心通过 RPMsg 将接收到的消息回显到 Linux 终端，验证双向通信正常

以上结果表明 Linux（Cortex-A53）与 Zephyr（Cortex-M7）之间的 RPMsg 核间通信链路已成功建立并工作正常。

总结

本文基于 NXP i.MX8M Plus（Toradex Verdin 平台）完整演示了 Zephyr RTOS 的开发流程，包括：

开发环境搭建：依赖安装、Python 虚拟环境、west 元工具
Zephyr 源码获取：west init/update 拉取完整工作区
交叉编译工具链 ：通过 west sdk install 安装 ARM 工具链
应用编译 ：使用 west build 针对不同内存配置（ITCM/DDR）构建
固件部署与运行：通过 U-Boot 将固件加载到 M7 核心并启动
OpenAMP 核间通信测试：修改设备树 overlay，配置 Zephyr 端参数，通过 Linux remoteproc 框架加载 openamp_rsc_table demo，验证基于 RPMsg 的 A53-M7 双向通信

Zephyr 作为现代化的开源 RTOS，在 i.MX8M Plus 异构平台上为 Cortex-M7 实时核心提供了 FreeRTOS 之外的另一种选择，具有设备树驱动、高度模块化、丰富的协议栈支持以及成熟的 OpenAMP 核间通信框架等优势，适合工业自动化、IoT 网关、智能家居等需要 Linux + RTOS 协同工作的应用场景。

基于 NXP i.MX8M Plus 测试 Zephyr RTOS

简介

硬件平台介绍

准备

硬件

软件

测试步骤

1. 更新开发主机系统

2. 安装依赖工具

3. 创建 Zephyr 工作区

4. 安装 Zephyr SDK

5. 编译 Hello World 示例

6. 部署固件到目标设备

7. 在 M7 核心上运行固件

8. 查看运行结果

OpenAMP rsc_table Demo：异构核间通信测试

9. 修改 Yocto Linux 设备树 Overlay

10. 添加 Zephyr 端配置文件

11. 编译 openamp_rsc_table 示例

12. 配置 U-Boot 环境变量

13. 通过 Linux remoteproc 加载运行固件

14. 查看 M7 核心启动输出

15. 测试 RPMsg 核间通信

总结

参考链接