以Zephyr为桥梁，瑞萨 MCU走进Micro-ROS机器人生态

来源 | 瑞萨嵌入式小百科

在上一篇文章《》中，我们已经在RA6M4上用e² studio+FSP跑通了Micro-ROS UART通信。

在本文中，我们将通过Zephyr运行Micro-ROS UART通信，最终验证目标：RA6M4通过板载CH340对应的SCI9 UART与Ubuntu上的Micro-ROS Agent通信，并在ROS 2中发布一个持续递增的/int_publisher数据。

前言

本次移植工作的核心可以概括为三件事。

1	完成RA-ECO-RA6M4的Zephyr板级适配由于Zephyr已经支持EK-RA6M4，我们只需补充开发板层面的board文件，包括时钟、Flash/RAM、J-Link烧录方式，以及板载CH340对应的SCI9 UART引脚配置。

2	编写一个最小Micro-ROS应用在Zephyr应用中创建Micro-ROS节点、publisher和timer，让RA6M4周期性发布一个std_msgs/msg/Int32数据，验证MCU到ROS 2的通信链路。

3	接入并适配micro_ros_zephyr_module 这部分负责生成MCU端需要的libmicroros.a静态库，并把Micro-ROS的串口transport对接到Zephyr UART驱动，最终通过Micro-ROS Agent接入ROS 2。

工程结构，和上述三件事一一对应

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开发环境

Oracle VirtualBox

Ubuntu 22.04

ROS 2 Humble

Micro-ROS Agent

Zephyr v4.2.0

Zephyr SDK 0.17.3 Linux版

J-Link

注意事项

本次开发包括Zephyr环境均在Linux环境下完成。

板级文件

从EK-RA6M4到RA-ECO-RA6M4

因为瑞萨RA全系列都有Zephyr官方适配包，所以我们只需要根据官方给的EK-RA6M4板级支持文件，为RA-ECO-RA6M4这块开发板补充一份out-of-tree board文件即可。

主要文件结构如下：

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这边还没有加入LED、按键、I²C、USB或Ethernet，只加入UART模块需要功能。目的只是让Zephyr能够正常启动并通过板载CH340对应的UART输出Hello World。

根据此前在e² studio/FSP中验证过的硬件连接，RA-ECO-RA6M4的板载CH340使用SCI9，对应引脚为：

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因此，需要在ra_eco_ra6m4-pinctrl.dtsi中配置SCI9的pinctrl：

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随后在ra_eco_ra6m4.dts中，把Zephyr默认console指向uart9：

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同时启用SCI9：

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RA-ECO-RA6M4使用的是12 MHz外部晶振。参考此前FSP工程中的时钟配置，需要在Zephyr中设置XTAL和PLL：

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第一次编译自定义board时，Zephyr已经能识别RA-ECO-RA6M4，但出现了系统时钟断言错误。原因是当前配置后的系统时钟为180 MHz，而部分默认配置仍沿用了EK-RA6M4的200 MHz。

解决方法是在ra_eco_ra6m4_defconfig中明确设置：

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应用文件

编写Zephyr Micro-ROS程序

核心文件包括：

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CMakeLists.txt是Zephyr应用的构建入口，用来声明当前目录是一个Zephyr application，并把src/main.c加入编译。同时，它需要让Zephyr构建系统能够找到外部的micro_ros_zephyr_module。

prj.conf是应用配置文件。这里打开串口、UART中断、console、Micro-ROS，以及Micro-ROS的serial transport：

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这部分配置的核心思路是：Zephyr侧启用UART能力，Micro-ROS侧选择serial transport，并根据应用规模限制节点、publisher、subscriber等资源数量，避免无意义占用MCU内存。

src/main.c负责以下工作：

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本次应用创建的节点和话题为：

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其中比较关键的一步是transport绑定。Micro-ROS本身并不直接关心底层是UART、USB还是UDP，它只需要一组open、close、write、read接口。因此在应用启动时需要调用：

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把Zephyr module提供的串口transport函数传给Micro-ROS。这样，Micro-ROS发出的XRCE-DDS数据就会通过Zephyr UART驱动，经由SCI9和CH340发送到Ubuntu中运行的Micro-ROS Agent。

micro_ros_zephyr_module

接入micro-ROS静态库和transport

这块不是我们从零编写的，而是Micro-ROS社区提供的Zephyr适配模块。它的作用是把Micro-ROS的源码包、构建流程、静态库和transport接入Zephyr工程。

关键文件包括：

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其中：

module.yml用来把该目录注册为Zephyr module。
Kconfig提供CONFIG_MICROROS、CONFIG_MICROROS_TRANSPORT_SERIAL等配置项。
CMakeLists.txt负责把生成好的libmicroros.a链接进Zephyr应用。
libmicroros.mk负责执行Micro-ROS静态库构建，拉取并编译rcl、rclc、rmw_microxrcedds、microxrcedds_client等组件。
colcon.meta用来控制Micro-ROS静态库的构建参数，例如节点数量、publisher数量、XRCE-DDS MTU、history深度等。
zephyr_toolchain.cmake.in用来把Zephyr的交叉编译参数传递给Micro-ROS的colcon构建过程。
microros_transports\serial\则是Zephyr UART transport的实现。