初心者でもできる！Zephyr RTOS開発環境構築とマルチボード実践手順

1．開発環境に必要なソフトウェア・ツールのインストール

Windows PCでZephyr開発環境を構築するには以下のソフトウェア、ツールが必要です。ソフトウェアとツールは最新版をインストールします。

本記事では、WindowsのCドライブにZephyrフォルダを作成し、その中にSDKやプロジェクトファイルを置いています。

2．Pythonのインストール

Pythonのインストールを行います。インストール時に「Add python.exe to PATH」にチェックを入れる。
「python -–version」でバージョンが表示されることを確認します。下記は例となります。

python --version
python 3.14.1

バージョンが表示されない場合はPathの設定がされていませんので、Pathの設定を行うか、再度インストールを行います。

3．CMakeのインストール

CMakeのインストールを行います。インストール時に「Add CMake to the PATH environment variable」にチェックを入れる。
「cmake -–version」でバージョンが表示されることを確認します。下記は例となります。

cmake --version
cmake version 3.28.1

バージョンが表示されない場合はPathの設定がされていませんので、Pathの設定を行うか、再度インストールを行います。

4．ninjaのインストール

ninjaのインストールを行います。公式サイトから「ninja.exe」をダウンロードして、システムの環境変数からPathを設定します。
「ninja -–version」でバージョンが表示されることを確認します。下記は例となります。

ninja --version
1.13.2

バージョンが表示されない場合はPathの設定がされていませんので、Pathの設定を行います。

5．Gitのインストール

Gitのインストールを行います。
「git -–version」でバージョンが表示されることを確認します。下記は例となります。

git --version
git version 25.0.windows.1

バージョンが表示されない場合はPathの設定がされていませんので、Pathの設定を行うか、再度インストールを行います。

6．GNU Arm Embedded Toolchainのインストール

GNU Arm Embedded Toolchainのインストールを行います。
「arm-none-eabi-gcc -–version」でバージョンが表示されることを確認します。下記は例となります。

arm-none-eabi-gcc --version
arm-none-eabi-gcc.exe (GNU Tools for STM32 13.3.rel1.20240926-1715) 13.3.1 20240614
Copyright (C) 2023 Free Software Foundation, Inc.
This is free software; see the source for copying conditions. There is NO
Warranty; not even for MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.

バージョンが表示されない場合はPathの設定がされていませんので、Pathの設定を行います。

7．Zephyr SDKのインストール

Zephyr SDKのインストールを行います。公式サイトから最新のzephyr-sdk-<version>-setup.exeをダウンロードして、C:¥Zephyr\zephyr-sdk-<version>にインストールを行います。インストール時に「Add to PATH」を有効にします。
「west ––version」でバージョンが表示されることを確認します。下記は例となります。

west --version
west version v1.5.0

バージョンが表示されない場合はPathの設定がされていませんので、Pathの設定を行います。

補足：
Pythonのバージョンにもよりますが、Zephyr SDKとのバージョン組み合わせにより別途「pyelftools」「jsonschema」のインストールが必要な場合があります。
その場合を含め「pyelftools」「jsonschema」のインストールを行います。

pip install jsonschema
pip install pyelftools

1．ワークスペースの初期化

指定した場所にワークスペースの初期化を行います。

west init C:\Zephyr\Projects\zephyrproject

コマンドの内容を下記に記載します。

west init実行後のディレクトリ構造は以下のようになります。

2．依存モジュールの取得

west initで準備したワークスペースに依存モジュールを取得・更新を行います。

cd C:\Zephyr\Projects\zephyrproject
west update

コマンドの内容を下記に記載します。

west update実行後のディレクトリ構造は以下のようになります。

この時点でZephyrのビルド環境が完成しました。「west update」によって各ベンダーのHALやドライバが取得できるので、複数のベンダーやボードを扱う場合に、この仕組みが役立ちます。

3．環境変数を設定します

この項では必須ではありませんが、cmakeビルドシステムを外部ツールと連携する場合や、他のIDEから直接Zephyrプロジェクトを開く予定がある場合に備えて、環境変数を設定します。

west zephyr-export

コマンドの内容を下記に記載します。

4．書き込みツールをインストールします

ホストマシンとベンダーのボードをUSB接続する場合、ホストマシンに合わせて各ベンダーから提供されているUSBドライバや書き込みツールをインストールします。また、書き込みツールのPathの設定をしておきます。
本記事のホストマシンはJ-LinkとSTM32CubeProgrammerがインストール済みです。

1．サンプルプロジェクトへ移動

サンプルプロジェクトの「Hello World」をビルドしてみます。サンプルプロジェクトに移動します。

cd C:\Zephyr\Projects\zephyrproject\zephyr\samples\hello_world

2．ビルドを実行します

west build -b nucleo_l476rg

ビルドが成功するとイメージファイル ¥build\zephyr\zephyr.elf を生成します。

コマンドの内容を下記に記載します。

ビルドが終わった状態で再度ビルドを行おうとすると下記のメッセージが表示される場合があります。

ninja: no work to do.

これは既にビルドが終了しているというメッセージですが、何らかの理由で再ビルドを行いたい場合があると思います。その場合、強制ビルドを行います。

「-p always」をつけてビルドを行います。

west build -p always -b nucleo_l476rg

1．書き込み(フラッシュ)を実行します

west flash

コマンドの内容を下記に記載します。

2．シリアル出力を確認します

ST-Link経由で仮想COMポートが見えます。Tera TermやPuTTYで接続しボーレート115200bpsで開くと以下のような出力が見えます。

Hello World! nucleo_l476rg/stm32l476xx

無事、Zephyrの起動が確認できました。

3．ボードを選んでビルド

ボードをNUCLEO-L476RGからFRDM-IMX93に変更して同じようにビルドを行い、書き込んでみます。

west build -b frdm_imx93

ここで以下のエラーが出ることがあります。

west build -b frdm_imx93
ERROR: Build directory C:\Zephyr\Projects\zephyrproject\zephyr\samples\hello_world\build targets board nucleo_l476rg, but board frdm_imx93 was specified. (Clean the directory, use --pristine, or use --build-dir to specify a different one.)
FATAL ERROR: refusing to proceed without --force due to above error

これは以前のビルドディレクトリにnucleo-l476rgの設定が残っているためです。そのため、通常ビルドディレクトリはボードごとに使い分ける必要があります。

対処方法①：「--pristine」オプションで既存のビルドをクリアして再ビルドを行う

west build -b frdm_imx93 --pristine

「--pristine」はビルドディレクトリを完全に初期化して新しく設定したボードで再ビルドを行います。
元のnucleo_l476rgビルドは消えます。

対処方法②：「--build-dir」オプションでボードごとに別のビルドディレクトリを作る

west build -b frdm_imx93 –build-dir build_frdm_imx93

既存の「build」ディレクトリはそのまま残せます。またボードごとにディレクトリも分けられます。

本記事では対処方法①で再ビルドを行います。

west build -b frdm_imx93 --pristine

しかしここで、以下のエラーが出ると思います。

CMake Error at C:/Zephyr/Projects/zephyrproject/zephyr/cmake/modules/boards.cmake:285 (message):
 Board qualifiers `/mimx9352` for board `frdm_imx93` not found. Please
 specify a valid board target.
 Valid board targets for frdm_imx93 are:
 frdm_imx93/mimx9352/a55
 frdm_imx93/mimx9352/m33
 frdm_imx93/mimx9352/m33/ddr

Zephyr4.x以降ではサブターゲット(CPU/SoC)の指定が必要です。FRDM-IMX93はCortex-M33とCortex-A55があるので、「-b frdm_imx93」では不十分でCPUコアまで含めて指定します。

Cortex-A55を使用する場合

west build -b frdm_imx93/mimx9352/a55 --pristine

Cortex-M33を使用する場合

west build -b frdm_imx93/mimx9352/m33 --pristine

ビルド後のELFは同じ「build/zephyr/zephyr.elf」に生成されます。

今回は、Cortex-M33のビルドを行い、既にFRDM-IMX93のeMMCにインストールされているLinux (U-Boot)からZephyrを起動します。U-BootはA55コアで動作しますので、A55コアからM33コアでZephyrを動作させることになります。SDカードにビルドをしたzephyr.binを入れ、ホストマシンとFRDM-IMX93を接続します。
FRDM-IMX93のeMMC内にLinuxが無い場合は、NXPの公式サイトからLinux BSPをダウンロードしてSDカードに展開し、zephyr.binを同じフォルダに入れておきます。

• 参考URL：Embedded Linux for i.MX Applications Processors [外部リンク]

Tera TermやPuTTYで接続する際にA55コア出力とM33コア出力の2つありますので、2つとも開いておきます。

A55コアのU-Boot起動時に以下のコマンドでZephyrを動作させる例です。

setenv loadaddr 0x80400000
load mmc 1:1 ${loadaddr} zephyr.bin
cp.b ${loadaddr} 0x201e0000 ${filesize}
bootaux 0x1ffe0000

コマンドの内容を下記に記載します。

M33コア側でTera TermやPuTTYで接続すると以下のような出力が見えます。

Hello World! frdm_imx93/mimx9352/m33

無事、FRDM-IMX93でZephyrの起動が確認できました。

ボードをFRDM-IMX93からnRF54L15に変更して同じようにビルドを行い、書き込んでみます。ここでもCPUコアの指定が必要になります。

west build -b xiao_nrf54l15/nrf54l15/cpuapp --pristine

ビルドしたファイルを書き込むとTera TermやPuTTYから下記が出力されます。

Hello World! xiao_nrf54l15/nrf54l15/cpuapp

無事、XIAO nRF54L15でZephyrの起動が確認できました。