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：

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

$ 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：

安装所需依赖包：

$ 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：

$ 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）：

$ 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：

(.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：

(.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：

分别编译：

# 编译 ITCM 版本

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

# 编译 DDR 版本

(.venv) $ west build -p always -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）：

(.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：

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：

*** 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。

1. 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：

--- a/verdin-imx8mp_hmp_overlay.dts 2026-06-18 17:05:15.280623216 +0800

+++ b/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。

2. 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：

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：

/ {

 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

3. 编译 openamp_rsc_table 示例

(.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。

4. 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。

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。

5. 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：

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：

1.  将 ELF 固件复制到 /lib/firmware/ 目录（remoteproc 默认搜索路径）

2.  停止当前运行的 remoteproc 实例（如果已存在）

3.  指定固件文件名

4.  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。

6. 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：

*** 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。

7. 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：

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，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。

参考链接

•  Zephyr Project 官方文档

•  Zephyr on Toradex SoMs

•  Verdin iMX8M Plus Board — Zephyr 文档

•  Zephyr OpenAMP rsc_table 示例

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