nRF Connect SDK与Zephyr RTOS开发培训大纲

培训对象

• 希望从传统裸机开发转向RTOS开发的嵌入式工程师

• 需要使用Nordic nRF54/nRF53/nRF52系列进行产品开发的软硬件研发人员

• 希望掌握跨平台、可复用物联网终端开发技术的技术人员

• 高校物联网工程、电子信息、嵌入式系统等专业的教师和学生

培训目标

通过本课程的系统学习，使学员全面掌握基于nRF Connect SDK和Zephyr RTOS的物联网终端开发技术。学员将能够理解nRF Connect SDK的体系结构与配置方法，熟悉设备树（Devicetree）与Kconfig配置工具的使用，掌握GPIO、UART、I2C等外设驱动的开发方法，具备多线程应用程序设计与线程同步的能力，能够独立完成从零构建物联网终端应用的完整流程 -1。

培训内容

1. nRF Connect SDK概述与开发环境搭建：介绍nRF Connect SDK的体系结构、核心组件及其与Zephyr RTOS的关系。学习nRF Connect SDK的工具链：西数（West）元工具的使用、应用程序的构建与烧录流程。掌握nRF Connect SDK支持的Nordic器件系列（nRF54、nRF53、nRF52、nRF91）及其特性差异。完成开发环境（VS Code + nRF Connect Extension）的安装与配置。

2. Zephyr RTOS基础与内核概念：系统讲解Zephyr RTOS的架构特点与设计理念。学习Zephyr内核的核心概念：线程（Thread）、中断服务（ISR）、定时器（Timer）、信号量（Semaphore）、队列（Queue）。理解Zephyr的内存管理机制：堆内存、内存池、内存块。掌握Zephyr的电源管理框架，为低功耗应用开发奠定基础。

3. 设备树（Devicetree）原理与应用：深入讲解设备树的基本语法与数据结构，理解设备树在Zephyr中的核心地位。学习设备树的硬件描述能力：CPU、内存、外设、中断、GPIO引脚的描述方法。掌握通过设备树访问和控制硬件的API函数。学习设备树覆盖（Overlay）的编写技巧，实现硬件配置的灵活定制。

4. Kconfig配置系统：系统学习Kconfig配置系统的原理与使用方法。掌握通过Kconfig进行内核功能裁剪、驱动选择、堆栈大小配置的方法。学习Kconfig的语法规则：菜单（Menu）、配置项（Config）、选择（Choice）、依赖关系（Depends）。理解prj.conf文件的作用与编写规范。

5. GPIO输入输出与中断处理：学习GPIO驱动模型的层次结构：设备驱动模型、API接口。掌握GPIO输出控制：LED点亮、电平翻转的实现方法。学习GPIO输入读取：按键状态检测、消抖处理。深入讲解GPIO中断配置：触发方式选择（边沿触发、电平触发）、中断优先级设置、中断服务函数编写。

6. 日志系统与控制台输出：讲解Zephyr日志系统（Logging）的架构与使用方法。学习不同日志级别（ERROR、WARNING、INFO、DEBUG）的设置与过滤。掌握printk函数与printf函数的区别与适用场景。学习使用Shell子系统实现命令行交互，提升调试效率。

7. 串行通信（UART）驱动开发：系统学习UART驱动模型的架构与API函数。掌握UART的初始化、波特率设置、数据格式配置方法。学习UART中断驱动的数据收发实现，理解环形缓冲区的应用。通过UART与PC/外部模块通信的实战案例，掌握串行通信的完整开发流程。

8. 串行通信（I2C）驱动开发：深入讲解I2C总线协议的原理与时序。学习I2C驱动模型的架构与API函数。掌握I2C设备的初始化、读写操作的实现方法。通过I2C接口温湿度传感器（如SHT30）的数据采集案例，演练I2C通信的实际应用。

9. 多线程应用程序设计：讲解多线程编程的基本概念：线程优先级、线程状态、时间片轮转。学习线程的创建、启动、暂停、销毁的实现方法。掌握线程间通信机制：消息队列、邮箱、管道。通过多线程传感器数据采集与处理案例，演练多线程应用程序设计。

10. 线程同步机制：深入讲解多线程环境下的同步问题：竞态条件、死锁。学习信号量（Semaphore）在线程同步中的应用：计数信号量、二元信号量。掌握互斥量（Mutex）的用法及其与信号量的区别。学习条件变量（Condition Variable）实现复杂的线程同步逻辑。

11. 低功耗模式与电源管理：讲解Zephyr电源管理框架的层次结构。学习系统电源管理：系统挂起（Suspend）、系统唤醒（Resume）的实现机制。掌握设备电源管理：设备运行时动态切换功耗模式。通过电池供电传感器节点的功耗优化案例，演练低功耗设计的完整流程。

12. 综合项目实战：多传感器物联网终端开发：给定典型应用场景（如环境监测节点、智能穿戴设备），学员综合运用所学知识完成从需求分析、设备树配置、外设驱动开发、多线程程序设计到低功耗优化的完整物联网终端开发流程。最终进行项目展示与讨论，实现从理论到工程实践的全面提升。

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