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在 RIOT OS 中使用 NXP FRDM-KL43Z：板级支持、外设配置与烧录指南

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导读：本文以 RIOT 开源物联网操作系统中boards/frdm-kl43z板级支持包（BSP）为主线，系统讲解基于 MKL43Z256VLH4（ARM Cortex-M0+）的 NXP FRDM-KL43Z Freedom 开发板的时钟树、UART/ADC/I2C/定时器外设映射、板载 LED 与传感器（MAG3110、MMA8451Q）的 SAUL 接入，以及基于 OpenOCD/CMSIS-DAP 的编译烧录流程。读者读完可掌握在 RIOT 中为该板编写应用、定制外设映射和调试部署的完整方法。

1. 板级概述：一块面向低功耗的 Kinetis L 系列开发板

FRDM-KL43Z 是 NXP 出品的 Freedom 系列开发板，其核心是MKL43Z256VLH4——一颗基于ARM Cortex-M0+内核的 Kinetis L 系列低功耗 MCU。RIOT 将其定位为“低功耗嵌入式应用与 Kinetis L 系列实验”的紧凑平台，这一点直接体现在 boards/frdm-kl43z/doc.md 的文档定义中：

• 支持组（defgroup）：boards_frdm-kl43z
• 隶属组：boards（板级支持组）
• 说明：Support for the NXP FRDM-KL43Z board（对 NXP FRDM-KL43Z 开发板的支持）

从 boards/frdm-kl43z/Makefile.features 可以看到 RIOT 对该板的外设能力声明（按字母序排列）：

CPU = kinetis CPU_MODEL = mkl43z256vlh4 FEATURES_PROVIDED += periph_adc FEATURES_PROVIDED += periph_i2c FEATURES_PROVIDED += periph_rtc FEATURES_PROVIDED += periph_rtt FEATURES_PROVIDED += periph_timer FEATURES_PROVIDED += periph_uart

即该板在 RIOT 中默认提供ADC、I2C、RTC、RTT、Timer、UART六类外设抽象接口；CPU/CPU_MODEL两个变量把板级实现与cpu/kinetis下的 Kinetis 通用驱动和mkl43z256vlh4具体型号配置关联起来。

在 Kconfig 一侧，boards/frdm-kl43z/Kconfig 将板名与 CPU 型号绑定：

config BOARD default "frdm-kl43z" if BOARD_FRDM_KL43Z config BOARD_FRDM_KL43Z bool default y select CPU_MODEL_MKL43Z256VLH4

2. 时钟系统：8 MHz 内部时钟 + 32.768 kHz RTC 晶振

FRDM-KL43Z 的时钟配置集中定义在 boards/frdm-kl43z/include/periph_conf.h 的clock_config_t clock_config结构体中。该板采用LIRC8M（内部 8 MHz 低速参考时钟）作为默认模式，并以 32.768 kHz 低速晶振驱动 RTC：

static const clock_config_t clock_config = { /* * 该配置使系统运行在内部时钟上，频率如下： * Core: 8 MHz * Bus: 8 MHz * Flash: 8 MHz */ .clkdiv1 = SIM_CLKDIV1_OUTDIV1(0) | SIM_CLKDIV1_OUTDIV4(0), /* 不确定该 RTC 负载电容配置是否正确 */ .rtc_clc = RTC_CR_SC8P_MASK | RTC_CR_SC4P_MASK, /* 使用 32 kHz 系统振荡器输出作为 ERCLK32K。 */ .osc32ksel = SIM_SOPT1_OSC32KSEL(0), .clock_flags = KINETIS_CLOCK_RTCOSC_EN | KINETIS_CLOCK_USE_FAST_IRC | KINETIS_CLOCK_MCGIRCLK_EN | /* 用于 LPUART 时钟 */ KINETIS_CLOCK_MCGIRCLK_STOP_EN | 0, /* 默认使用 LIRC8M 模式 */ .default_mode = KINETIS_MCG_MODE_LIRC8M, /* 连接到 EXTAL0 的晶振为 32.768 kHz */ .erc_range = KINETIS_MCG_ERC_RANGE_LOW, .osc_clc = 0, /* 无负载电容配置，KL43Z 上由 rtc_clc 覆盖 */ .fcrdiv = MCG_SC_FCRDIV(0), /* LIRC_DIV1 除 1 => 8 MHz */ .lirc_div2 = MCG_MC_LIRC_DIV2(0), /* LIRC_DIV2 除 1 => 8 MHz */ }; #define CLOCK_CORECLOCK ( 8000000ul) #define CLOCK_MCGIRCLK ( 8000000ul) #define CLOCK_BUSCLOCK (CLOCK_CORECLOCK / 1)

几个值得注意的细节：

• CLOCK_CORECLOCK、CLOCK_BUSCLOCK、CLOCK_MCGIRCLK 均为 8 MHz，其中CLOCK_MCGIRCLK（内部参考时钟）被专门启用并配置为LPUART 的时钟源（见下文 UART 一节），MCGIRCLK_STOP_EN允许其在低功耗停止模式下继续工作。
• rtc_clc设置了 RTC 振荡器的负载电容位（SC8P/SC4P），源码注释明确提示“不确定该 RTC 负载电容配置是否正确”，属于板级作者遗留的待验证项，读者在定制时可根据实际晶振负载需求调整。
• erc_range = KINETIS_MCG_ERC_RANGE_LOW对应外部 32.768 kHz 晶振的低频范围。

3. 外设引脚映射（periph_conf.h）

3.1 UART：LPUART0，默认控制台接口

板载调试/控制台串口使用LPUART0，引脚为PTA1（RX）/ PTA2（TX），引脚复用功能 MUX 2，帧格式8N1：

static const uart_conf_t uart_config[] = { { .dev = LPUART0, .freq = CLOCK_MCGIRCLK, /* 以内部参考时钟为时钟源 */ .pin_rx = GPIO_PIN(PORT_A, 1), .pin_tx = GPIO_PIN(PORT_A, 2), .pcr_rx = PORT_PCR_MUX(2), .pcr_tx = PORT_PCR_MUX(2), .irqn = LPUART0_IRQn, .scgc_addr = &SIM->SCGC5, .scgc_bit = SIM_SCGC5_LPUART0_SHIFT, .mode = UART_MODE_8N1, .type = KINETIS_LPUART, }, }; #define UART_NUMOF ARRAY_SIZE(uart_config) #define LPUART_0_ISR isr_lpuart0 /* 使用 MCGIRCLK（内部参考时钟） */ #define LPUART_0_SRC 3

关键点：.freq = CLOCK_MCGIRCLK配合LPUART_0_SRC 3，表明 LPUART0 由 MCGIRCLK 驱动（该时钟被显式开启正是为了串口用途）；scgc_addr/scgc_bit给出外设时钟门控（SIM_SCGC5）的使能位置。启动后该串口即作为 RIOT 的默认 STDIO 输出使用。

3.2 ADC：ADC0 六通道，直连 Arduino 排针 A0–A5

ADC 使用 ADC0，共配置6 个通道，与 Arduino 兼容排针 A0–A5 一一对应：

static const adc_conf_t adc_config[] = { /* dev, pin, channel */ { .dev = ADC0, .pin = GPIO_PIN(PORT_B, 0), .chan = 8, .avg = ADC_AVG_MAX }, /* Arduino A0 */ { .dev = ADC0, .pin = GPIO_PIN(PORT_B, 1), .chan = 9, .avg = ADC_AVG_MAX }, /* Arduino A1 */ { .dev = ADC0, .pin = GPIO_PIN(PORT_B, 2), .chan = 15, .avg = ADC_AVG_MAX }, /* Arduino A2 */ { .dev = ADC0, .pin = GPIO_PIN(PORT_B, 3), .chan = 4, .avg = ADC_AVG_MAX }, /* Arduino A3 */ { .dev = ADC0, .pin = GPIO_PIN(PORT_C, 2), .chan = 11, .avg = ADC_AVG_MAX }, /* Arduino A4 */ { .dev = ADC0, .pin = GPIO_PIN(PORT_C, 1), .chan = 15, .avg = ADC_AVG_MAX }, /* Arduino A5 */ }; #define ADC_NUMOF ARRAY_SIZE(adc_config) /* KL43Z ADC 参考电压设置： * 0: VREFH/VREFL 外部引脚对 * 1: VDDA/VSSA 电源引脚 * 2-3: 保留 */ #define ADC_REF_SETTING 0

• 每通道均启用最大平均（ADC_AVG_MAX），用于抑制采样噪声、提升有效位数。
• ADC_REF_SETTING 0表示采用VREFH/VREFL 外部基准引脚对（即板上的外部基准源），源码注释也列出了其他取值含义（1 为 VDDA/VSSA 电源基准，2–3 保留）。

3.3 I2C：I2C0 与 I2C1 双总线

板上配置了两条 I2C 总线，均运行在I2C_SPEED_FAST（400 kHz 档）：

static const i2c_conf_t i2c_config[] = { { .i2c = I2C0, .scl_pin = GPIO_PIN(PORT_E, 24), .sda_pin = GPIO_PIN(PORT_E, 25), .freq = CLOCK_CORECLOCK, .speed = I2C_SPEED_FAST, .irqn = I2C0_IRQn, .scl_pcr = (PORT_PCR_MUX(5)), .sda_pcr = (PORT_PCR_MUX(5)), }, { .i2c = I2C1, .scl_pin = GPIO_PIN(PORT_E, 1), .sda_pin = GPIO_PIN(PORT_E, 0), .freq = CLOCK_CORECLOCK, .speed = I2C_SPEED_FAST, .irqn = I2C1_IRQn, .scl_pcr = (PORT_PCR_MUX(6)), .sda_pcr = (PORT_PCR_MUX(6)), }, }; #define I2C_NUMOF ARRAY_SIZE(i2c_config) #define I2C_0_ISR isr_i2c0 #define I2C_1_ISR isr_i2c1

板载的 MAG3110 磁力计与 MMA8451Q 加速度计都挂在I2C0上（见第 5 节），因此 I2C0 是板载传感器数据通路，I2C1 可供用户扩展外设。

3.4 定时器：PIT + LPTMR

RIOT 的periph_timer由两类硬件定时器共同提供：

#define PIT_NUMOF (1U) #define PIT_CONFIG { \ { \ .prescaler_ch = 0, \ .count_ch = 1, \ }, \ } #define LPTMR_NUMOF (1U) #define LPTMR_CONFIG { \ { \ .dev = LPTMR0, \ .irqn = LPTMR0_IRQn, \ .src = 2, \ .base_freq = 32768u, \ }, \ } #define TIMER_NUMOF ((PIT_NUMOF) + (LPTMR_NUMOF)) #define PIT_BASECLOCK (CLOCK_BUSCLOCK) #define PIT_ISR_0 isr_pit1 #define LPTMR_ISR_0 isr_lptmr0

• PIT（周期中断定时器）：1 路，基于总线时钟（8 MHz）计数。
• LPTMR（低功耗定时器）：1 路，base_freq = 32768u，由 RTC 32.768 kHz 时钟驱动，可用于低功耗场景下的计时。

board.h中还根据KINETIS_XTIMER_SOURCE_PIT宏选择 xtimer 的后端：默认走LPTMR（16 位、32768 Hz），并配套定义了 xtimer 的XTIMER_WIDTH、XTIMER_BACKOFF、XTIMER_ISR_BACKOFF、XTIMER_OVERHEAD等校准参数；若选择 PIT 后端则沿用默认 xtimer 参数：

#if IS_ACTIVE(KINETIS_XTIMER_SOURCE_PIT) #define XTIMER_DEV (TIMER_PIT_DEV(0)) #define XTIMER_CHAN (0) #else #define XTIMER_DEV (TIMER_LPTMR_DEV(0)) #define XTIMER_CHAN (0) /* LPTMR 为 16 位，由 RTC 驱动运行在 32768 Hz */ #define XTIMER_WIDTH (16) #define XTIMER_BACKOFF (5) #define XTIMER_ISR_BACKOFF (5) #define XTIMER_OVERHEAD (4) #define XTIMER_HZ (32768ul) #endif

4. 板载 LED、按键与启动配置（board.h）

boards/frdm-kl43z/include/board.h 定义了板级基础资源：

LED 引脚（低电平点亮）。源码注释明确说明：原厂原理图中 LED 命名为 LED1/LED2，RIOT 将其重映射为从 0 开始的编号——NXP LED1 → RIOT LED0，NXP LED2 → RIOT LED1：

#define LED0_PIN GPIO_PIN(PORT_D, 5) #define LED1_PIN GPIO_PIN(PORT_E, 31) #define LED0_ON (GPIOD->PCOR = LED0_MASK) #define LED0_OFF (GPIOD->PSOR = LED0_MASK) #define LED0_TOGGLE (GPIOD->PTOR = LED0_MASK)

LED 通过 GPIO 的 PCOR（清位）/PSOR（置位）/PTOR（翻转）寄存器直接控制，属于低电平有效的板载指示灯。

启动配置（FOPT）：KINETIS_FOPT定义了 flash 配置字段——禁用 ROM 引导加载程序，直接从 flash 启动用户应用：

/* 禁用 ROM bootloader，从 flash 启动用户应用 */ #define KINETIS_FOPT (0xff & ~(NV_FOPT_BOOTSRC_SEL_MASK | NV_FOPT_BOOTPIN_OPT_MASK))

这一点与烧录章节中check-fcfield.sh的预烧录检查相互呼应（见第 7 节）。

5. 板载传感器与 SAUL 接入

FRDM-KL43Z 板载两颗 I2C 传感器，均挂在I2C0上，其总线参数直接在board.h中通过*_PARAM_*宏预定义：

/* MAG3110 三轴磁力计 */ #define MAG3110_PARAM_I2C I2C_DEV(0) #define MAG3110_PARAM_ADDR 0x0E /* MMA8451Q 三轴加速度计 */ #define MMA8X5X_PARAM_I2C I2C_DEV(0) #define MMA8X5X_PARAM_ADDR 0x1D #define MMA8X5X_PARAM_TYPE (MMA8X5X_TYPE_MMA8451)

• MAG3110：三轴磁力计，I2C 地址0x0E（对应 drivers/mag3110 驱动）；
• MMA8451Q：三轴加速度计，I2C 地址0x1D，类型指定为MMA8451（对应 drivers/mma8x5x 驱动）。

当应用启用saul_default模块时，boards/frdm-kl43z/Makefile.dep 会自动追加相关依赖：

ifneq (,$(filter saul_default,$(USEMODULE))) USEMODULE += saul_gpio USEMODULE += saul_adc USEMODULE += mag3110 USEMODULE += mma8x5x endif

这样一次编译即可把板载 LED、SW1 按键、A0–A3 模拟通道以及 MAG3110/MMA8451Q 两颗传感器统一注册进 SAUL（Sensor Actuator Uber Layer）注册表，通过saulshell 命令或自动初始化（auto_init）即可直接枚举与访问。

具体到 SAUL 的直连映射：

• boards/frdm-kl43z/include/gpio_params.h 注册了 3 个 GPIO 设备：

SAUL_GPIO_INVERTED标志与 LED 低电平有效特性一致（写 1 关灯、写 0 开灯）。

• boards/frdm-kl43z/include/adc_params.h 将 A0–A3 注册为 16 位分辨率采样通道（ADC_RES_16BIT），供 SAUL 直接读取模拟量：

static const saul_adc_params_t saul_adc_params[] = { { .name = "A0", .line = ADC_LINE(0), .res = ADC_RES_16BIT }, { .name = "A1", .line = ADC_LINE(1), .res = ADC_RES_16BIT }, { .name = "A2", .line = ADC_LINE(2), .res = ADC_RES_16BIT }, { .name = "A3", .line = ADC_LINE(3), .res = ADC_RES_16BIT }, };

6. 板级构建结构一览

boards/frdm-kl43z目录的构成与 RIOT 标准板级包一致：

boards/frdm-kl43z/ ├── Kconfig # BOARD 符号与 CPU_MODEL 选择 ├── Makefile # MODULE = board，引入 Makefile.base ├── Makefile.dep # saul_default 依赖（saul_gpio/saul_adc/mag3110/mma8x5x） ├── Makefile.features # CPU、CPU_MODEL 与 FEATURES_PROVIDED ├── Makefile.include # 调试适配器与 FRDM 公共配置 ├── doc.md # 板级文档 └── include/ ├── adc_params.h # SAUL ADC 直连映射 ├── board.h # LED/按键/传感器/xtimer/FOPT 定义 ├── gpio_params.h # SAUL GPIO 直连映射 └── periph_conf.h # 时钟、UART、ADC、I2C、定时器配置

Makefile.include负责接入烧录工具链配置，并引入 FRDM 系列公共配置：

# 本板 OpenSDA 出厂预装 P&E 调试器固件，RIOT 不支持该固件。 # 请从 NXP 官网将 OpenSDA 固件更新为最新的 CMSIS-DAP 固件。 OPENOCD_DEBUG_ADAPTER ?= dap # 引入默认 FRDM 板配置 include $(RIOTBOARD)/common/frdm/Makefile.include

注意其中的重要提示：板载 OpenSDA 调试器出厂时运行的是 P&E 调试器固件，RIOT 的烧录工具链不支持该固件，需要先将其升级为 CMSIS-DAP 固件才能配合 OpenOCD 使用。

7. 编译与烧录：OpenOCD + CMSIS-DAP

FRDM 系列的公共烧录配置位于 boards/common/frdm/Makefile.include：

# 默认使用 OpenOCD 烧录 PROGRAMMER ?= openocd # 使用共享的 OpenOCD 配置 # 使用 dap 还是 jlink 取决于 OpenSDA 调试器运行的固件 OPENOCD_DEBUG_ADAPTER ?= dap #OPENOCD_DEBUG_ADAPTER ?= jlink ifeq ($(CPU_CORE), cortex-m0plus) OPENOCD_KINETIS_FAMILY = klx else OPENOCD_KINETIS_FAMILY = kx endif OPENOCD_CONFIG ?= $(RIOTBOARD)/common/frdm/dist/openocd-$(OPENOCD_KINETIS_FAMILY).cfg # 烧录前检查 flash 配置字段 OPENOCD_PRE_FLASH_CHECK_SCRIPT = $(RIOTCPU)/$(CPU)/dist/check-fcfield.sh # 板子在运行一段时间后可能变得不可烧录， # 使用 connect_assert_srst 保证始终可以烧录或复位板子。 OPENOCD_RESET_USE_CONNECT_ASSERT_SRST ?= 1 PROGRAMMERS_SUPPORTED += openocd

FRDM-KL43Z 属于 Cortex-M0+（CPU_CORE为 cortex-m0plus），因此 OpenOCD 使用klx系列配置（openocd-klx.cfg）。同时：

• CMSIS-DAP 适配器：默认OPENOCD_DEBUG_ADAPTER = dap（对应升级后的 OpenSDA 固件）；若你的 OpenSDA 刷的是 J-Link 固件，可改用jlink。
• 烧录前检查：check-fcfield.sh会在烧录前校验 flash 配置字段，与board.h中KINETIS_FOPT（禁用 ROM bootloader）直接相关，防止板子因配置字错误而变砖。
• connect_assert_srst：默认开启，确保板子在异常状态下仍可被复位与重新烧录。

编译并烧录示例：

# 使用板载 OpenSDA（CMSIS-DAP）编译并烧录 make BOARD=frdm-kl43z flash # 仅编译 make BOARD=frdm-kl43z # 以 J-Link 固件模式的 OpenSDA 烧录 make BOARD=frdm-kl43z OPENOCD_DEBUG_ADAPTER=jlink flash

前提与限制：以上命令需要在已配置好的 RIOT 开发环境（含 ARM 交叉编译工具链与 OpenOCD ≥ 0.10.0）中执行；首次使用前务必完成 OpenSDA 固件的 CMSIS-DAP 升级。

8. 上手示例与进一步阅读

基于上述板级支持，一个最小应用只需在应用目录下指定BOARD=frdm-kl43z，即可自动获得串口控制台、LED 控制、A0–A3 ADC 采样与板载传感器的 SAUL 访问能力。可参考仓库内配套测试与示例：

• 外设自测程序见 tests/periph_uart、tests/periph_adc、tests/periph_i2c、tests/periph_timer 等目录，可用于验证本文介绍的各类引脚映射；
• SAUL 相关用法可参考 tests/saul 与 examples/saul；
• Kinetis 系列底层时钟与外设驱动实现位于 cpu/kinetis，其中dist/check-fcfield.sh即烧录前检查脚本所在；
• 若需定制引脚或增加外设，直接修改 boards/frdm-kl43z/include/periph_conf.h 中的*_config[]数组与*_NUMOF宏即可，改动后重新编译即生效。

【免费下载链接】RIOTRIOT - The friendly OS for IoT项目地址: https://gitcode.com/GitHub_Trending/riot/RIOT