Zephyr 在 NXP MIMXRT685-EVK 上的开发指南：CM33 主核、HiFi 4 DSP 与音频方案全解析-平芜编程栈

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Primary Git Repository for the Zephyr Project. Zephyr is a new generation, scalable, optimized, secure RTOS for multiple hardware architectures.

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MIMXRT685-EVK 是 NXP 面向 32 位沉浸式音频与语音用户界面场景推出的 crossover MCU 评估板，搭载 Cortex-M33 主核与 Cadence Tensilica HiFi 4 音频 DSP 双核架构。本文以 Zephyr 仓库中 boards/nxp/mimxrt685_evk/doc/index.rst 为骨架，结合板级源码（DTS、Kconfig、pinctrl、init.c）与开发实践，系统讲解该板卡的硬件资源、引脚功能、Zephyr 支持特性、烧录调试流程以及 HiFi 4 DSP 双核开发的完整方案。读完本文，你将能够独立完成 mimxrt685_evk 上 CM33 应用与 HiFi 4 DSP 工程的构建、烧录、调试，并理解其音频子系统的底层配置逻辑。

NXP MIMXRT685-EVK 开发板实物，板载 Cortex-M33 主核与 HiFi 4 音频 DSP、Octal SPI Flash、PSRAM、SD 卡槽及丰富音频外设。

板卡概览：面向语音交互的 crossover MCU

i.MX RT600 是专为 32 位沉浸式音频播放与语音用户界面（VUI）应用设计的 crossover MCU 家族。它将高性能 Cadence Tensilica HiFi 4 音频 DSP 与新一代 Cortex-M33 核结合，为语音辅助端节点提供了安全、低功耗的嵌入式处理平台。芯片内部提供最高 4.5 MB 片上 SRAM，并通过多个高带宽接口（如带实时解密引擎的 Octal/Quad SPI 接口）访问片外 Flash。

MIMXRT685-EVK 的完整硬件配置如下：

主控：MIMXRT685SFVKB Cortex-M33（300 MHz，128 KB TCM）核处理器，配 Cadence Xtensa HiFi4 DSP
调试：板载高速 USB Link2 调试探针，支持 CMSIS-DAP 协议（仅支持 Cortex M33 调试）
连接：高速 USB 端口（micro A/B 连接器，支持主机或设备功能）；UART、I2C、SPI 端口桥接到板载调试探针
存储：512 MB Macronix Octal SPI Flash（1.8 V 工作电压）；4.5 MB Apmemory PSRAM；全尺寸 SD 卡槽（SDIO）
电源：NXP PCA9420UK PMIC
人机接口：用户 LED、复位键与用户按键
扩展：Arduino 与 PMod/Host 扩展连接器
传感器：NXP FXOS8700CQ 加速度计
音频：立体声音频编解码器（line in/out 与驻极体麦克风）；双路 NXP TFA9894 数字功放（可选外部 +5V 供电驱动高功率扬声器）；支持通过 12-pin 排针接入最多八路板载数字麦克风；板载两路 DMIC

官方参考文档（i.MX RT685 Datasheet/Reference Manual、MIMXRT685-EVK User Guide/Schematics 等）可访问 NXP 官网获取，这里不再赘述。

Zephyr 支持特性与板级工程结构

NXP 将 MIMXRT685-EVK 视为 i.MX RT6xx 系列 MCU 的 superset 板卡，并以此板卡作为 Zephyr Full Platform Support 的焦点，优先为其使能新的 Zephyr 特性，从而带动整个 RT6xx 家族。与之非常相似的姊妹板卡是mimxrt595_evk，该板可能已支持一些可复用到 mimxrt685_evk 的额外特性。

板卡支持特性可通过zephyr:board-supported-hw指令自动生成（对应 board.yml 声明socs: mimxrt685s）。从 Zephyr 仓库中的板级源码可以确认的实际支持情况包括：

板级工程：boards/nxp/mimxrt685_evk/ 下同时提供 CM33 与 HiFi 4 两套目标：
- mimxrt685_evk/mimxrt685s/cm33：基于 mimxrt685_evk_mimxrt685s_cm33.dts 与同名 defconfig
- mimxrt685_evk/mimxrt685s/hifi4：基于 mimxrt685_evk_mimxrt685s_hifi4.dts 与同名 defconfig
SoC 选择：Kconfig.mimxrt685_evk 通过SOC_PART_NUMBER_MIMXRT685SFVKB、SOC_MIMXRT685S_CM33、SOC_MIMXRT685S_HIFI4完成板级到 SoC 的绑定。
CM33 默认配置（mimxrt685_evk_mimxrt685s_cm33_defconfig）：启用 Console/UART 串口、中断驱动 UART、GPIO，并默认开启 TrustZone-M（CONFIG_TRUSTED_EXECUTION_SECURE=y）、ARM MPU 与硬件栈保护。
默认时钟：Kconfig.defconfig 配置外部晶振XTAL_SYS_CLK_HZ=24000000、SYSOSC_SETTLING_US=260；若未使用 MCUboot 则自动使能NXP_IMXRT_BOOT_HEADER。
设备树别名：CM33 DTS 中定义sw0/sw1、led0~led2、usart-0、pwm-0、watchdog0、accel0/magn0、sdhc0、dmic0、mbox等标准别名，方便应用直接引用。

连接与 IO：引脚功能对照表

MIMXRT685 SoC 通过 IOCON 寄存器配置引脚功能。板级引脚复用（pinmux）由 mimxrt685_evk-pinctrl.dtsi 统一声明（该文件由gen_board_pinctrl.py从 NXP 的 MIMXRT685-EVK.mex 工程生成），引脚功能映射如下：

引脚	功能	用途
PIO0_2	USART	USART RX
PIO0_1	USART	USART TX
PIO0_14	GPIO	GREEN LED
PIO1_1	GPIO	SW0
PIO0_17	I2C	I2C SDA
PIO0_18	I2C	I2C SCL
PIO1_5	GPIO	FXOS8700 TRIGGER
PIO1_5	SPI	SPI MOSI
PIO1_4	SPI	SPI MISO
PIO1_3	SPI	SPI SCK
PIO1_6	SPI	SPI SSEL
PIO0_23	I2S	I2S DATAOUT
PIO0_22	I2S	I2S TX WS
PIO0_21	I2S	I2S TX SCK
PIO0_9	I2S	I2S DATAIN
PIO0_29	USART	USART TX
PIO0_30	USART	USART RX
PIO1_11	FLEXSPI0B_DATA0	OctalSPI Flash
PIO1_12	FLEXSPI0B_DATA1	OctalSPI Flash
PIO1_13	FLEXSPI0B_DATA2	OctalSPI Flash
PIO1_14	FLEXSPI0B_DATA3	OctalSPI Flash
PIO1_29	FLEXSPI0B_SCLK	OctalSPI Flash
PIO2_12	PIO2_12	OctalSPI Flash
PIO2_17	FLEXSPI0B_DATA4	OctalSPI Flash
PIO2_18	FLEXSPI0B_DATA5	OctalSPI Flash
PIO2_19	FLEXSPI0B_SS0_N	OctalSPI Flash
PIO2_22	FLEXSPI0B_DATA6	OctalSPI Flash
PIO2_23	FLEXSPI0B_DATA7	OctalSPI Flash
PIO0_27	SCT0_OUT7	PWM
PIO1_30	SD0_CLK	SD 卡
PIO1_31	SD0_CMD	SD 卡
PIO2_0	SD0_D0	SD 卡
PIO2_1	SD0_D1	SD 卡
PIO2_2	SD0_D2	SD 卡
PIO2_3	SD0_D3	SD 卡
PIO2_4	SD0_WR_PRT	SD 卡
PIO2_9	SD0_CD	SD 卡
PIO2_10	SD0_RST	SD 卡

从 pinctrl 源码可以进一步看出板级外设的接线细节：

控制台 USART（flexcomm0）：FC0_RXD_SDA_MOSI_DATA_PIO0_2（RX，使能 input）与FC0_TXD_SCL_MISO_WS_PIO0_1（TX），对应文档表中的 PIO0_2/PIO0_1。
I2C（flexcomm2，接 Arduino 与 FXOS8700）：FC2_CTS_SDA_SSEL0_PIO0_17/FC2_RTS_SCL_SSEL1_PIO0_18，配置了bias-pull-up、开漏（drive-open-drain）与高驱动强度，即表格中的 PIO0_17/PIO0_18。
SPI（flexcomm5，接 Arduino）：SCK=PIO1_3、MISO=PIO1_4、MOSI=PIO1_5、SSEL0=PIO1_6。
I2S：接收通道 flexcomm1（DATA=PIO0_9）与发送通道 flexcomm3（SCK=PIO0_21、WS=PIO0_22、DATAOUT=PIO0_23，外加 MCLK=PIO1_10），为音频编解码器提供双通道信号。
Octal SPI Flash：FLEXSPI0B 的 8 根数据线（DATA0-7）、SCLK、SS0_N 以及 GPIO PIO2_12 全部用于板载 Macronix Octal Flash。
SCTimer PWM：SCT0_OUT7_PIO0_27对应文档中的 PWM 引脚；此外SCT0_OUT0_PIO0_14、SCT0_OUT6_PIO0_26/31分别映射绿色、蓝色、红色 PWM LED。
SD 卡（usdhc0）：CLK=PIO1_30、CMD=PIO1_31、D0-D3=PIO2_0~3，并含写保护（PIO2_4）、卡检测（PIO2_9）与复位（PIO2_10）信号。
I3C 总线（i3c0）：SCL=PIO2_29、SDA=PIO2_30、PUR=PIO2_31，板上 WM8904 音频编解码器挂接在此总线（地址 0x1a）。
DMIC：DMIC0_DATA2_3_PIO2_21、DMIC0_DATA0_1_PIO2_20、DMIC0_CLK0_1_PIO2_16用于板载数字麦克风。

ADC 方面，pinctrl 注释给出了完整的 ADC 通道对照表：例如 PIO0_5/CH0A 对应 Schematic 的 ADC0_0（Arduino J30.1）、PIO0_6/CH0B 对应 ADC0_8（J30.2）、PIO0_19/CH2A 对应 ADC0_2（J30.3）、PIO0_20/CH2B 对应 ADC0_10（J30.4）等；0A~5A 通道可与 0B~5B 配对构成差分输入。

系统时钟与串口配置

MIMXRT685-EVK 默认使用OS Event timer（os_timer）作为系统时钟源。这一配置体现在 CM33 设备树中：

&os_timer { status = "okay"; wakeup-source; };

设备树中的注释明确说明：若需切换到 SYSTICK 定时器，只需将&os_timer替换为&systick即可，为不同内核 tick 策略提供了灵活切换的入口。

串口方面，MIMXRT685 SoC 提供 8 个 FLEXCOMM 接口，板级默认将flexcomm0配置为 USART 控制台，其余接口按需分配给 I2C/SPI/I2S 等外设。控制台配置示例如下：

&flexcomm0 { compatible = "nxp,lpc-usart"; status = "okay"; current-speed = <115200>; pinctrl-0 = <&pinmux_flexcomm0_usart>; pinctrl-names = "default"; dmas = <&dma0 0>, <&dma0 1>; dma-names = "rx", "tx"; };

设备树中通过zephyr,console、zephyr,shell-uart、zephyr,uart-mcumgr均指向 flexcomm0，串口同时承担控制台、shell 与 mcumgr 通道职责。CM33 与 HiFi 4 两个域共用该 FLEXCOMM0 控制台引脚（PIO0_1/PIO0_2）。

烧录与调试：三种调试探针方案

烧录与调试应用前，需要先配置调试探针。本板默认使用LPC-Link2（板载 Link2 调试探针），支持三种工作模式，对应zephyr:board-supported-runners声明的 runner：

方案一：LinkServer CMSIS-DAP（默认）

安装 LinkServer 调试主机工具（linkserver-debug-host-tools）并确保其在 PATH 中。LinkServer 兼容板载调试器的默认 CMSIS-DAP 固件。
确认跳线 JP17、JP18、JP19 均已安装（默认已装）。

linkserver是本板的默认 runner，直接执行：

west flash west debug

方案二：LPCLink2 板载 J-Link

安装 J-Link 调试主机工具（jlink-debug-host-tools）并加入 PATH。
安装跳线 JP17、JP18、JP19（默认已装），将 SWD 信号连接至板载调试电路。
按 LPC-Link2 J-Link 板载调试探针的说明烧写 J-Link 固件，并确保固件为最新版本。

west flash -r jlink west debug -r jlink

方案三：外部 J-Link 探针

安装 J-Link 调试主机工具并加入 PATH。
移除跳线 J17、J18、J19（默认已装），以断开板载调试电路对 SWD 信号的影响。
将 J-Link 探针连接到 J2 10-pin 调试排针。

west flash -r jlink west debug -r jlink

配置串口终端与控制台参数

将 USB 线从 PC 连接到板卡 J16 接口，使用任意串口终端（minicom、putty 等）并设置以下参数：

波特率：115200
数据位：8
校验位：None
停止位：1

这与设备树中 flexcomm0 的current-speed = <115200>一致。板载调试探针会把 UART/I2C/SPI 桥接为 USB 虚拟串口，因此 J16 一根 USB 线即可同时完成供电、调试与串口通信。

烧录与调试 Hello World 示例

以hello_world示例演示完整流程（默认使用 LinkServer）：

west build -b mimxrt685_evk/mimxrt685s/cm33 samples/hello_world west flash

打开串口终端，复位板卡（按 RESET 按键），终端应输出：

***** Booting Zephyr OS v1.14.0 ***** Hello World! mimxrt685_evk

调试流程相同，将flash目标替换为debug：

west build -b mimxrt685_evk/mimxrt685s/cm33 samples/hello_world west debug

在调试器中单步执行应用，终端同样会出现上述输出（示例中展示了zephyr-v2.3.0版本号输出，实际输出取决于所用 Zephyr 版本）。

常见问题：调试探针连接失败

如果调试探针连接失败并出现以下错误，通常是 Flash 中残留的镜像干扰所致：

Remote debugging using :2331 Remote communication error. Target disconnected.: Connection reset by peer. "monitor" command not supported by this target. "monitor" command not supported by this target. You can't do that when your target is `exec' (gdb) Could not connect to target. Please check power, connection and settings.

修复步骤：

将 SW5 DIP 开关拨到ON-ON-ON，阻止从 Flash 启动。
按 SW3 复位。
重新运行west debug或west flash，烧录一个已知可用的 Zephyr 应用（例如 Hello World）。
将 SW5 DIP 开关拨回ON-OFF-ON，恢复从 Flash 启动。
按 SW3 复位，完成修复。

HiFi 4 DSP 核：双核音频开发实战

i.MX RT685 中实例化的 Cadence HiFi 4 DSP 核在 Zephyr 中得到完整支持，可搭配专有 Xtensa 工具链（早期包中的xcc、较新版本中的xt-clang）以及 Zephyr SDK 中的xtensa-nxp_rt600_adsp_zephyr-elfGCC 变体使用。

构建 HiFi 4 工程

GCC（Zephyr SDK）：无需特殊配置，直接使用 SDK 自带的 Xtensa GCC 变体。
专有 Xtensa 工具链：需要设置XTENSA_CORE、XTENSA_TOOLCHAIN_PATH、TOOLCHAIN_VER（按安装版本），并将ZEPHYR_TOOLCHAIN_VARIANT设为xcc或xt-clang。

构建命令（目标板为mimxrt685_evk/mimxrt685s/hifi4）：

west build -b mimxrt685_evk/mimxrt685s/hifi4 samples/hello_world

从 mimxrt685_evk_mimxrt685s_hifi4_defconfig 可以看到 HiFi 4 域的差异化配置：启用CONFIG_GEN_ISR_TABLES、关闭CONFIG_GEN_IRQ_VECTOR_TABLE、使用CONFIG_XTENSA_SMALL_VECTOR_TABLE_ENTRY小向量表项，并关闭CONFIG_NXP_IMXRT_BOOT_HEADER（DSP 核不需要 boot header）。HiFi 4 域设备树 mimxrt685_evk_mimxrt685s_hifi4.dts 复用同一套 LED/按键/串口，并使用独立的 DMA1 通道驱动 I2S 与 flexcomm0 控制台。

调试 HiFi 4

调试可直接使用 J-Link GDB Server，配合xt-gdb（专有 Xtensa 工具链）或gdb（Zephyr SDK）连接。若需与 CM33 核同步联调，可使用xt-ocd守护进程实现 HiFi 4 与 CM33 的协同调试，详见 NXP 的 RT600 Dual-Core Communication and Debugging 应用笔记。

初始化与启动机制

由于 HiFi 4 DSP 被定位为次级核（secondary core），必须显式初始化后才能工作。这一职责由实例化在 RT685 CM33 域中的nxp_rtxxx_adsp_ctrl驱动承担：驱动初始化时会完成电源域与时钟设置，足以支持调试器连接；在 AMP（非对称多处理）系统中，该驱动还负责代码加载与运行控制（run control）。

在 CM33 域中，hifi4/init.c 通过board_early_init_hook()完成音频相关初始化：当 flexcomm1 与 flexcomm3 均以nxp,lpc-i2s兼容且启用 I2S 时，代码会通过 SYSCTL1 的SHAREDCTRLSET/FCCTRLSEL寄存器配置 Flexcomm 之间的共享时钟/数据通路——既支持CONFIG_I2S_TEST_SEPARATE_DEVICES下的 I2S 内部回环测试，也支持面向 WM8904 编解码器的双工音频配置，为开发者在 DSP 侧调试 I2S 音频链路提供了硬件级的验证基础。

深入板级资源：Flash、PSRAM、SD 卡与 PMIC

Octal SPI Flash 与分区布局

设备树中flexspi节点挂接 Macronix MX25UM51345G Octal SPI Flash（64 MB），工作于 OPI STR 模式（Kconfig.defconfig中FLASH_MCUX_FLEXSPI_MX25UM51345G_OPI_STR为默认选项），最高 SPI 频率 120 MHz。Flash 分区如下（分区大小需与 4 KB 扇区对齐）：

分区	标签	地址	大小
boot_partition	mcuboot	0x00000000	128 KB
slot0_partition	image-0	0x00020000	3 MB
slot1_partition	image-1	0x00320000	3 MB
storage_partition	storage	0x00620000	58 MB - 128 KB

该布局直接支持 MCUboot 双镜像（A/B）升级方案，zephyr,code-partition指向 slot0。

PSRAM、SD 卡与 PMIC

4.5 MB PSRAM 提供大容量 RAM 扩展；设备树注释提示：若不使用 USB 并需要额外 MPU 区域，可禁用sram1节点。
SD 卡通过usdhc0接口工作，设备树中为兼容 1.8V SD 卡设置了no-1-8-v（禁用 1.8V 协商）、pwr-gpios（PIO2_10）与cd-gpios（PIO2_9）卡检测。
NXP PCA9420 PMIC 通过独立 I2C（pmic_i2c）访问，设备树默认使能 BUCK1/BUCK2 与 LDO1/LDO2 的regulator-boot-on。

USB 与音频外设

USB 高速设备控制器usbhs使能并通过usbphy配置校准参数（tx-d-cal、tx-cal-45-dp-ohms等）。
音频链路完整：WM8904 编解码器（I3C 地址 0x1a）提供 MCLK 时钟；DMIC0/PDMC0/PDMC1 配置了增益与 DC 截止频率（如gainshift = <3>、dc-cutoff = "155hz"），支撑从数字麦克风采集到编解码输出的全链路音频处理，这正是 HiFi 4 DSP 的核心应用场景。

小结

MIMXRT685-EVK 在 Zephyr 中同时具备 CM33 主核与 HiFi 4 DSP 双目标支持：CM33 侧提供 TrustZone-M、MPU 硬件栈保护与完整外设（串口、I2C/SPI/I2S、Octal SPI Flash、SD 卡、USB、ADC、音频编解码），HiFi 4 侧通过nxp_rtxxx_adsp_ctrl实现次级核的电源/时钟初始化与 AMP 代码加载。默认 LinkServer runner 与west flash/west debug命令提供了开箱即用的开发体验；遇到 Flash 残留导致的连接失败时，可按 SW5 拨码方案修复。对语音交互、音频编解码与双核异构开发感兴趣的开发者，可进一步参考姊妹板卡 mimxrt595_evk 与 NXP 官方文档，将本文的板级配置与 Zephyr 驱动源码结合，快速搭建完整的音频应用原型。