1. 课程导入与开发环境搭建

智能家居无线终端，本质上是一台“带无线连接能力、可长期低功耗运行、能直接或间接接入家庭网络”的嵌入式设备。它可能是一枚温湿度传感器、一只门磁、一个墙面开关，也可能是一盏可调色温的灯。与手机、路由器这类“强算力、常供电”的设备不同，这类终端通常由电池供电，需要数月甚至数年不换电池，同时还要保证数据能可靠地送达网关或云端。Nordic nRF 系列芯片正是围绕这一需求设计的：以 Cortex-M 内核为计算核心，集成 2.4 GHz 多协议射频，配合成熟的协议栈与 SDK，让开发者把精力放在“业务逻辑”而不是“射频调通”上。

本课程以 Nordic 官方主推的 nRF Connect SDK（简称 NCS）为主线，从零搭建开发环境，并完成第一个可烧录、可观察的 LED 闪烁工程。这一章不追求功能复杂，而是把“工具链—工程—编译—烧录—观察”这条链路彻底打通，后续所有章节都建立在这条链路之上。

1.1 无线终端的典型构成与选型思路

一个典型的智能家居无线终端，硬件上大致分为四部分：主控与射频（nRF 芯片）、传感或执行单元（温湿度传感器、继电器、LED 驱动等）、供电与电源管理（纽扣电池、DC-DC、LDO）、调试与量产接口（SWD 调试口、串口日志、OTA 升级通道）。软件上则分为应用层、协议栈层（蓝牙 LE、Thread、Zigbee、Matter 等）和底层驱动（GPIO、I2C、SPI、ADC、PWM）。

Nordic 目前在售的主流型号可以按“算力—内存—射频能力”三个维度来选：

选型时先问三个问题：需要跑什么协议（只跑蓝牙 LE，nRF52810/52832 足够；要跑 Thread 或 Matter，至少 nRF52840）、固件有多大（带 OTA 双区升级时，Flash 需求会翻倍）、要不要 USB 或音频（需要则直接看 nRF52840 或 nRF5340）。本课程后续示例以 nRF52840 DK 为默认开发板，它资源充足、资料最全，适合把协议栈、OTA、低功耗等知识点都跑一遍。

1.2 nRF Connect SDK 与工具链安装

NCS 是 Nordic 基于 Zephyr RTOS 构建的完整 SDK，包含协议栈、驱动、示例和构建系统。它和早期的 nRF5 SDK 最大的区别是：NCS 用 Zephyr 的设备树（Devicetree）和 Kconfig 来描述硬件与配置，工程结构更统一，跨芯片移植更容易。安装 NCS 推荐使用 nRF Connect for VS Code 扩展，它把工具链、SDK、调试器都集成在 VS Code 里，避免手动配置环境变量。

安装流程可以概括为四步：

1. 安装 VS Code，并在扩展市场搜索安装 nRF Connect for VS Code Extension Pack。
2. 打开 nRF Connect 侧边栏，进入 Manage toolchains，安装一个工具链版本（例如 v2.6.x），它会自动下载 arm-zephyr-eabi 编译器、CMake、Ninja、west 等。
3. 进入 Manage SDKs，安装对应版本的 NCS（例如 v2.6.0）。SDK 会以 west 工作区形式下载到本地。
4. 连接 nRF52840 DK，安装 nRF Command Line Tools（含 nrfjprog 和 J-Link 驱动），确保能识别到板子。

安装完成后，可以在终端验证：

west --version
nrfjprog --version
nrfjprog --ids

如果 nrfjprog --ids 能打印出类似 1050123456 的序列号，说明调试器与板子通信正常。这一步是后续烧录的前提，务必先确认。

1.3 第一个 LED 闪烁工程：从创建到烧录

NCS 自带大量示例，LED 闪烁最经典的入口是 zephyr/samples/basic/blinky。在 VS Code 中打开 nRF Connect 侧边栏，选择 Create a new application，然后选择 Copy a sample，搜索 blinky，指定目标板为 nrf52840dk/nrf52840，选择刚才安装的 SDK 版本，最后指定工程存放目录。创建完成后，工程目录里会出现 CMakeLists.txt、prj.conf、src/main.c 等文件。

打开 src/main.c，核心逻辑非常短：

#include <zephyr/kernel.h>
#include <zephyr/drivers/gpio.h>

#define LED0_NODE DT_ALIAS(led0)
static const struct gpio_dt_spec led = GPIO_DT_SPEC_GET(LED0_NODE, gpios);

int main(void)
{
    if (!gpio_is_ready_dt(&led)) {
        return 0;
    }
    gpio_pin_configure_dt(&led, GPIO_OUTPUT_ACTIVE);

    while (1) {
        gpio_pin_toggle_dt(&led);
        k_msleep(500);
    }
    return 0;
}

这里有两个关键点值得注意。第一，DT_ALIAS(led0) 不是直接写引脚号，而是通过设备树别名找到 LED0。nRF52840 DK 的板级设备树里已经把 led0 映射到 P0.13，所以代码与硬件解耦，换板子时通常不用改应用代码。第二，gpio_pin_toggle_dt 配合 k_msleep(500) 实现 500 ms 翻转一次，也就是 1 Hz 闪烁，肉眼很容易观察。

编译时，在 nRF Connect 侧边栏选择 Build，构建配置选 debug 或 release 均可。构建成功后，选择 Flash，工具会调用 west flash，通过 J-Link 把固件写入 nRF52840。烧录完成后，板子上的 LED1（对应 led0）应以约 1 秒周期亮灭交替。

如果 LED 不闪，按以下顺序排查：

• 确认 nrfjprog --ids 能识别到板子，否则检查 USB 线和 J-Link 驱动。
• 确认构建目标板选择的是 nrf52840dk/nrf52840，而不是其他型号。
• 确认烧录后按了复位键，或重新上电，避免程序停在旧状态。
• 用串口工具打开对应 COM 口，查看是否有启动日志输出，判断程序是否真正运行。

下面这张图把“选型—环境—工程—烧录—观察”这条链路的关键对象和判断点集中呈现出来，便于在动手前先建立整体印象。