雅各布·貝寧戈

　　嵌入式系統(tǒng)固有地需要具有功能強大、低成本的微控制器單元 (MCU)。這些設備不僅在產(chǎn)品中發(fā)揮著重要作用，而且在支持測試、快速原型設計和機器學習 (ML) 等功能方面也發(fā)揮著重要作用。但是，開始使用 MCU 通常需要深入了解 MCU 技術和低級編程語言。最重要的是，開發(fā)板的價格通常在 20 美元到 1000 美元之間，這對許多開發(fā)人員來說太貴了。此外，開發(fā)板并不總是可用的，即使有，設計人員也常常難以啟動并運行開發(fā)板。

　　本文介紹Raspberry Pi Pico (SC0915) 作為RP2040 MCU的低成本開發(fā)板，可為開發(fā)人員提供廣泛的功能。本文探討了 Pico 和一些擴展板，檢查了 Raspberry Pi Pico 支持的不同軟件開發(fā)套件，并演示了如何使用 C SDK 創(chuàng)建閃爍的 LED 應用程序。

　　Raspberry Pi Pico 簡介

　　Raspberry Pi Pico 于 2021 年首次作為 RP2040 微控制器的開發(fā)平臺推出。 Pico 可以用作獨立的開發(fā)板，或者由于可以焊接到載板上的邊緣連接，它可以直接設計到產(chǎn)品中(圖 1)。 Pico 低于 5 美元的成本及其多功能用途，已成為制造商和專業(yè)開發(fā)人員的熱門解決方案。

　　圖 1：Raspberry Pi Pico 是一款低成本開發(fā)板，包含在 RP2040 微控制器上開發(fā)應用程序所需的一切。 (圖片來源：樹莓派)

　　RP2040 采用主頻為 133 兆赫茲 (MHz) 的雙核Arm? Cortex?-M0+ 處理器，并包含高達 264 千字節(jié) (Kbytes) 的 SRAM。 RP2040 不包括片上閃存。相反，Raspberry Pi Pico 提供了一個外部 2 兆字節(jié) (Mbyte) 閃存芯片，該芯片通過四串行外設接口 (QSPI) 與 RP2040 連接。該板還提供了一個用戶 LED、一個晶體振蕩器(鎖相環(huán) (PLL) 用于創(chuàng)建穩(wěn)定的高速 CPU 時鐘)和一個按鈕(用于配置處理器是正常啟動還是進入引導加載程序)。

　　廣泛的生態(tài)系統(tǒng)

　　Raspberry Pi Pico 已經(jīng)擁有廣泛的生態(tài)系統(tǒng)，允許開發(fā)人員選擇使用 MicroPython 或 C 軟件開發(fā)工具包為電路板編寫應用程序。關于 Raspberry Pi Pico 的一個有趣的注意事項是，不只有一個可用的開發(fā)板。相反，有三個;具有標準配置的原始 SC0915、包含接頭連接器的SC0917以及包含用于連接應用的低成本 Wi-Fi 芯片的SC0918 (圖 2)。

　　圖 2：Raspberry Pi Pico 提供三種配置。 (圖片來源：Beningo Embedded Group, LLC)

　　對于這些版本中的每一個，電路板的總體占用空間都保持不變。電路板的邊緣連接包括用于外圍設備的 40 引腳邊緣連接和連接選項，如圖 3 所示。這些包括電源、接地、通用異步接收器和發(fā)送器 (UART)、通用輸入和輸出 (GPIO)、脈沖寬度調制 (PWM)、模數(shù)轉換器 (ADC)、串行外圍互連 (SPI)、內部集成電路 (I2C) 接口和調試。

　　圖 3：Raspberry Pi Pico 邊緣連接引出線提供了多種外設訪問。 (圖片來源：樹莓派)

　　分線板選項

　　當 Raspberry Pi 將用于快速原型制作時，需要輕松訪問電路板的邊緣連接器。訪問它們的一種選擇是填充標題并使用面包板。但是，此解決方案通常會導致電線混亂，從而導致錯誤。因此，有多種分線板選項可以將邊緣連接器擴展到更容易獲得的接口。

　　例如，Bridgetek的MM2040EV Pico 模塊板 將大部分邊緣連接器分解為引腳和插座連接。此外，還有用于Seeed Studio的 Pico 的103100142屏蔽 ，它提供每個外圍接口作為連接器。每個連接器都與擴展板引腳兼容，以添加慣性傳感器、電機驅動器和測距儀等功能。

　　到 C 還是到 MicroPython?

　　嵌入式系統(tǒng)傳統(tǒng)上是用 C 編寫的，因為它平衡了低級控制和高級系統(tǒng)應用程序方法。今天 C 的問題在于它是一種過時的、已有 50 年歷史的編程語言，很少在大學教授。也很容易不小心注入錯誤并造成損壞。盡管存在這些潛在問題，C 語言仍是大多數(shù)嵌入式系統(tǒng)開發(fā)的首選語言。

　　由 Raspberry Pi Pico 生態(tài)系統(tǒng)提供的使用 C 的替代方法是 MicroPython。 MicroPython 是一個 CPython 端口，設計用于在基于 MCU 的系統(tǒng)上運行。雖然它無疑是比 C 更重的處理器用戶，但它是許多開發(fā)人員熟悉和習慣的現(xiàn)代語言。 MicroPython 可以抽象出 MCU 和硬件的底層細節(jié)。硬件訪問是通過易于學習的高級應用程序編程接口 (API) 進行的，這是項目期限緊迫的重要功能。

　　在選擇要使用的軟件開發(fā)工具包 (SDK)(C 或 MicroPython)時，開發(fā)人員需要關注特定需求。與 MicroPython 相比，使用 C 將提供對 MCU 寄存器的低級訪問，內存占用更小，效率更高。

　　設置 C SDK

　　使用 C SDK 創(chuàng)建閃爍 LED 應用程序時，有多種選擇。首先是查看 SDK 文檔并按照說明進行操作。第二種是使用預置的Docker容器，自動安裝上手所需的所有工具。第三種選擇是手動安裝工具鏈和 Raspberry Pi Pico 示例代碼，包括：

　　混帳

　　蟒蛇3

　　制作

　　gcc-arm-none-eabi

　　libnewlib-arm-none-eabi

　　可以通過使用以下命令克隆 Raspberry Pi 的 git repo 來檢索 Raspberry Pi Pico 示例代碼：

　　git clone https://github.com/raspberrypi/pico-sdk /home/sdk/pico-sdk &&

　　cd /home/sdk/pico-sdk &&

　　git 子模塊更新 --init &&

　　一旦安裝了這些庫和源代碼，下一步就是探索和編譯閃爍的 LED 應用程序。

　　編寫第一個 blinky 應用程序

　　C SDK 帶有一個閃爍的示例，開發(fā)人員可以使用它來構建他們的第一個應用程序。下面的代碼清單使用 Pico 的板載 LED 和 PICO_DEFAULT_LED_PIN 指令來設置 I/O 引腳并以 250 毫秒 (ms) 的延遲使其閃爍。

　　復制

　　/**

　　* Copyright (c) 2020 Raspberry Pi (Trading) Ltd.

　　*

　　* SPDX-License-Identifier: BSD-3-Clause

　　*/

　　#include "pico/stdlib.h"

　　int main() {

　　#ifndef PICO_DEFAULT_LED_PIN

　　#warning blink example requires a board with a regular LED

　　#else

　　const uint LED_PIN = PICO_DEFAULT_LED_PIN;

　　gpio_init(LED_PIN);

　　gpio_set_dir(LED_PIN, GPIO_OUT);

　　while (true) {

　　gpio_put(LED_PIN, 1);

　　sleep_ms(250);

　　gpio_put(LED_PIN, 0);

　　sleep_ms(250);

　　}

　　#endif

　　}

　　代碼清單：Raspberry Pi Pico 使用 PICO_DEFAULT_LED_PIN 指令設置 I/O 引腳并以 250 毫秒的延遲使其閃爍。 (代碼來源：樹莓派)

　　根據(jù)列表，LED_PIN 被分配了默認引腳;然后調用 C gpio API。 gpio_init 用于初始化引腳，而 gpio_set_dir 用于將 LED_PIN 設置為輸出。然后創(chuàng)建一個無限循環(huán)，每 250 毫秒切換一次 LED 的狀態(tài)。

　　編譯應用程序相對簡單。首先，開發(fā)人員需要使用以下命令在其 Raspberry Pi Pico 文件夾中創(chuàng)建構建目錄：

　　mkdir 構建

　　光盤構建

　　接下來，cmake 需要通過執(zhí)行以下命令為構建做好準備：

　　制作

　　現(xiàn)在，開發(fā)人員可以切換到 blinky 目錄并運行 make：

　　CD閃爍

　　制作

　　構建過程的輸出將是一個 blinky.uf2 文件。編譯后的程序可以通過按住 BOOTSEL 引腳并給板子上電來加載到 Raspberry Pi Pico 上。然后 RP2 將顯示為大容量存儲設備。開發(fā)人員需要將 blinky.uf2 文件拖到驅動器上，此時引導加載程序將安裝應用程序。完成后，LED 應開始閃爍。

　　結論

　　Raspberry Pi Pico 是一款極具吸引力的解決方案，適用于尋求開發(fā)周期靈活性的嵌入式開發(fā)人員。有多種選擇可供選擇，包括獨立解決方案或具有無線連接功能的電路板。此外，生態(tài)系統(tǒng)支持 C 和 C++，以及 MicroPython。開發(fā)人員可以選擇最適合其應用程序的語言，然后利用相應的 SDK 來加速軟件開發(fā)。