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來(lái)源：Digi-Key 作者：Jacob Beningo 在嵌入式系統中，有一個(gè)內在的需求，就是要有一個(gè)強大的、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(zhù)重要作用，而且在支持測試、快速原型設計和機器學(xué)習 (ML) 之類(lèi)能力方面也發(fā)揮著(zhù)重要作用。然而，使用 MCU 通常需要對 MCU 技術(shù)和底層編程語(yǔ)言有深入的了解。除此之外，開(kāi)發(fā)板的價(jià)格往往在 20 美元到 1000 美元之間，這對許多開(kāi)發(fā)人員來(lái)說(shuō)可能太昂貴了。此外，并不總是有開(kāi)發(fā)板，即使有開(kāi)發(fā)板，設計者也常常要花很多精力讓開(kāi)發(fā)板啟動(dòng)并運行起來(lái)。 本文介紹了作為用于 RP2040 MCU 的低成本開(kāi)發(fā)板的 Raspberry Pi Pico (SC0915)，該板能為開(kāi)發(fā)者提供廣泛的功能。文章探討了 Pico 和一些擴展板，研究了 Raspberry Pi Pico 支持的不同軟件開(kāi)發(fā)工具包，并演示了如何使用 C SDK 創(chuàng )建一個(gè) LED 閃光應用。 Raspberry Pi Pico 簡(jiǎn)介 Raspberry Pi Pico 作為 RP2040 微控制器的開(kāi)發(fā)平臺而于 2021 年首次推出。Pico 可以作為獨立的開(kāi)發(fā)板使用，或者通過(guò)邊緣連接焊接到載板上，因此可以直接設計導入產(chǎn)品（圖 1）。因其低于 5 美元的成本及其多用途特性，Pico 已經(jīng)成為創(chuàng )客和專(zhuān)業(yè)開(kāi)發(fā)者的一個(gè)很受歡迎的解決方案。 
圖 1：Raspberry Pi Pico 是一塊低成本的開(kāi)發(fā)板，包含了在 RP2040 微控制器上開(kāi)發(fā)應用所需的一切。（圖片來(lái)源：Raspberry Pi） RP2040 帶有一個(gè)雙核 Arm® Cortex®-M0+ 處理器，時(shí)鐘頻率為 133 兆赫(MHz)，包括高至 264 千字節 (Kb) 的 SRAM。RP2040 不包括片上閃存。不過(guò) Raspberry Pi Pico 提供了一個(gè) 2 兆字節 (Mb) 的外部閃存芯片，通過(guò)一個(gè)四路串行外設接口 (QSPI) 與 RP2040 連接。該板還提供了一個(gè)用戶(hù) LED，一個(gè)鎖相環(huán) (PLL) 用來(lái)創(chuàng )建穩定高速 CPU 時(shí)鐘的晶體振蕩器，以及一個(gè)用來(lái)配置處理器是正常引導還是進(jìn)入引導程序的按鈕。 一個(gè)廣泛的生態(tài)系統 Raspberry Pi Pico 已經(jīng)有了一個(gè)廣泛的生態(tài)系統，允許開(kāi)發(fā)者選擇使用 MicroPython 或 C 軟件開(kāi)發(fā)工具包來(lái)為電路板編寫(xiě)應用程序。關(guān)于 Raspberry Pi Pico 還有一點(diǎn)有趣的要說(shuō)明的是，并不是只有一塊開(kāi)發(fā)板可用。而是有三個(gè)；只有一個(gè)標準配置的原版 SC0915、包括針座連接器的 SC0917以及帶有用于聯(lián)網(wǎng)應用的低成本 Wi-Fi 芯片的 SC0918（圖 2）。
圖 2：Raspberry Pi Pico 有三種配置。（圖片來(lái)源：Beningo Embedded Group, LLC） 這些版本中的每一個(gè)板子的引腳尺寸都是相同的。板子邊緣連接由 40 針邊緣連接組成，用于圖 3 所示的外圍設備和連接選件。其中包括電源、地線(xiàn)、通用異步接收器和發(fā)射器 (UART)、通用輸入和輸出 (GPIO)、脈沖寬度調制 (PWM)、模數轉換器 (ADC)、串行外設互連 (SPI)、內部集成電路 (I2C) 接口和調試。
圖 3：Raspberry Pi Pico 邊緣連接引腳分配提供了多種多樣的外設接入方式。（圖片來(lái)源：Raspberry Pi） 分線(xiàn)板選件 當 Raspberry Pi 要用于快速原型開(kāi)發(fā)時(shí)，有必要方便接入電路板的邊緣連接器。接入它們的一個(gè)選擇是使用焊接針座并使用試驗板。但這種解決方案往往會(huì )導致線(xiàn)路混亂，并從而導致差錯。因此，取而代之的是，有多種分線(xiàn)板的選擇，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插針和插座連接。此外，還有 Seeed Studio 為 Pico 提供的 103100142 盾板，能以連接器的形式提供每個(gè)外設接口。每個(gè)連接器都與擴展板引腳兼容，以便增加像慣性傳感器、電機驅動(dòng)器和測距儀之類(lèi)功能。 用 C 還是用 MicroPython？ 嵌入式系統傳統上都是用 C 語(yǔ)言編寫(xiě)的，因為它兼顧了低層的控制和高層的系統應用方法。今天 C 語(yǔ)言的問(wèn)題是，它是一種過(guò)時(shí)的、有著(zhù) 50 年歷史的編程語(yǔ)言，在大學(xué)里很少被教授。也更容易意外引入漏洞并造成損壞。盡管有這些潛在的問(wèn)題，但 C 語(yǔ)言仍然是大多數嵌入式系統開(kāi)發(fā)的首選語(yǔ)言。 Raspberry Pi Pico 生態(tài)系統提供的一個(gè)替代 C 語(yǔ)言的方案是 MicroPython。MicroPython 是一個(gè) CPython 端口，旨在運行在基于 MCU 的系統上。雖然它無(wú)疑是一個(gè)比 C 語(yǔ)言更重度消耗處理器的用戶(hù)，但它是一種現代語(yǔ)言，許多開(kāi)發(fā)人員都熟悉和適應它。MicroPython 可以抽象出 MCU 和硬件的低層細節。硬件訪(fǎng)問(wèn)是通過(guò)高級應用編程接口 (API) 進(jìn)行的，很容易學(xué)習——這是在項目期限緊迫的情況下的一個(gè)重要因素。 當選擇使用哪種軟件開(kāi)發(fā)工具包 (SDK) 時(shí)（C 或 MicroPython），開(kāi)發(fā)者需要關(guān)注其具體的需求。與 MicroPython 相比，使用 C 語(yǔ)言將提供對 MCU 寄存器的低層訪(fǎng)問(wèn)，具有更小的內存占用，而且效率更高。 設置 C SDK 當使用 C SDK 創(chuàng )建 LED 閃爍應用時(shí)，有幾種選擇。第一種是查看 SDK 文檔并按照說(shuō)明進(jìn)行操作。第二種是使用預設的 Docker 容器來(lái)自動(dòng)安裝所有必要的工具，以便開(kāi)始使用。第三種選擇是手動(dòng)安裝工具鏈和 Raspberry Pi Pico 示例代碼，包括： Git Python 3 Cmake gcc-arm-none-eabi \ libnewlib-arm-none-eabi 可以通過(guò)使用以下命令克隆 Raspberry Pi 的 git repo 來(lái)完成獲取 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 submodule update --init && 這些庫和源代碼安裝完畢后，下一步就是探索和編譯 LED 閃爍應用程序。 編寫(xiě)第一個(gè)閃爍應用程序 C SDK 帶有一個(gè)閃爍實(shí)例，開(kāi)發(fā)者可以用它來(lái)建立其第一個(gè)應用程序。以下代碼清單使用 Pico 的板載 LED 和 PICO_DEFAULT_LED_PIN 指令來(lái)設置 I/O 引腳，并以 250 毫秒 (ms) 的延遲進(jìn)行閃爍。 副本 /** * 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 指令來(lái)設置 I/O 引腳，并以 250 毫秒的延遲進(jìn)行閃爍。（代碼來(lái)源：Raspberry Pi） 根據清單，LED_PIN 被指定為默認引腳；然后調用 C gpio API。gpio_init 用于初始化引腳，而 gpio_set_dir 則用于將 LED_PIN 設置為輸出。然后創(chuàng )建一個(gè)無(wú)限循環(huán)，每 250 毫秒切換一次 LED 的狀態(tài)。 編譯應用程序是相對簡(jiǎn)單的。首先，開(kāi)發(fā)者需要使用以下命令在他們的 Raspberry Pi Pico 文件夾中創(chuàng )建一個(gè)構建目錄： mkdir build cd build 接下來(lái)，cmake 需要通過(guò)執行以下命令為構建做準備： cmake 現在，開(kāi)發(fā)者可以換到 blinky 目錄并運行 make： cd blink make 構建過(guò)程的輸出將是一個(gè) blinky.uf2 文件。通過(guò)按住 BOOTSEL 引腳并給電路板通電，可以將編譯好的程序加載到 Raspberry Pi Pico 上。然后，RP2 將作為一個(gè)大容量存儲設備出現。開(kāi)發(fā)者需要將 blinky.uf2 文件拖到驅動(dòng)器上，這時(shí)，引導程序將安裝該應用程序。一旦完成，LED 應該就會(huì )開(kāi)始閃爍。 結語(yǔ) 對于希望能夠掌控開(kāi)發(fā)節奏的嵌入式開(kāi)發(fā)者來(lái)說(shuō)，Raspberry Pi Pico 是一個(gè)很有吸引力的解決方案。這個(gè)方案提供多種選擇，包括獨立的解決方案或帶有無(wú)線(xiàn)連接的板卡。此外，其生態(tài)系統支持 C 和 C++，以及 MicroPython。開(kāi)發(fā)人員可以選擇最適合其應用的語(yǔ)言，然后利用相應的 SDK 來(lái)加速軟件開(kāi)發(fā)。 |
