雅各布·贝宁戈

　　嵌入式系统固有地需要具有功能强大、低成本的微控制器单元 (MCU)。这些设备不仅在产品中发挥着重要作用，而且在支持测试、快速原型设计和机器学习 (ML) 等功能方面也发挥着重要作用。但是，开始使用 MCU 通常需要深入了解 MCU 技术和低级编程语言。最重要的是，开发板的价格通常在 20 美元到 1000 美元之间，这对许多开发人员来说太贵了。此外，开发板并不总是可用的，即使有，设计人员也常常难以启动并运行开发板。

　　本文介绍Raspberry Pi Pico (SC0915) 作为RP2040 MCU的低成本开发板，可为开发人员提供广泛的功能。本文探讨了 Pico 和一些扩展板，检查了 Raspberry Pi Pico 支持的不同软件开发套件，并演示了如何使用 C SDK 创建闪烁的 LED 应用程序。

　　Raspberry Pi Pico 简介

　　Raspberry Pi Pico 于 2021 年首次作为 RP2040 微控制器的开发平台推出。 Pico 可以用作独立的开发板，或者由于可以焊接到载板上的边缘连接，它可以直接设计到产品中(图 1)。 Pico 低于 5 美元的成本及其多功能用途，已成为制造商和专业开发人员的热门解决方案。

　　图 1：Raspberry Pi Pico 是一款低成本开发板，包含在 RP2040 微控制器上开发应用程序所需的一切。 (图片来源：树莓派)

　　RP2040 采用主频为 133 兆赫兹 (MHz) 的双核Arm® Cortex®-M0+ 处理器，并包含高达 264 千字节 (Kbytes) 的 SRAM。 RP2040 不包括片上闪存。相反，Raspberry Pi Pico 提供了一个外部 2 兆字节 (Mbyte) 闪存芯片，该芯片通过四串行外设接口 (QSPI) 与 RP2040 连接。该板还提供了一个用户 LED、一个晶体振荡器(锁相环 (PLL) 用于创建稳定的高速 CPU 时钟)和一个按钮(用于配置处理器是正常启动还是进入引导加载程序)。

　　广泛的生态系统

　　Raspberry Pi Pico 已经拥有广泛的生态系统，允许开发人员选择使用 MicroPython 或 C 软件开发工具包为电路板编写应用程序。关于 Raspberry Pi Pico 的一个有趣的注意事项是，不只有一个可用的开发板。相反，有三个;具有标准配置的原始 SC0915、包含接头连接器的SC0917以及包含用于连接应用的低成本 Wi-Fi 芯片的SC0918 (图 2)。

　　图 2：Raspberry Pi Pico 提供三种配置。 (图片来源：Beningo Embedded Group, LLC)

　　对于这些版本中的每一个，电路板的总体占用空间都保持不变。电路板的边缘连接包括用于外围设备的 40 引脚边缘连接和连接选项，如图 3 所示。这些包括电源、接地、通用异步接收器和发送器 (UART)、通用输入和输出 (GPIO)、脉冲宽度调制 (PWM)、模数转换器 (ADC)、串行外围互连 (SPI)、内部集成电路 (I2C) 接口和调试。

　　图 3：Raspberry Pi Pico 边缘连接引出线提供了多种外设访问。 (图片来源：树莓派)

　　分线板选项

　　当 Raspberry Pi 将用于快速原型制作时，需要轻松访问电路板的边缘连接器。访问它们的一种选择是填充标题并使用面包板。但是，此解决方案通常会导致电线混乱，从而导致错误。因此，有多种分线板选项可以将边缘连接器扩展到更容易获得的接口。

　　例如，Bridgetek的MM2040EV Pico 模块板 将大部分边缘连接器分解为引脚和插座连接。此外，还有用于Seeed Studio的 Pico 的103100142屏蔽 ，它提供每个外围接口作为连接器。每个连接器都与扩展板引脚兼容，以添加惯性传感器、电机驱动器和测距仪等功能。

　　到 C 还是到 MicroPython?

　　嵌入式系统传统上是用 C 编写的，因为它平衡了低级控制和高级系统应用程序方法。今天 C 的问题在于它是一种过时的、已有 50 年历史的编程语言，很少在大学教授。也很容易不小心注入错误并造成损坏。尽管存在这些潜在问题，C 语言仍是大多数嵌入式系统开发的首选语言。

　　由 Raspberry Pi Pico 生态系统提供的使用 C 的替代方法是 MicroPython。 MicroPython 是一个 CPython 端口，设计用于在基于 MCU 的系统上运行。虽然它无疑是比 C 更重的处理器用户，但它是许多开发人员熟悉和习惯的现代语言。 MicroPython 可以抽象出 MCU 和硬件的底层细节。硬件访问是通过易于学习的高级应用程序编程接口 (API) 进行的，这是项目期限紧迫的重要功能。

　　在选择要使用的软件开发工具包 (SDK)(C 或 MicroPython)时，开发人员需要关注特定需求。与 MicroPython 相比，使用 C 将提供对 MCU 寄存器的低级访问，内存占用更小，效率更高。

　　设置 C SDK

　　使用 C SDK 创建闪烁 LED 应用程序时，有多种选择。首先是查看 SDK 文档并按照说明进行操作。第二种是使用预置的Docker容器，自动安装上手所需的所有工具。第三种选择是手动安装工具链和 Raspberry Pi Pico 示例代码，包括：

　　混帐

　　蟒蛇3

　　制作

　　gcc-arm-none-eabi

　　libnewlib-arm-none-eabi

　　可以通过使用以下命令克隆 Raspberry Pi 的 git repo 来检索 Raspberry Pi Pico 示例代码：

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

　　cd /home/sdk/pico-sdk &&

　　git 子模块更新 --init &&

　　一旦安装了这些库和源代码，下一步就是探索和编译闪烁的 LED 应用程序。

　　编写第一个 blinky 应用程序

　　C SDK 带有一个闪烁的示例，开发人员可以使用它来构建他们的第一个应用程序。下面的代码清单使用 Pico 的板载 LED 和 PICO_DEFAULT_LED_PIN 指令来设置 I/O 引脚并以 250 毫秒 (ms) 的延迟使其闪烁。

　　复制

　　/**

　　* 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

　　}

　　代码清单：Raspberry Pi Pico 使用 PICO_DEFAULT_LED_PIN 指令设置 I/O 引脚并以 250 毫秒的延迟使其闪烁。 (代码来源：树莓派)

　　根据列表，LED_PIN 被分配了默认引脚;然后调用 C gpio API。 gpio_init 用于初始化引脚，而 gpio_set_dir 用于将 LED_PIN 设置为输出。然后创建一个无限循环，每 250 毫秒切换一次 LED 的状态。

　　编译应用程序相对简单。首先，开发人员需要使用以下命令在其 Raspberry Pi Pico 文件夹中创建构建目录：

　　mkdir 构建

　　光盘构建

　　接下来，cmake 需要通过执行以下命令为构建做好准备：

　　制作

　　现在，开发人员可以切换到 blinky 目录并运行 make：

　　CD闪烁

　　制作

　　构建过程的输出将是一个 blinky.uf2 文件。编译后的程序可以通过按住 BOOTSEL 引脚并给板子上电来加载到 Raspberry Pi Pico 上。然后 RP2 将显示为大容量存储设备。开发人员需要将 blinky.uf2 文件拖到驱动器上，此时引导加载程序将安装应用程序。完成后，LED 应开始闪烁。

　　结论

　　Raspberry Pi Pico 是一款极具吸引力的解决方案，适用于寻求开发周期灵活性的嵌入式开发人员。有多种选择可供选择，包括独立解决方案或具有无线连接功能的电路板。此外，生态系统支持 C 和 C++，以及 MicroPython。开发人员可以选择最适合其应用程序的语言，然后利用相应的 SDK 来加速软件开发。