Raspberry PicoのPlatformIOでの開発環境構築

やりたいこと

Raspberry Pi PicoのPlatformIOでの開発環境を作る。
pioasmも使えるようにする

PlatformIOのインストール

①VSCodeでExtentionを開く。

②検索バーに platformio を入力する。

③表示されたPlatformIO IDEを選択する。

④ Install を押す。

ラズベリーパイPicoへの接続

USBケーブルを接続する。

デバイスマネージャーに表示されていることを確認する。

（ポートは違うこともある）

「BOOTSEL」ボタンを押しながら接続してしまうと表示されないので注意する。

プロジェクトを作成する

①PlatformIOのアイコンをクリックする。

② Create New Project を選択する。

New Project を選択する。

①プロジェクト名を入力する。（ここでは「RPi_Pico_blink」）

② Board: に pico を入力する。

③出てきた候補の中から Raspberry Pi Pico を選択する。

図のとおり設定ができたら Finish をクリックする。

設定が完了するまで数分待つ。

図の内容が表示される。

「このフォルダー内のファイルの作成者を信頼しますか？」が表示されたら「はい」を選択する。

ファイルは

C:\Users\ユーザー\Documents\PlatformIO\Projects 内に作成される

ボード設定の書き換え

「Platform.ini」ファイルの内容を使用するボードを書き換えて、開発版の環境にする。

開発版の方が元のPlatformIOよりも更新されているため。

変更前

[env:pico]
platform = raspberrypi
board = pico
framework = arduino

変更後

[env:pico]
platform = https://github.com/maxgerhardt/platform-raspberrypi.git
board = pico
framework = arduino
board_build.core = earlephilhower

「platformio.ini」に書き込むとプロジェクトの更新が始まるので完了するまで待つ。
30分ほどかかる。

RPi_Pico_blink\src\main.cpp を開く

以下を書き込む

#include <Arduino.h>

void setup() {  // 初期設定（1回だけ実行）
  pinMode(LED_BUILTIN, OUTPUT);     // LED端子を出力に設定
}

void loop() {   // メイン処理
  digitalWrite(LED_BUILTIN, HIGH);  // LEDを点灯
  delay(500);                       // 0.5秒待つ
  digitalWrite(LED_BUILTIN, LOW);   // LEDを消灯
  delay(500);                       // 0.5秒待つ
}

画面左下の [→] を押すことで書き込みする。

以下の表示が出たら書き込み成功

書き込みに失敗したとき

まず「BOOTSEL」ボタンを「押さずに」USBケーブルを挿し直して書き込めるか確認する。
書き込めなければ、

C:\Users\ユーザー\Documents\PlatformIO\Projects\RPi_Pico_blink\.pio\build\pico

にある「firmware.uf2」を「BOOTSEL」ボタンを押しながら接続したときに表示される「RPI-RP2」フォルダの中にコピーする。

Pico C SDKを使う

pioasmを使うためにPico C SDKを使う。

PlartformIOのプロジェクト作成時、Frameworkを Picosdk にして作成する。

MSYS2をダウンロード

https://www.msys2.org/

msys2-x86_64-*.exe をダウンロード。

msys2をインストールする。
インストール先はデフォルトの C:\msys64 のまま。

VSCodeからMINGW64を開く

以下コマンドを入力。

pacman -Syu

ターミナルが落ちるので再度MINGW64で開く。

もう一度以下コマンドを入力。

pacman -Syu

ビルド環境をインストール。

pacman -S mingw-w64-x86_64-toolchain mingw-w64-x86_64-cmake mingw-w64-x86_64-zlib

正しく入ったか確認。

which gcc
which cmake
which mingw32-make
ls /mingw64/bin/zlib1.dll

それぞれ以下が表示されればOK。

/mingw64/bin/gcc
/mingw64/bin/cmake
/mingw64/bin/mingw32-make
/mingw64/bin/zlib1.dll

pioasmのビルド

MINGW64を開いて以下を入力し、pioasmをビルドする

cd $USERPROFILE/.platformio/packages/framework-arduinopico/pico-sdk/tools/pioasm
cmake -S . -B build -G "MinGW Makefiles" -DPIOASM_VERSION_STRING="1.0.0"
cd build
mingw32-make all

PlatformIOの設定

platformio.ini に以下を書き込む。

[env:pico]
platform = https://github.com/maxgerhardt/platform-raspberrypi.git
board = pico
framework = picosdk

extra_scripts = pre:scripts/pioasm.py

プロジェクトフォルダの直下に scripts というフォルダを作り、以下のファイルを作成する。

pioasm.py

import glob
import os.path
import pathlib
import sys
import warnings

Import("env") # type: ignore

PIO_FILES = glob.glob(os.path.join(env["PROJECT_SRC_DIR"], "*.pio"), recursive=True) # type: ignore

if len(PIO_FILES) != 0:
    PIOASM_EXECUTABLE = (
        pathlib.Path(env.PioPlatform().get_package_dir("framework-arduinopico")) # type: ignore
        .joinpath("pico-sdk/tools/pioasm/build/")
        .joinpath(f"pioasm{'.exe' if sys.platform.startswith('win') else ''}")
        .resolve()
    )

    if PIOASM_EXECUTABLE.exists():
        for filename in PIO_FILES:
            env.Execute(f'"{PIOASM_EXECUTABLE}" -o c-sdk "{filename}" "{filename}.h"') # type: ignore
    else:
        warnings.warn(f'pioasm executable not found in "{PIOASM_EXECUTABLE}"', Warning)

128ns幅のパルスを出すコード

GP0ピンから128nsのパルス幅でクロックを出すコードを書く。

srcフォルダに以下のファイルを作成する。

toggle_128ns.pio

.program toggle_128ns
; GP0 を 128ns ごとに High/Low トグル（125MHz クロック前提）

.wrap_target
loop:
    set pins, 1 [15]   ; 1 + 15 = 16 サイクル ≒ 128ns High
    set pins, 0 [15]   ; 同じく 128ns Low
    jmp loop
.wrap

% c-sdk {
#include "hardware/pio.h"

static inline void toggle_128ns_program_init(PIO pio, uint sm, uint offset, uint pin) {
    pio_sm_config c = toggle_128ns_program_get_default_config(offset);

    // 出力に使うピンを設定
    sm_config_set_set_pins(&c, pin, 1);

    // GPIO 初期化＆方向
    pio_gpio_init(pio, pin);
    pio_sm_set_consecutive_pindirs(pio, sm, pin, 1, true);

    // シフト設定（今回は特に使わない）
    sm_config_set_out_shift(&c, false, false, 32);

    // ステートマシン初期化
    pio_sm_init(pio, sm, offset, &c);
}
%}

main.c

#include "pico/stdlib.h"
#include "hardware/clocks.h"
#include "hardware/pio.h"
#include "toggle_128ns.pio.h"

int main() {
    stdio_init_all();

    PIO pio = pio0;
    uint sm = 0;
    uint offset = pio_add_program(pio, &toggle_128ns_program);

    toggle_128ns_program_init(pio, sm, offset, 0);

    pio_sm_set_enabled(pio, sm, true);

    while (1) tight_loop_contents();
}

書き込むとパルスが出る。

200MHzにクロック上げる

125nsのパルス幅で出すためにクロックを上げて実行する。
src フォルダに以下にファイルを作成する。

toggle_125ns_200m.pio

.program toggle_125ns_200m

.wrap_target
loop:
    set pins, 1 [24]   ; 1 + 24 = 25 cycles = 125ns (200 MHz)
    set pins, 0 [24]
    jmp loop
.wrap

% c-sdk {
#include "hardware/pio.h"

static inline void toggle_125ns_200m_program_init(PIO pio, uint sm, uint offset, uint pin) {
    pio_sm_config c = toggle_125ns_200m_program_get_default_config(offset);

    // ピン設定
    sm_config_set_set_pins(&c, pin, 1);
    pio_gpio_init(pio, pin);
    pio_sm_set_consecutive_pindirs(pio, sm, pin, 1, true);

    // init
    pio_sm_init(pio, sm, offset, &c);
}
%}

main.c

#include "pico/stdlib.h"
#include "hardware/clocks.h"
#include "hardware/pio.h"
#include "toggle_125ns_200m.pio.h"

int main() {
    stdio_init_all();

    // 200MHz
    set_sys_clock_khz(200000, true);

    PIO pio = pio0;
    uint sm = 0;
    uint offset = pio_add_program(pio, &toggle_125ns_200m_program);

    toggle_125ns_200m_program_init(pio, sm, offset, 0);

    pio_sm_set_enabled(pio, sm, true);

    while (1) tight_loop_contents();
}

書き込むとパルスが出る。

参考サイト