はじめに

Raspberry Pi Picoのファームウェアを開発する際の有力な選択肢として、PlatformIOでArduino-Picoを使用する方法が挙げられます。

Arduino-PicoをPlatformIO公式のRaspberry Pi Pico対応と合流させるPRは物別れに終わったようですが、依然、手軽かつ多機能な開発環境であることに変わりはありません。

Raspberry Pi Picoに搭載されているRP2040は、PIOという特徴的な機能を備えています。ここでは活用方法は紹介しませんが、大まかに言うと*.pioのアセンブリ言語を記述し、pico-sdkに付属するpioasmで*.pio.hを生成して利用します。pico-sdkではCMake用の関数を提供していますが、PlatformIOでもビルド時に自動でPIOのアセンブリを行ってほしいものです。

Arduino-Picoはpico-sdkを丸ごと含んでおり、toos/pioasm以下にpioasmのソースも含まれています。Windowsでこれらをビルドし、PlatformIOから利用する手順を紹介します。

MSYS2のセットアップ

pioasmには厄介な依存関係はありません。CMakeとお好みのコンパイラがあればビルドには苦労しませんが、特に用意していない場合はMSYS2を導入するのが最も手軽です。

C:\直下にインストールすることを嫌うなら、自己解凍形式でダウンロードして環境一式を一つのフォルダに収めることもできます。私の好みはこちらです。

> Invoke-WebRequest -Uri https://github.com/msys2/msys2-installer/releases/download/2023-10-26/msys2-base-x86_64-20231026.sfx.exe -OutFile msys2-base-x86_64-20231026.sfx.exe
> .\msys2-base-x86_64-20231026.sfx.exe -y "-o$PWD\"
> cd .\msys64\
> .\msys2_shell.cmd -defterm -here -no-start -ucrt64

以降はMSYS2 UCRT64シェル上で作業します。まずはCMakeとMake、GCC等をインストールします。

$ pacman -Suy # コアシステムの更新が行われた場合はMSYS2シェルが終了するので、再度起動してもう一度`pacman -Suy`を実行する
$ pacman -S mingw-w64-ucrt-x86_64-toolchain mingw-w64-ucrt-x86_64-cmake

前者は多くのパッケージを含んでおり明らかに過剰ですが、ディスク容量が切羽詰まっていなければデフォルト=allのままで問題ないでしょう。Makeの実行ファイル名がmingw32-make.exeであることに注意してください。

$ which cmake && which mingw32-make.exe && which gcc
/ucrt64/bin/cmake
/ucrt64/bin/mingw32-make.exe
/ucrt64/bin/gcc

pioasmのビルド

PlatformIOでArduino-Picoを使用したことがあるなら、$USERPROFILE/.platformio/packages/framework-arduinopico/pico-sdk/tools/pioasmにソースコード一式がダウンロードされています。

ビルド手順自体は通常通りですが、MSYS2を削除しても動くように、CMakeLists.txtに静的リンクの設定を加えています。

$ cd $USERPROFILE/.platformio/packages/framework-arduinopico/pico-sdk/tools/pioasm

$ cp CMakeLists.txt _CMakeLists.txt
$ echo 'set(CMAKE_FIND_LIBRARY_SUFFIXES ".a")' >> CMakeLists.txt
$ echo 'set(BUILD_SHARED_LIBS OFF)' >> CMakeLists.txt
$ echo 'set(CMAKE_EXE_LINKER_FLAGS "-static-libgcc -static-libstdc++ -static")' >> CMakeLists.txt

$ cmake -S . -B build -G "MinGW Makefiles"
CMake Deprecation Warning at CMakeLists.txt:1 (cmake_minimum_required):
  Compatibility with CMake < 3.5 will be removed from a future version of
  CMake.

  Update the VERSION argument <min> value or use a ...<max> suffix to tell
  CMake that the project does not need compatibility with older versions.


-- The CXX compiler identification is GNU 13.2.0
-- Detecting CXX compiler ABI info
-- Detecting CXX compiler ABI info - done
-- Check for working CXX compiler: C:/Users/mukai/msys64/ucrt64/bin/c++.exe - skipped
-- Detecting CXX compile features
-- Detecting CXX compile features - done
-- Configuring done (4.1s)
-- Generating done (0.0s)
-- Build files have been written to: C:/Users/mukai/.platformio/packages/framework-arduinopico/pico-sdk/tools/pioasm/build

$ cd build
$ mingw32-make all
[ 10%] Building CXX object CMakeFiles/pioasm.dir/main.cpp.obj
[ 20%] Building CXX object CMakeFiles/pioasm.dir/pio_assembler.cpp.obj
[ 30%] Building CXX object CMakeFiles/pioasm.dir/pio_disassembler.cpp.obj
[ 40%] Building CXX object CMakeFiles/pioasm.dir/gen/lexer.cpp.obj
[ 50%] Building CXX object CMakeFiles/pioasm.dir/gen/parser.cpp.obj
[ 60%] Building CXX object CMakeFiles/pioasm.dir/c_sdk_output.cpp.obj
[ 70%] Building CXX object CMakeFiles/pioasm.dir/python_output.cpp.obj
[ 80%] Building CXX object CMakeFiles/pioasm.dir/hex_output.cpp.obj
[ 90%] Building CXX object CMakeFiles/pioasm.dir/ada_output.cpp.obj
[100%] Linking CXX executable pioasm.exe
[100%] Built target pioasm

$ ./pioasm.exe -?
usage: pioasm <options> <input> (<output>)

Assemble file of PIO program(s) for use in applications.
   <input>             the input filename
   <output>            the output filename (or filename prefix if the output format produces multiple outputs).
                       if not specified, a single output will be written to stdout

options:
  -o <output_format>   select output_format (default 'c-sdk'); available options are:
                           ada
                               Ada specification
                           hex
                               Raw hex output (only valid for single program inputs)
                           python
                               Python file suitable for use with MicroPython
                           c-sdk
                               C header suitable for use with the Raspberry Pi Pico SDK
  -p <output_param>    add a parameter to be passed to the output format generator
  -?, --help           print this help and exit

PlatformIOのカスタムスクリプトを用意する

PlatformIOでは、ビルドの前後にPython（SCons）スクリプトを実行できるようになっています。

このスクリプト内ではインストール済みのPlatformIOパッケージのパスを取得する方法が提供されているため、framework-arduinopicoからたどって先ほどビルドしたpioasmを利用します。

platformio.ini

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

scripts/pioasm.py

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


Import("env")

PIO_FILES = glob.glob(os.path.join(env["PROJECT_SRC_DIR"], "*.pio"), recursive=True)
if len(PIO_FILES) != 0:
    PIOASM_EXECUTABLE = (
        pathlib.Path(env.PioPlatform().get_package_dir("framework-arduinopico"))
        .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"')
    else:
        warnings.warn(f'pioasm executable not found in "{PIOASM_EXECUTABLE}"', Warning)

ファームウェアをビルドすると、src以下の*.pioが処理され、対応する*.pio.hが生成されるようになります。

参考