RP2040(RaspberryPi Pico)に萌えたい。例題PIOその１

2021年3月7日 2021年3月7日

pengin

前回で開発環境が構築できましたので、早速例題を実行してみたいと思います。
Picoの一番の見所はPIO（プログラマブルI/O）と思いますので、まずはPIOを学習したいと思います。

PIOの例題は、いろいろありますが、まずはじめは「hello_pio」から行きたいと思います。
「hello_pio」は基板上のLEDを0.5秒ごとに点滅させるプログラムですが、0.5秒の時間稼ぎはメインCPUが担当して、[1]or[0]の書き込みだけをpioが担当しています。

例題のサンプルプログラムはpicoフォルダーの直下のpico-examplesフォルダーの中に収められています。
フォルダー構造は次のようになっています。(hello_pioの例です）

pico-examples
　｜-pio
　｜　｜−hello_pio　＞＞　ソースプログラム　hello.c　など
　｜
　｜−build
　　　｜−pio
　　　　　｜−hello_pio　＞＞　ここでmakeを実行すると、実行ファイルが
　　　　　　　　　　　　　　　生成される

まず、編集するためのエディタを立ち上げます。同じ名前で保存するので、上書き保存ができればなんでもOKです。
ソースファイルは、
~/pico/pico-examples/pio/hello_pio/hello.c
ですが、原本を修正するので、念の為、原本のバックアップを取っておきます。
ここでは　hello.c.orgとしました。
$ cp ~/pico/pico-examples/pio/hello_pio/hello.c ~/pico/pico-examples/pio/hello_pio/hello.c.org

OpenOCD（SWD経由）で書き込みデバックするので、OpenOCD用picoをターゲット用picoに接続し、RaspberryPiにUSBで接続しておきます。
端末を1つ開き、OpenOCDを起動します。

$ cd ${PICO_SDK_PATH}/../openocd
$ src/openocd -f interface/picoprobe.cfg -f target/rp2040.cfg -s tcl

「Info : Listening on port 3333 for gdb connections」が最後に表示されたら端末を最小化しておきます。

また、端末を1つ開きます。コンパイルするために「make」を実行します。
ソースを編集するごとに「make]を実行するので、端末は開いたままにし、エディタで上書き保存したら、makeします。

$ cd ${PICO_SDK_PATH}/../pico-examples
$ cd build/pio/hello_pio
$ make

makeしたら、実行ファイルが生成されているのでgdbで書き込み実行します。
ソースを編集することに実行ファイルを読み込むので、gdbは終了せず、端末は開いたままにします。

$ cd ${PICO_SDK_PATH}/../pico-examples
$ cd build/pio/hello_pio
$ gdb-multiarch hello_pio.elf

gdbで最初にOpenOCDに接続します。

(gdb) target remote localhost:3333

実行ファイルを読み込みます。

(gdb) load

picoをリセットし、実行します。

(gdb) monitor reset init
(gdb) c

実行を停止します。
Ctrlキーを押しながらｃキーを押します。

終了するには、detachしたのち、quitします。

(gdb) detach
(gdb) quit

プログラムの確認は次のようになります。
　１、ソースプログラムを編集、上書き保存
　２、makeを実行し、実行ファイルを作成
　３、GDBで、loadで実行ファイル読み込み、monitor reset initでリセット、
　　　ｃで実機プログラム実行、Ctrl＋ｃで停止、GDBコマンドでいろいろ確認
　４、納得のいくまで、１から繰り返し！

hell.cでわかったこと

１、PIO pio = pio0;　　pioは２グループあるので、pio0及びpio1が指定可能
　　　　　　　　　　一つのpioには４つのステートマシーン(sm)がある。

２、hello_program_init(pio, sm, offset, 22);
　　最後の引数は、GPIOの指定なので、GP番号を指定すると、出力端子を変
　　えることができる。上の例では、GP22(29pin）に下記のようにLEDを接
　　続することで点滅することができる。
　　　GP22(29pin)−抵抗１KΩ−（アノード）LED（カソード）−GND
３、sleep_ms(500);
　　点滅周期を変えられる。単位はｍS、上記は500ms
４、pio_sm_put_blocking(pio, sm, 1);
　　pio_sm_put_blocking(pio, sm, 0);
　　指定のpioの指定のステートマシーン（sm）のFIFOに「１」or「０」を
　　送る。

いっぽう、hello.pio（pioアセンブラ）では、
loop:
　pull
　out pins, 1
　jmp loop

となっており、pio_sm_put_blockingからおくられたデータはFIFO（Tx)に保存されているので、pull命令で、FIFO(Tx)からOUTシフトレジスタに転送される。
out pins, 1でOUＴシフトレジスタの1bitだけをGPIOピンに出力する。
その繰り返しで、システムクロックでFIFOから1bitだけGPIOへ出力する。

このhello.cとhello.pioでは、まだPIOの真価が発揮されていませんね。
pio_blinkでは、pioで時間稼ぎしているので、メインCPUは、時間稼ぎのプログラムを呼ぶ必要がなくなり、CPUの使用効率が上がります。
次回は、pio_blinkを見てみたいと思います。

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