在Windows下使用C语言开始Raspberry Pi Pico开发

• 什么是Raspberry Pi Pico：
  • 准备工作：
• 下载固件和体验MicroPython：
• 搭建Ｃ／Ｃ＋＋编译环境：
  • 安装工具链：
  • 获取SDK和样例：
  • 自建工程：
• 结语：
• 参考：

什么是Raspberry Pi Pico：

最近，树莓派基金会推出了一款开发板，名为Raspberry Pi Pico。这是一块小巧快速用途广泛的最小系统开发板，它使用的是树莓派基金会自研的RP2040微控制器。树莓派官网标价为4$，国内购买价格大约30元人民币（不含邮费）。

RP2040微控制器有以下特性：两个ARM Cortex-M0+内核最高频率133MHz、 264KB的内部RAM、DMA控制器，支持挂最高达16MB的片外Flash。它有30个GPIO，4个可以作为模拟输入。外设包含2个UART、2个SPI、2个I2C、16个PWM通道以及一个USB1.1控制器。

Raspberry Pi Pico开发板支持通过C/C++或MicroPython语言进行开发，树莓派基金会官方提供了大量、详细的资料。它有一枚2MByte的SPI Flash用于存储固件，一枚RT6150B作为电源管理，一个Micro-USB接口用于供电和传输数据（包含下载固件）。板子采用40 pin 21x51 'DIP'设计，焊接排针后可以方便的使用在面包板上，同时邮票孔设计可以方便将 Pico 作为核心板贴装到其他电路板上。方便DIY爱好者实验用途的同时也兼顾了商业批量用途时的贴片安装。板子上共有26个3.3V GPIO，其中23个是纯数字IO，3个可以作为ADC使用。另外板子上有一个3Pin的ARM SWD接口用于调试，一个BOOTSEL按钮用于进入固件下载模式。它还有一个板载的LED指示灯连接在GPIO25上。

准备工作：

学习本文内容需要做如下准备：

• Raspberry Pi Pico开发板和MicroUSB数据线，方便下载程序验证。
• 运行Windows10的电脑，其他Win系统笔者无力测试，本文不适用Linux系统。
• 足够的存储空间，建议至少8GB，因为C的工具链中某些工具或库会很大。

警告：以下的某些操作可能对您电脑中现有的某些工具链产生影响，如果您的电脑中有其他重要生产环境，谨慎考虑是否实践本文内容。如果您对此了解，相信您也能够解决遇到的问题。本人不会也没有技术对任何结果负责。

下载固件和体验MicroPython：

新接触到一款MCU或开发板，首先需要研究的就是如何搭建编译环境以及如何下载固件。大多我们需要先搭环境写出点灯程序，然后再进行固件下载。考虑此开发板支持MicroPython，且官方提供了已经编译好的MicroPython固件，在搭建开发环境前，我们可以先体验一番固件下载方式，顺便试一下MicroPython是如何点灯的。我们可以直接在官方如何开始页面，点击Getting Started with MicroPython。然后在网页上点击Download UF2 File下载文件。

文件下载完成后，按住BOOTSEL键，插入连接电脑的USB后松开BOOTSEL键，电脑上会显示一个名为RPI-RP2的大容量存储设备。将MicroPython UF2文件拖放到RPI-RP2卷上。Pico将重新启动，然后就可以使用串口工具连接MicroPython了。

我们可以在设备管理器里看到开发板串口的端口号，然后我们使用串口工具连接端口，波特率为9600。连接后可以按Ctrl+D软重启，此时应该可以看到相关提示信息。如下：

MPY: soft reboot
MicroPython v1.14 on 2021-02-05; Raspberry Pi Pico with RP2040
Type "help()" for more information.
>>>

官方推荐了Thonny，可以点击其官网右上角超链接下载最新版本。安装后点击工具》设置，在解释器选项卡下设置解释器为Pico，并正确设置端口号。即可在下面的Shell窗口中看到提示信息。

逐行输入以下代码(>>>忽略)可以点亮板上LED：

>>> from machine import Pin
>>> led = Pin(25, Pin.OUT)
>>> led.value(1)

如果硬件正常，操作没有问题，此时板载LED已经点亮。我们便学会了如何下载固件和使用MicroPython点亮LED灯。如果想继续学习MicroPython，可参阅官方文档。

搭建Ｃ／Ｃ＋＋编译环境：

安装工具链：

搭建编译环境的环节是必不可少的。我们首先按照文档说明安装工具链（Toolchain）。

我们需要安装的工具有：

1. ARM GCC compiler(Windows 系统下载gcc-arm-none-eabi-XX-20XX-XX-major-win32.exe)
2. CMake
3. Build Tools for Visual Studio 2019(从下方的所有下载处展开VS2019工具，选择下载生成工具)
4. Python 3(需要下载Python3，而不是Python2)
5. Git

注意：

1. ARM GCC compiler安装过程的最后一步，需要勾选Add path to environment variable，然后再点Finish完成安装；CMake安装过程中，InstallOptions页面要选择Add Cmake to the system PATH for all users。如果以上两个环境变量相关设置不正确，则会导致编译过程相关命令无法调用而失败。
2. 通过VS2019生成工具下载器安装生成工具的时候，只需要在工作负载中勾选安装C++ 生成工具即可，其他不需要选择。右侧的可选功能会自动帮你选好，不要取消勾选 。也不要对存储空间占用有怀疑，这套工具确实非常大。
3. 安装Python时需要选择Customize installation，然后在Advance Options页勾选Install for all users、Add Python to environment variables，并设置安装路径，最后点击Install开始安装，安装完成后还需要点击Disable path length limit以允许忽略MAX_PATH限制。
4. 安装Git时，树莓派基金会官方文档做了如下要求（建议）：需要换掉默认的vim编辑器，比如我换成了notepad++（因为使用vim需要极强的专业性，Git本身也建议换掉，但感觉是非必须项）；后面的设置需要勾选third-party tools，勾选Checkout as is, commit as-is，还需要勾选Enable experimental support for pseudo consoles。

获取SDK和样例：

参考以下代码使用Git获取SDK和样例，具体使用的文件目录按情况自行配置：

C:\Users\pico\Downloads> git clone -b master https://github.com/raspberrypi/pico-sdk.git
C:\Users\pico\Downloads> cd pico-sdk
C:\Users\pico\Downloads\pico-sdk> git submodule update --init
C:\Users\pico\Downloads\pico-sdk> cd ..
C:\Users\pico\Downloads> git clone -b master https://github.com/raspberrypi/pico-examples.git

在开始菜单中搜索（我习惯搜索Dev），找到Developer Command Prompt for VS 2019并启动它，然后在里面运行以下命令设置SDK路径（引号中的具体路径按实际情况填写）：

C:\Users\pico\Downloads> setx PICO_SDK_PATH "..\..\pico-sdk"

关闭当前的窗口，重新打开Developer Command Prompt for VS 2019，这样环境变量应该就生效了。

导航到pico-examples目录下，通过以下命令尝试编译样例项目，以验证编译工具链是否正确配置：

C:\Users\pico\Downloads> cd pico-examples
C:\Users\pico\Downloads\pico-examples> mkdir build
C:\Users\pico\Downloads\pico-examples> cd build
C:\Users\pico\Downloads\pico-examples\build> cmake -G "NMake Makefiles" ..
C:\Users\pico\Downloads\pico-examples\build> nmake

如果没有错误，能够正常完成编译，能够在pico-examples\build下看到uf2文件，并且按照前文的方式将固件下载到Pico中后LED按照1s周期闪烁。即表示编译工具链可正常工作。

注意：以上必须使用Developer Command Prompt for VS 2019而不是系统自带的命令提示符，因为使用此工具会自带相关环境变量，而系统的命令提示符没有，使用系统的命令提示符执行操作无法成功编译。

自建工程：

确认编译工具链正常后，我们便可以开始尝试写一个自己的工程了，这在SDK的RADEME.md文件中有介绍。文档中的介绍是基于Linux系统的，但没关系，工程的目录结构是通用的，我们可以参考。以下我们参考文档建一个闪灯程序。

1. 在合适的地方新建一个文件夹，以工程名字命名，名字建议避免使用中文和特殊符号。此处我命名为：Blinks。在文件夹内再建一个名为build的文件夹，用于存储编译后的文件。

2. 将pico-sdk中external文件夹下的pico_sdk_import.cmake复制到工程文件夹下（即Blinks下）。

3. 在Blinks文件夹下建立名为blinks.c的源代码文件,在此文件中编写程序源代码。比如闪灯程序源代码如下：

    #include "pico/stdlib.h"
   
    const uint LED_PIN = 25;
   
    int main() {
        gpio_init(LED_PIN);
        gpio_set_dir(LED_PIN, GPIO_OUT);
        while (true) {
            gpio_put(LED_PIN, 1);
            sleep_ms(100);
            gpio_put(LED_PIN, 0);
            sleep_ms(100);
        }
    }

4. 在工程文件夹下创建CMakeLists.txt文件，内容参考如下。以#开始的行是注释，用于解释，编写代码时请勿直接抄写，建议使用英文注释。

   cmake_minimum_required(VERSION 3.12)
   
   # 引入SDK (必须写在下面的project行前)
   include(pico_sdk_import.cmake)
   
   # 工程名，比如Blinks
   project(Blinks)
   
   # 初始化SDK
   pico_sdk_init()
   
   #添加项目的源文件，比如此处我们添加的blinks.c源文件
   add_executable(blinks
           blinks.c
           )
   
   # 引入pico_stdlib库
   target_link_libraries(blinks pico_stdlib)
   
   # 创建map/bin/hex 等文件.
   pico_add_extra_outputs(blinks)

5. 打开Developer Command Prompt for VS 2019，通过以下命令编译项目。

   C:\Users\pico\Downloads> cd Blinks
   C:\Users\pico\Downloads\Blinks> cd build
   C:\Users\pico\Downloads\Blinks\build> cmake -G "NMake Makefiles" ..
   C:\Users\pico\Downloads\Blinks\build> nmake

6. 如果一切正常，我们便可以在build文件夹下得到项目编译产生的文件，其中的uf2文件可以按前文方法下载到Pico开发板中验证，看运行结果是否与代码设计一致。

结语：

至此，我们便学会了Raspberry Pi Pico开发板点灯，后面具体可参考树莓派基金会官方提供的相关文档学习。祝大家学习顺利。

参考：

1. 官方产品页：https://www.raspberrypi.org/products/raspberry-pi-pico/
2. Getting-started：https://www.raspberrypi.org/documentation/pico/getting-started/
3. Pico-SDK代码：https://github.com/raspberrypi/pico-sdk
4. Pico-example代码：https://github.com/raspberrypi/pico-examples