Набір для розробки програмного забезпечення RASPBERRY PI

У статті наведена коротка інформація про склад бібліо­тек Raspberry Pi Pico, призначених для використання як у невбудованих, так і в вбудованих системах Інтернету речей.

В. Макаренко

Огляд Raspberry Pi Pico SDK

Набір для розробки програмного забезпечення Raspberry Pi Pico SDK (Software Development Kit), на­далі SDK, надає заголовки, бібліотеки та систему збірки, необхідні для написання програм для мікро- контролерних пристроїв серії RP, таких як Raspberry Pi Pico, на C, C++ або мові асемблера. Пакет SDK створено для надання API (інтерфейсу прикладного програмування) та середовища програмування, яке знайоме як розробникам невбудованих, так і роз­робникам вбудованих систем.

Основні можливості SDK

Одна програма одночасно виконується на при­строї за допомогою звичайного методу main(). Стандартні бібліотеки C/C++ підтримуються разом із API для доступу до апаратного забезпечення мік- роконтролера, включаючи DMA, IRQ, а також різно­манітних периферійних пристроїв з фіксованими функціями та PIO (програмований ввід-вивід).

Бібліотеки високого рівня

Крім того, SDK надає бібліотеки вищого рівня для роботи з таймерами, USB, синхронізацією та багатоядерним програмуванням, а також додаткову функціональність високого рівня, побудовану за до­помогою PIO, наприклад аудіо. SDK можна викори­стовувати для створення чого завгодно: від простих додатків або повноцінних середовищ виконання, та­ких як MicroPython, до низькорівневого програмного забезпечення, такого як сам завантажувач мікро- контролера на чіпі.

Система збірки CMake

SDK використовує CMake для керування збір­кою. CMake широко підтримується IDE (інтегрованим середовищем розробки) і дозволяє просто вказати збірку (через файли CMakeLists.txt), з яких CMake може створити систему збірки (для ви­користання make, ninja або іншими інструментами збірки), налаштовану для платформи та будь-яких змінних конфігурації, які вибере розробник.

Переваги CMake

Крім того, що CMake є широко використовува­ною системою збирання для розробки на C/C++, CMake є фундаментальною для структури SDK, а та­кож для конфігурації та створення програм.

SDK створює виконуваний файл, який включає весь код, необхідний для роботи на пристрої (окрім конкретного пристрою з плаваючою комою та іншо­го оптимізованого коду, що міститься в bootrom мік- роконтролера).

Структура SDK

Розглянемо документацію до SDK для різних за­стосувань. Структура SDK наведена на рис. 1.

Рис. 1. Структура Pico C SDK 

Апаратні API-інтерфейси (Hardware APIs)

Ця група бібліотек забезпечує тонкий та ефек­тивний інтерфейс прикладного програмування C (API) / абстракції для доступу до апаратного забез­печення мікроконтролерів серії RP без необхідності прямого читання та запису апаратних регістрів. В табл. 1 наведено склад бібліотек API для доступу до апаратного забезпечення мікроконтролерів

API високого рівня 

Ця група бібліотек забезпечує функціональність вищого рівня, не пов’язану з апаратним забезпечен­ням, або надає більш багатий набір функціональних можливостей, що виходять за рамки базових апа­ратних інтерфейсів.

Таблиця 1. Склад бібліотек API для доступу до апаратного забезпечення мікроконтролерів

В табл. 2 наведено склад бібліотек API високого рівня.

Таблиця 2. Склад бібліотек API високого рівня

Сторонні бібліотеки (Third-party Libraries)

Сторонні бібліотеки для реалізації високорівневої функціональності. Склад сторонніх бібліотек наведено в табл. 3.

Таблиця 3. Склад сторонніх бібліотек

Мережеві бібліотеки (Networking Libraries)

Функції для реалізації мережевої взаємодії наведені в табл. 4.

Таблиця 4. Склад мережевих бібліотек

Інфраструктура часу виконання (Runtime Infrastructure) 

Бібліотеки, які використовуються для забезпечення ефективної реалізації певних функцій на рівні мови та бібліотеки C, а також бібліотеки інтерфейсу CMake, що абстрагують етапи компіляції та посилання в SDK. Склад бібліотек інфраструктури часу наведено в табл. 5.

Зовнішні заголовки API (External API Headers)

Заголовки для інтерфейсів, які спільно використовуються з кодом за межами SDK. Склад бібліотек заголов­ків для інтерфейсів, які спільно використовуються з кодом за межами SDK наведено в табл. 6.

Таблиця 5. Склад бібліотек інфраструктури часу

Таблиця 6. Склад бібліотек заголовків для інтерфейсів, які спільно використовуються з кодом за межами SDK

Розглянемо склад однієї з апаратних бібліотек API.

АЦП – Analog to Digital Converter (ADC)

Мікроконтролери серії RP мають внутрішній ана­лого-цифровий перетворювач послідовних набли­жень (АЦП) з такими функціями:

• частота дискретизації 500 кГц (з використан­ням незалежного годинника 48 МГц)
• ефективне число бітів (ENOB) у 12 біт АЦП

RP2040 8.7, у RP2350 – 9.2

• 5 мультиплексованих входів у RP2040:
• 4 входи, які доступні на виводах спільних з GPIO
• 1 вхід призначений для внутрішнього датчика температури
• 4 елемент отримує вибірку FIFO
• мультиплексор RP2350 з 5 або 9 входами:
• 4 входи доступні на виводах у корпусі QFN- 60, які спільно використовуються з GPIO
• 8 входів, доступних на виводах у корпусі QFN- 80, спільних з GPIO
• 8 елемент отримує вибірку FIFO
• генерація переривань
• інтерфейс

Хоча існує лише один АЦП, ви можете вказати вхідні дані для нього за допомогою функції adc_se- lect_input(). У циклічному режимі (adc_set_round_ro- bin()) АЦП використовуватиме цей вхід і переходить до наступного після читання.

RP2040, RP2350 у корпусі QFN-60:

• входи АЦП користувача 0-3 знаходяться на GPIO 26-29
• датчик температури знаходиться на вході

RP2350 у корпусі QFN-80:

• входи АЦП користувача 0-7 знаходяться на GPIO 40-47
• датчик температури знаходиться на вході

Значення датчика температури можна приблиз­но виразити в градусах Цельсія як:

T = 27 – (ADC_Voltage – 0,706)/0,001721.

На рис. 2 наведено приклад коду для роботи з АЦП. При роботі з джерелом можна отримати приклад у вигляді тексту. Для цього потрібно натис­нути на стрілочку у правому верхньому куті прикладу (рис. 3).

Рис. 3. Натиснувши на стрілочку, отримаємо приклад у вигляді тексту

Рис. 2. Приклад коду для роботи з АЦП

Фрагмент отриманого тектсу наведений нижче.

#include <stdio.h>

#include “pico/stdlib.h”

#include “hardware/gpio.h”

#include “hardware/adc.h”

int main() {

stdio_init_all();

printf(“ADC Example, measuring GPIO26\n”);

adc_init();

Функції АЦП

void adc_init (void)

Ініціалізуємо апаратне забезпечення АЦП.

static void adc_gpio_init (uint gpio)

Ініціалізуємо gpio для використання в якості ви­воду АЦП.

static void adc_select_input (введення користувачем)

Вибір вхідного каналу АЦП.

static uint adc_get_selected_input (void)

Повертає поточний вибраний канал введення АЦП.

static void adc_set_round_robin (uint input_mask)

Перемикач циклічної вибірки.

static void adc_set_temp_sensor_enabled (bool en­able)

Вмикаємо вбудований датчик температури.

static uint16_t adc_read (void)

Виконуємо одноразове перетворення.

static void adc_run (bool run)

Вмикаємо або вимикаємо режим дискретизації в автономному режимі.

static void adc_set_clkdiv (float clkdiv)

Встановлюємо дільник тактової частоти АЦП.

static void adc_fifo_setup (bool en, bool dreq_en, uint16_t dreq_thresh, bool err_in_fifo, bool byte_shift)

Налаштовуємо FIFO АЦП.

static bool adc_fifo_is_empty (void) Перевіряємо чи стан FIFO порожній.

static uint8_t adc_fifo_get_level (void) Отримуємо кількість записів в FIFO АЦП.

static uint16_t adc_fifo_get (void)

Отримуємо результат перевірки АЦП з FIFO.

static uint16_t adc_fifo_get_blocking (void) Очікуємо появу даних в АЦП FIFO.

static void adc_fifo_drain (void)

Розрядіть FIFO АЦП.

static void adc_irq_set_enabled (bool enabled) Вмикаємо / вимикаємо переривання АЦП.

Приклади використання Raspberry Pi наведені за посиланням. У прикладах наведено детальний опис