技術コラム（第24回）Raspberry Pi PicoのPythonを使う

前回の記事で、Raspberry Piについてご紹介しました。

• Raspberry Piについて 技術コラム | 組込開発.com

今回はその一種である、Raspberry Pi Picoについてご紹介いたします。

Raspberry Pi Picoについて 

Raspberry Pi Pico(以下Pico)は550円程度で買える、Raspberry Pi財団自身が販売しているお手頃な開発ボードです。Raspberry Pi 財団が開発した独自プロセッサRP2040を搭載しています。以下、その特徴を示します。

• ARM Cortex-M0+をコアにもち、最大133MHzで動作する、デュアルコア
• リアルタイム信号処理を可能とするプログラマブルI/O
• 1クロックサイクルで処理可能なSIO(GPIO) 

また、以下のような応用可能性を持っています。

• 音声処理やグラフィックスレンダリング
• ハードウェア整数除算器、ROM内蔵の高速浮動小数演算ライブラリにより高速計算

このように、小さいサイズながら非常に強力な開発ボードとなっています。
Pico自体のスペックは以下のようになります。

組込開発.comでは新しい開発ボードを購入し、日々自己学習を行いながら技術の研鑽しています。

次に公式でサポートされている開発環境について説明します。

開発環境について

Picoの公式開発言語については、以下があります。

	C/C++	MicroPython
主な目的	高性能/汎用アプリケーション	プロトタイピング，IoT
ツールチェーン	GNU Arm Embedded Toolchain	不要
コンパイラ	GCC(C/C++)，pioasm(PIO)※	非サポート
デバッガ	SWD経由GDB+OpenOCD	非サポート
実行形態	コンパイラによるネイティブコード実行	インタプリタによる逐次実行
特徴	Pico/RP2040の全機能に対応し、レジスタ操作による細かい制御可能。	レジスタ操作などのプリミティブな操作は処理系で隠蔽。ラピッドプロトタイピングが可能。

※pioasm(PIO) ：RP2040のプログラマブルI/O命令をC言語のプログラムに変換するアセンブラ

C/C++では開発期間が長くなりますが、Picoの性能を引き出す事が出来ます。逆に開発工程が短くなるMicroPythonは試作品開発に向いています。スポットでC/C++で開発して性能を引き出しながら、他はMicroPythonでスピード開発という事も可能です。

今回は、上記MicroPythonについて開発環境を整えるまでを解説したいと思います。

MicroPython開発環境の構築 

1．C/C++プログラミングモードをMicroPythonプログラミングモードに変更する

購入直後のPicoはC/C++プログラミングモードとなっています。これをMicroPythonプログラミングモードへと変える必要があります。そのため、ファームウェアをインストールし直します。ファームウェアをインストールし直すには、専用装置/ソフトが必要に思われるかもしれませんが、GUIで行う事が可能です。

1. MicroPythonのファームウェアをダウンロード
   以下の公式サイトから、最新のMicroPythonファームウェアをPC上にダウンロードします。
   MicroPython – Python for microcontrollers
   ※ 執筆時点(2021/9/20)での安定版最新は”rp2-pico-20210902-v1.17.uf2”になります。
2. ファームウェア書き込みモードでPCに接続
   Picoボード上の[BOOTSEL]ボタンを押しながら(赤い四角で囲んだボタン)PicoとPCをUSBで接続して[BOOTSEL]ボタンを離すと、ファームウェア書き込みモードでブートします。すると、PicoはRPI-RP2という名称の外付けドライブとしてPCから見えるようになります。
   
3. ファームウェアをPicoに書き込む
   ダウンロードしたMicroPythonのファームウェアをRPI-RP2にコピーします。コピーはドラッグ&ドロップでOKです。
4. MicroPythonが起動する事を確認
   ファームウェアの書き込みが終了すると、自動でPicoが再起動し、MicroPythonを起動します。同時にPCからドライブがアンマウントされ、ドライブとして認識されなくなります。

以上、4つの手順を行うだけでファームウェアがインストールし直され、C/C++プログラミングモードからMicroPythonプログラミングモードに変更する事ができます。

2．開発環境Thonnyを導入する

PCのシリアル端末からMicroPythonのプログラミングが可能ですが、GUIによる開発環境も存在します。今回はGUI開発環境であるThonnyを導入します。ThonnyはMicroPythonの他、その派生言語であるCircuitPython、PCなどで一般的なCPythonに対応しています。対応OSもWindows/macOS/Linux(Raspberry Pi OS含む)となっています。

1. Thonnyのダウンロード
   以下の公式サイトから、対応OSのThonnyをPC上にダウンロードします。
   Thonny, Python IDE for beginners
2. インストール
   インストールウィザードに沿ってインストールを行います。
3. Thonnyの起動
   初期設定として、以下のような画面が開きます。下記のように選択して[Let’s go!]をクリックしましょう。
   
4. 初期設定
   • メニューバーの表示(※表示されている場合はスキップ)
     
     上記画面のように、メニューバーが表示されていない場合、右上の青字
     　[Switch to regular mode]
     を押した後、Thonnyを再起動してください。再起動後、表示されます。 
   • メニューの日本語化(※「3.Thonnyの起動」で[日本語[ALPHA]]を設定した場合はスキップ)
     メニューバーより [Tool] → [Option] でオプション設定画面を開きます。 
     [Language]項目で[日本語[ALPHA]]を選びます。 
     Thonnyを再起動すると、日本語になります。
   • PCとPico両方のファイルを見えるようにする
     メニューバーより [表示] → [ファイル]にチェックを入れます。 
     次に[ツール] → [Option] → [インタプリタ]タブをクリックします。 
     コンボボックスより[MicroPython(Raspberry Pi Pico)]を選択します。 
     これにより、PC内とPico内の両方のファイルが画面左側に表示されるようになります。 
     ※ Pico未接続時は以下のように表示されます。
     
     
     ※ Pico接続時は以下のように表示されます。
     （ファイルが二つに別れ、ShellにMicroPythonコンソールが表示されている）
     
     

３．PicoをLチカさせる 

PicoのオンボードLEDを用いて、MicroPythonの最低限の構文規則について理解し、Lチカを行おうと思います。

1. Lチカ用のソースコードをThonnyで作成する
   以下プログラムリストをThonnyで作成します。
   from machina import Pin
import utime
# PicoではGPIO25にLEDが接続されている
led = Pin(25, Pin.OUT)
while True:
    # LEDの状態を反転(点滅)
    led.toggle()
    # 200ms waitする
    utime.sleep_ms(200)
2. main.py と名前をつけて、Pico に保存する
   保存ボタンを押すと、保存場所をPCかPicoを選択するダイアログが表示されます。”Raspberry Pi Pico”ボタンをクリックする事でPico側に保存出来ます。 
   ※ main.py以外の名前では動作しないので、ご注意ください。
3.  実行する
   実行ボタン(赤枠のボタン)を押す事でLチカが始まります。停止ボタン(青枠のボタン)を押す事でプログラムが停止し、Lチカが止まります。
   

「1.Lチカ用のソースコードをThonnyで作成する」で作成した、プログラムリストを変えて、Lチカの点滅速度等を変えてみてください。また、電源を挿せばそのままスタンドアロンで動作させる事が可能です。

終わりに 

組込開発.comでは、これら最新デバイスを含め、色々な開発実績を持っています。これまでの開発実績は以下リンクよりご確認ください。 

• マンパワーグループの開発実績紹介 | 組込開発.com