树莓派 Pico C SDK 入门 — 环境搭建

树莓派 Pico C SDK 入门 — 环境搭建

为什么会有这个教程？

网上已经有很多关于树莓派的使用教程，但是大部分都是使用 Python 进行教学。如果你只是想玩玩树莓派，那么使用 Python （下文通指 MicroPython) 可以快速实现你想要的效果，你也无须考虑代码编译细节和代码性能。但是如果你想通过树莓派入门学习嵌入式，那么使用 C/C++ SDK 会更合适，因为在实际的商业项目中，大部分项目都是使用 C/C++ 开发，通过使用 C SDK 我们也可以学习到 CMake 编译配置、更底层的接口实现细节。

网络上大部分课程使用 Windows 开发环境，而我平时开发都是使用 Mac 。本教程也是我使用 Mac 开发树莓派的经验总结，如果你也是一位 Mac 用户，那么本教程可以避免你踩很多”坑”。

关于树莓派 Pico

环境搭建 - 图3

树莓派 Pico 是树莓派基金会发布的微处理器开发板，该产品基于其自研芯片 RP 2040，售价仅为 4 美元。

搭载上述 RP 2040 芯片。
采用双核 ARM Cortex M0+ 处理器，运行频率 133 MHz。
搭载 264 KB 的片上 RAM，板载 2 MB 闪存。
主机和设备支持的 USB1.1。
支持低功耗的睡眠和休眠模式。
采用拖放式编程。
拥有 26 个 GPIO 引脚，其中 3 个可用于模拟信号输入（即 3 路 12 位 ADC）。
拥有 2 个 SPI、2 个 I2C、2 个 UART、16 路 PWM。
片上时钟、计时器；片上浮点库；搭载温度传感器。
可通过 Micro USB 供电，也支持 1.8-5.5 V 直流电源供电。因此我们用串联的干电池或者锂电池即可驱动 Pico，这使得 Pico 的应用更加灵活。
配备 1 个 LED 灯和一个开关按钮。该按钮用于向 Pico 烧录程序时控制 Pico 进入 USB 大容量存储模式，也可用于通用的输入。
40 个引脚均为 “焊孔 + 齿状边缘” 的形态，由用户灵活选择安装方式，便于与其他开发板焊接。

环境搭建

首先我们需要下载安装 C 语言开发的 IDE，我推荐大家使用 VSCode。VSCode 是目前最流行的免费编辑器，没有之一，其拥有丰富的插件扩展。当然，如果你愿意花钱购买JetBrains IDEs 授权，你也可以使用 CLion。

方法一：安装官方 VSCode 扩展 Raspberry Pi Pico

Raspberry Pi Pico 是树莓派官方出品的适用于树莓派 Pico 开发的 VSCode 扩展插件。它可以一建创建基于 Pico SDK 的项目，自动帮你下载 pico sdk 、arm gcc 编译工具、Ninja 编译器和 Python 环境。基本就是一键安装就可以完成所有步骤，但是依赖比较多，所以下载等待时间比较久。

在 VSCode 插件市场上搜索”pico” ，选择下载 Raspberry Pi Pico 插件。（本插件为预发布版本，会有弹窗提示，点击确认安装即可）

环境搭建 - 图4 环境搭建 - 图5

安装完成后，左侧有一个 pico 形状的图标，点击图标显示 Pico 工具选项。

你可以选择创建一个新项目或者导入已经创建的项目。

环境搭建 - 图6

点击新建项目出现如右图所示的页面，输入项目名称、选择开发板类型、SDK 版本即可创建项目。

方法二：手动下载配置 C SDK

你可以根据官方手册，按照教程一步一步的配置环境和创建项目。

首先，使用 git 拉取 Pico C SDK。

cd ~
mkdir pico
cd pico
# 使用 SSH
git clone git@github.com:raspberrypi/pico-sdk.git --branch master
# 进入sdk 目录
cd pico-sdk
# 拉取并初始化子目录（主要是一些库依赖）
git submodule update --init

下载安装 Cmake 和交叉编译工具链 arm-none-eabi-gcc

# 使用 HomeBrew 安装 cmake (没有 brew 请自行 Google [安装](https://brew.sh/)）
brew install cmake
# 版本检查
cmake --version

不要直接使用**brew**下载安装 arm-none-eabi-gcc! 不要直接使用**brew**下载安装 arm-none-eabi-gcc! 不要直接使用**brew**下载安装 arm-none-eabi-gcc!

进入 Arm GNU Toolchain Downloads，command + F 搜一下“macOS”，找到你的 Mac 对应芯片的链接下载：

环境搭建 - 图7 环境搭建 - 图8

可以直接下载.pkg 的安装包，安装完成后，在Application 目录下会多出 ArmGNUToolchain 的工具链文件夹。

配置环境变量

# 编辑.zprofile 或者 .bash_profile
vim .zprofile
# 插入以下内容
# PICO SDK
export PICO_SDK_PATH="$HOME/pico/pico-sdk"
export PICO_TOOLCHAIN_PATH="/Applications/ArmGNUToolchain/13.2.Rel1/arm-none-eabi/bin"
export PATH=/Applications/ArmGNUToolchain/13.2.Rel1/arm-none-eabi/bin:$PATH
# ESC wq 保存退出 vim
source .zprofile

PICO_SDK_PATH 是你刚才拉取 pico-sdk 的目录，PICO_TOOLCHAIN_PATH 是工具链的 bin 目录，export PATH 后即可在终端上运行 arm-none-eabi 工具链命令。

arm-none-eabi-gcc --version
#arm-none-eabi-gcc (Arm GNU Toolchain 13.2.rel1 (Build arm-13.7)) 13.2.1 20231009
#Copyright (C) 2023 Free Software Foundation, Inc.
#This is free software; see the source for copying conditions.  There is NO
#warranty; not even for MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.

完成上面的这些配置后，你就获得了开发树莓派 Pico C 的完整环境，如果你需要 Nijia 编译环境请需要自行安装。

示例项目 - 点个灯

正如软件编程里的 hello world 是每一位入门软件开发的第一个程序，而嵌入式开发入门则是点灯（点亮一个发光二极管）。

我们将参照树莓派官方提供的示例工程，一步步创建和编译工程，自己动手实践每一步很重要，这有助于你后续遇到bug 时排查问题，如果你都是使用工具创建整个工程，你不了解编译的细节，当编译出现问题时，你会变得无从下手。

在你的工作空间目录下，创建一个 raspberrypi 目录，用于存放你的树莓派项目。

mkdir raspberrypi
cd raspberrypi

创建点灯项目目录

mkdir blink
cd blink

创建 CmakeLists.txt 和 blink.c 文件

touch blink.c CMakeLists.txt

CMakeLists.txt 是 cmake 项目的配置文件，blink.c 则是我们这次点灯项目的主程序存放文件。

在 CMakeLists.txt 文件中输入一下内容：

# 设置Cmake 最小依赖版本
cmake_minimum_required(VERSION 3.17)
# 设置c/c++ 编译版本
set(CMAKE_C_STANDARD 11)
set(CMAKE_CXX_STANDARD 17)
set(CMAKE_EXPORT_COMPILE_COMMANDS ON)
# 导入 pico sdk cmake
include(pico_sdk_import.cmake)
# ====================================================================================
# 设置开发板为 pico w （如果你的开发板是 pico 可以注释这行)
set(PICO_BOARD pico_w CACHE STRING "Board type")
# 设置项目名
project(blink C CXX ASM)
# 初始化sdk
pico_sdk_init()
# 添加执行文件
add_executable(blink 
blink.c
)
# 设置项目名称字符串
pico_set_program_name(blink "blink")
# 设置项目版本号
pico_set_program_version(blink "0.1")
# Modify the below lines to enable/disable output over UART/USB
# 是否打开 UART 串口
pico_enable_stdio_uart(blink 0)
# 是否打开USB 串口
pico_enable_stdio_usb(blink 1)
# 添加依赖库 (pico w 必须加入 pico_cyw43_arch_none ）
target_link_libraries(blink
        pico_stdlib              # for core functionality
        pico_cyw43_arch_none     # we need Wifi to access the GPIO, but we don't need anything else
        )
# 设置输出文件
pico_add_extra_outputs(blink)

Cmake 项目依赖 Pico SDK 的 Cmake ( include(pico_sdk_import.cmake) )，所以我们需要将 SDK 的 Cmake 文件拷贝到项目中。输入一下命令拷贝或手动拷贝文件：

cp $PICO_SDK_PATH/external/pico_sdk_import.cmake .

接下编写点亮 LED 的程序，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);
    gpio_put(LED_PIN, 0);
    while (true) {
        gpio_put(LED_PIN, 1);
        sleep_ms(250);
        gpio_put(LED_PIN, 0);
        sleep_ms(250);
    }

代码先导入了 Pico SDK 的标准库，并且在 mian 主入口函数中控制 LED 的开关。Pico 的 LED 默认连接是 GPIO 的 25 号引脚，所以我们首先需要初始化 LED_PIN ，并且设置此 GPIO 为输出模式。并且默认设置LED_PIN 输出信号为 0，即不输出电压。

在一个 while 死循环中，我们不断的切换 LED_PIN 的输出电压，从而达到 LED 灯不断闪烁。闪烁周期为 250 毫秒。

如果你的是 Pico W，那么使用下面的代码，而不是上面的，这是因为 Pico W 的板载 LED 没有连接到 RP2040 GPIO上，而是连接到无线芯片的 GPIO 上了，这就导致上面使用的25引脚是 Wi-Fi 而不是 LED，这种情况下使用的代码如下：

#include "pico/stdlib.h"
#include "pico/cyw43_arch.h"
int main() {
    stdio_init_all();
    if (cyw43_arch_init()) {
        printf("Wi-Fi init failed");
        return -1;
    }
    while (true) {
        cyw43_arch_gpio_put(CYW43_WL_GPIO_LED_PIN, 1);
        sleep_ms(250);
        cyw43_arch_gpio_put(CYW43_WL_GPIO_LED_PIN, 0);
        sleep_ms(250);
    }
}

接下来，我们新建一个名为 build 的目录来存放构建文件，命令如下：

mkdir build
cd build

下一次构建时，我们可以使用

rm -rf build && mkdir build && cd build

命令来清除整个构建目录，然后再用上面的创建目录创建一个全新的构建目录，这样每次构建都是新的构建文件，防止旧构建文件干扰，导致编译失败。

使用下面的命令生成构建文件和编译代码：

cmake ..
make -j4
#Scanning dependencies of target ELF2UF2Build
#Scanning dependencies of target boot_stage2_original
#[ 0%] Creating directories for 'ELF2UF2Build'
#  .
#  .
#  .
#[100%] Linking CXX executable blink.elf
#[100%] Built target blink