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在 Linux 下控制 RP2040

概述​

在 Radxa X4 上集成了 一块 Intel N100 的 CPU 和 一块 RP2040 MCU，两者通过 USB 或 UART 进行通信。 40-PIN 是从 RP2040 拉出来的 IO 扩展口，CPU 通过与 RP2040 通信来控制 40-PIN. 其中 RP2040 通过 PICO SDK 来操作 40-PIN。

工具介绍​

为了操作 RP2040 上的 IO 资源， 我们需要一套完善的软件环境，在这里我们主要介绍一套 C/C++ SDK，即 pico-sdk 和 pico-example。 pico-sdk 主要是提供了一些操作 RP2040 的 API， 而 pico-examples 则为我们提供了一套程序编译框架，我们可以根据 pico-examples 提供的编译框架来添加我们自己的程序。

PICO-SDK​

  1. 简介

    Pico SDK（以下简称 SDK）提供了使用 C、C++ 或汇编语言为基于 RP2040 的设备（如 Raspberry Pi Pico/Radxa X4）编写程序所需的标头、库和构建系统。

    SDK 旨在提供非嵌入式 C 开发人员和嵌入式 C 开发人员都熟悉的 API 和编程环境。单个程序一次在设备上运行，并以常规方法启动main()。 支持标准 C/C++ 库以及用于访问 RP2040 的所有硬件（包括 PIO（可编程 IO））的 C 级库/API。

  2. 使用

提示

既可以在 PC 端的 Linux 环境中下载 pico-sdk/pico-examples 以及安装相应工具，也可以在 Radxa X4 的 Linux 环境下。为方便起见，我们可以直接在 Radxa X4 的 Linux 环境中进行操作。

  • 安装必要工具
sudo apt update -y
sudo apt install -y git cmake gcc-arm-none-eabi libnewlib-arm-none-eabi libstdc++-arm-none-eabi-newlib
  • 获取代码
git clone https://github.com/raspberrypi/pico-sdk.git
cd pico-sdk
git submodule update --init

PICO-EXAMPLES​

  1. 简介

    pico-examples 是一个官方示例代码库，展示了如何使用 Raspberry Pi Pico 和 Pico SDK 来实现各种功能。 它提供了一系列的示例，涵盖了从基本 GPIO 操作到复杂的通信协议，使开发者能够快速上手并理解如何在 Pico 上进行开发。

  2. 使用

提示

既可以在 PC 端的 Linux 环境中下载 pico-sdk/pico-examples 以及安装相应工具，也可以在 Radxa X4 的 Linux 环境下。为方便起见，我们可以直接在 Radxa X4 的 Linux 环境中进行操作。

  • 获取代码
git clone https://github.com/raspberrypi/pico-examples.git --branch master
  • 编译
export PICO_SDK_PATH=path/to/pico-sdk
cd pico-examples
mkdir build
cd build
cmake .. && make -j4

示例​

RP2040 控制 40-PIN​

GPIO​

1. 准备​
  • 一块 Radxa X4
  • 一个 LED
2. 连接​
Radxa X4<-->LED
PIN_5<-->LED
PIN_1<-->VCC
PIN_9<-->GND
提示

这里的 PIN_5 对应 下面代码中的 GPIO29, 详细请参考 GPIO 定义

3. 测试​

  • 将以下代码替换 pico-examples/blink/blink.c

    blink.c

    #include "pico/stdlib.h"
    #define BLINK_PIN 29 // GPIO29

    int main() {

        gpio_init(BLINK_PIN);
        gpio_set_dir(BLINK_PIN, GPIO_OUT);

        while (true) {
            gpio_put(BLINK_PIN, 1);
            sleep_ms(250);
            gpio_put(BLINK_PIN, 0);
            sleep_ms(250);
        }
    }

  • 编译

    成功编译后，在 pico-examples/build/blink/ 目录下会产生一个名为 blink.uf2 的文件

  • 烧录

    • 重启 RP2040

    • 将 blink.uf2 文件拖入到 RP2040 中，待 RP2040 消失后， LED 会开始闪烁

Intel CPU 通过 Uart 控制 RP2040​

风扇​

本段示例旨在为用户提供一个 Radxa X4 CPU 与 MCU RP2040 通信的例子，通过获取 Radxa X4 CPU 的温度，当达到指定温度时，让风扇转起来。

1. 连接​

将风扇的 pwm 引脚连接到 PIN_3, 风扇 VCC 连接 Radxa X4 的 VCC, 风扇 GND 连接 Radxa X4 的 GND

2. Radxa X4 安装所需要的 Python 库​
pip install pyserial psutil
sudo apt-get update
sudo apt-get install stress
sudo apt-get install minicom
3. 在 Radxa X4 上新建一个 Temperature.py 的文件，内容如下：​
Temperature.py

    import psutil
    import serial
    import time

    SERIAL_PORT = '/dev/ttyS0'
    BAUD_RATE = 115200

    set = serial.Serial(SERIAL_PORT, BAUD_RATE)

    def get_cpu_temperature():
        # get temperature from PC Host
        temps = psutil.sensors_temperatures()
        if 'coretemp' in temps:
            cpu_temp = temps['coretemp'][0].current
            return cpu_temp
        else:
            return None

    try:
        while True:
            temp = get_cpu_temperature()
            if temp is not None:
                print(f"CPU Temperature: {temp}°C")
                set.write(f"{temp}\n".encode())
            else:
                print("Unable to read temperature.")
            time.sleep(1)
    except KeyboardInterrupt:
        set.close()
        print("Program terminated.")

4. 在 pico-examples/pwm/CMakeLists.txt 里面添加一个 pwm_fan 的目录​
提示

关于 pico-examples 如何使用请参考上面 pico-sdk/pico-examples 部分

将 pico-example/pwm/CMakeLists.txt 替换称以下代码

CMakeLists.txt

    if (TARGET hardware_pwm)
        add_subdirectory_exclude_platforms(hello_pwm)
        add_subdirectory_exclude_platforms(led_fade)
        add_subdirectory_exclude_platforms(measure_duty_cycle)
        add_subdirectory_exclude_platforms(pwm_fan)
    else()
        message("Skipping PWM examples as hardware_pwm is unavailable on this platform")
    endif()

5. 在 pico-examples/pwm/pwm_fan/ 目录下新建一个 CMakeLists.txt， 内容如下：​
CMakeLists.txt

    add_executable(pwm_fan
        pwm_fan.c
        )

    # pull in common dependencies and additional pwm hardware support
    target_link_libraries(pwm_fan pico_stdlib hardware_pwm)

    # create map/bin/hex file etc.
    pico_add_extra_outputs(pwm_fan)

    # add url via pico_set_program_url
    example_auto_set_url(pwm_fan)

6. 在 pico-examples/pwm/pwm_fan/ 目录下新建一个 pwm_fan.c，内容如下：​
pwm_fan.c
    #include <stdio.h>
    #include <stdlib.h>
    #include "pico/stdlib.h"
    #include "hardware/uart.h"
    #include "hardware/pwm.h"

    #define UART_ID uart0
    #define BAUD_RATE 115200
    #define UART_TX_PIN 0
    #define UART_RX_PIN 1
    #define FAN_PWM_PIN 28
    #define TEMP_THRESHOLD 60.0

    void set_pwm_duty_cycle(uint slice_num, uint channel, float duty_cycle) {
        if (duty_cycle < 0.0f) duty_cycle = 0.0f;
        if (duty_cycle > 100.0f) duty_cycle = 100.0f;
        uint16_t level = (uint16_t)(duty_cycle * (float)(1 << 16) / 100.0f);
        pwm_set_gpio_level(FAN_PWM_PIN, level);
    }

    int main() {
        stdio_init_all();

        uart_init(UART_ID, BAUD_RATE);
        gpio_set_function(UART_TX_PIN, GPIO_FUNC_UART);
        gpio_set_function(UART_RX_PIN, GPIO_FUNC_UART);

        uart_set_format(UART_ID, 8, 1, UART_PARITY_NONE);
        uart_set_fifo_enabled(UART_ID, false);

        gpio_set_function(FAN_PWM_PIN, GPIO_FUNC_PWM);
        uint slice_num = pwm_gpio_to_slice_num(FAN_PWM_PIN);
        pwm_config config = pwm_get_default_config();
        pwm_config_set_clkdiv(&config, 4.0f);
        pwm_init(slice_num, &config, true);

        char buffer[32];
        int index = 0;

        printf("Waiting for data...\n");

        while (1) {
            if (uart_is_readable(UART_ID)) {
                char c = uart_getc(UART_ID);
                if (c == '\n') {
                    buffer[index] = '\0';
                    float temperature = atof(buffer);
                    printf("Received temperature: %.2f°C\n", temperature);
                    if (temperature > TEMP_THRESHOLD) {
                        set_pwm_duty_cycle(slice_num, PWM_CHAN_A, 100.0f);
                    } else {
                        set_pwm_duty_cycle(slice_num, PWM_CHAN_A, 0.0f);
                    }
                    index = 0;
                } else {
                    buffer[index++] = c;
                    if (index >= sizeof(buffer)) {
                        index = sizeof(buffer) - 1;
                    }
                }
            }
        }

        return 0;
    }

7. 编译​
cd pico-examples/build
rm -rf *
cmake ..
make -j$(nproc)

成功编译后，在 build/pwm/pwm_fan 目录下会产生一个名为 pwm_fan.uf2 的文件

8. 烧录​
  • 重启 RP2040
  • 将 pwm_fan.uf2 文件拖入到 RP2040 中，待 RP2040 消失后， 程序开始读取 /dev/ttyS0 的消息
9. 板端运行 Temperature.py​
sudo python3 Temperature.py

程序成功运行的话，该程序会获取 Radxa X4 当前温度，将温度发送到串口 /dev/ttyS0，并格式化输出温度，如 "CPU Temperature: 42.0°C"

10. 板端运行 minicom​
sudo minicom -D /dev/ttyS0 -b 115200

查看 RP2040 是否有接收到来自 Radxa X4 发送的温度，若成功接收到， minicom 会输出相应温度，如： "Received temperature: 42.00°C"