如何用MDK來開發(fā)樹莓Pico

【說在前面的話】

按照樹莓派基金會的說法：

Raspberry Pi Pico is a tiny， fast， and versatile board built using RP2040， a brand new microcontroller chip designed by Raspberry Pi in the UK.

https://www.raspberrypi.org/products/raspberry-pi-pico/

樹莓派 Pico是一個小巧、“迅速”且多功能的開發(fā)板，基于獨家定制的RP2040芯片打造，是在英國的樹莓派團隊設(shè)計的全新微控制器。

以30RMB左右的價格來看，Pico作為一個開發(fā)板具有非常吸引人的特性：

搭載了設(shè)計最大頻率為133MHz的雙核Cortex-M0+

實際可以輕松超頻到250MHz，甚至是400MHz

256K + 8K 的SRAM

由多個SRAM總線從機接口構(gòu)成，從而保證了多總線主機訪問時不易出現(xiàn)沖突的問題——雙向八車道的高速，幾乎不會堵車——吞吐量杠杠的

大量充滿奇思妙想的外設(shè)（這里就不做贅述）

在開發(fā)環(huán)境上，Pico身為單片機，卻有著Linux般豪華的富貴病——這么說吧，你要是沒玩過cmake、gcc、沒用過命令行、沒搞過OpenOCD，你都不好意思說你是Pico的C玩家。

在Pico官方論壇上，曾經(jīng)有一個帶節(jié)奏的帖子叫做《Pi Pico - the most user un-friendly MCU？》（中文：樹莓派Pico——對用戶最不友好的MCU）？如果你可以看懂英文，建議去觀摩下這個13頁的熱帖。其中你可以看到：

Pico-SDK團隊開發(fā)者下場撕逼親切的與各種暴躁老哥用戶交流使用經(jīng)驗

Pico-SDK開發(fā)者談Pico開發(fā)環(huán)境的設(shè)計思路，總結(jié)如下：

不會玩cmake的請學(xué)習(xí)cmake，用不了你多少時間

Windows我們也支持啊，你裝個Linux模擬環(huán)境……

我們推薦所有用戶都應(yīng)該用樹莓派4的Linux環(huán)境來開發(fā)Pico這個MCU

別人都玩得好好的，你玩不好一定是你不熟悉cmake

makefile玩家、IAR玩家、MDK玩家請自尋出路（“on your own”）

我們團隊廟小，4美元的開發(fā)板你還要啥自行車？

……

然而，MCU的開發(fā)并不同于MPU的開發(fā)。我的觀察中，樹莓派這類能跑Linux的系統(tǒng)，基本上使用的是Linux生態(tài)，在這一生態(tài)下，很多工具比如cmake、命令行、GDB或者OpenOCD之類都是如空氣和水一樣自然的東西。然而，樹莓派團隊在處理Pico這類MCU時可能多少有點“屁股決定腦袋”了，仍然按照自己的習(xí)慣照搬了Linux的那套開發(fā)習(xí)慣到MCU環(huán)境中。

我經(jīng)常說，拋開正態(tài)分布的中央主極大、用兩端的個案來舉反例，就是耍流氓。

對MCU開發(fā)環(huán)境來說，雖然也有不少人使用gcc、cmake之類的工具，但主體的大多數(shù)人還是以IDE等“一站式”開發(fā)工具為主體的。RP2040無論多么優(yōu)秀，它本質(zhì)上就是個裝了兩個Cortex-M0+的大號MCU，憑什么非要上Linux環(huán)境才能開發(fā)？

MDK雖然老舊、不支持多級工程管理、偶爾閃退、語法提示經(jīng)常出錯、被破解的爹媽都不認(rèn)識……被人罵了那么多，但Cortex-M用MDK開發(fā)仍然是主流。但無奈，人家的孩子人家說了算，官方明確態(tài)度說暫時不支持Arm Compiler 6，也不支持用MDK這樣的不帶cmake支持的IDE，你也沒辦法啊。

好在Pico-SDK是一個基于BSD 3-Clause協(xié)議的開源項目；RP2040的數(shù)據(jù)手冊寫的也很清晰。官方說不支持，我們就自己來唄？于是就有了這個MDK專屬的Pico-Template開源項目。

實際上：

Pico-Template 是目前世界上第一個用MDK配合Arm Compiler 6開發(fā)Pico的模板；

使用該模板你可以使用Pico-SDK來訪問全部的外設(shè)

實際使用中 Pico-Template 具有以下特點：

支持Arm Compiler 6

可以使用RTE和Pack-Installer獲得各類中間件軟件包

告別純匯編編寫的startup文件，使用純C語言進(jìn)行開發(fā)

配置棧和堆的大小更為簡單

支持使用JLINK進(jìn)行調(diào)試

默認(rèn)搭載了perf_counter服務(wù)

一鍵切換不同的地址空間布局

在外部Flash里執(zhí)行代碼

在SRAM里執(zhí)行代碼（代碼仍保存在外部Flash里）

在SRAM里調(diào)試

【裸機思維】對該開源項目提供持續(xù)的維護(hù)和更新

【Pico-Template的部署】

一個合格的工程模板，應(yīng)該做到只要成功的下載到了本地，就能夠立即使用——Pico-Template也是這樣。因此，所謂的Pico-Template的部署，實際上有三種方式：它們主要圍繞著如何處理Pico-Template所依賴的第三方倉庫而有所區(qū)別。

第一種方式：使用git工具進(jìn)行下載

1、新建一個目錄，比如叫做 pico-mdk來保存模板，并進(jìn)入該目錄

mkdir pico-mdkcd pico-mdk

2、使用git工具clone模板到本地：

git clone https://github.com/GorgonMeducer/Pico_Template 。

3、將Pico-Template所依賴的其它倉庫以submodule的形式更新到本地：

git submodule update --remote --init

至此，我們已經(jīng)成功的將Pico-Template同步到了本地一個叫做pico-mdk的目錄下。

第二種方式：手工下載壓縮包

1、打開Pico-Template在Github上的Release頁面，下載最新版本的壓縮包。

https://github.com/GorgonMeducer/Pico_Template/releases

完成下載后，解壓縮到本地。

2、打開Pico-SDK在Github上的Release頁面，下載最新的壓縮包：

https://github.com/raspberrypi/pico-sdk/releases

完成下載后，解壓縮到本地。打開解壓后的目錄，應(yīng)該看到類似下圖的內(nèi)容：

全選上述目錄列表中的內(nèi)容后，將它們拷貝到Pico-Template的pico-sdk目錄內(nèi)

3、打開perf_counter在github上的Release頁面，下載最新的壓縮包：

https://github.com/GorgonMeducer/perf_counter/releases

完成下載后，解壓縮到本地。打開解壓后的目錄，應(yīng)該看到類似下圖的內(nèi)容：

全選上述目錄列表中的內(nèi)容后，將它們拷貝到Pico-Template/project/mdk/perf_counter目錄內(nèi)：

至此，我們成功的完成了Pico-Template的合體工作。恭喜恭喜！

第三種方式：網(wǎng)盤見

如果你覺得上述方法都挺麻煩的，尤其是你無法穩(wěn)定的訪問Github，那么可以在訂閱【裸機思維】公眾號后發(fā)送關(guān)鍵字 “Pico”來獲取網(wǎng)盤鏈接。下載成功后立即可以使用。

這一方法唯一的缺點是：我可能會忘記更新網(wǎng)盤上的壓縮包。

【如何編譯和下載】

當(dāng)你獲得了Pico-Template后，可以通過路徑project/mdk找到工程文件：

雙擊后，就可以見到我們熟悉的界面：

單擊編譯，應(yīng)該可以順利的看到類似如下的結(jié)果：

可以看到，在工程目錄下（project/mdk/） 生成了一個名為 template.uf2 的文件——這就是Pico專用的鏡像文件：

此時，我們可以按住Pico上的白色按鈕不放、將Pico的USB接口連接PC。當(dāng)我們在文件管理器中發(fā)現(xiàn)一個新的叫做 PRI-RP2 的U盤時，說明Pico已經(jīng)成功進(jìn)入燒錄準(zhǔn)備狀態(tài)。

將template.uf2拖放到U盤中即可。

如果一切順利，可以看到Pico上的LED以大約0.5Hz的頻率進(jìn)行呼吸。

【如何配置棧和堆的大小】

一個實用的工程模板，最繞不開的問題之一就是：如何設(shè)置棧和堆的大小。Pico-Template提供了極其簡單的方法。步驟如下：

1、打開Options for Target窗口，進(jìn)入Linker選項卡：

單擊圖中紅圈內(nèi)選中的“Edit”按鈕。

這里宏STACK_0_SIZE和HEAP_0_SIZE就是我們要配置的棧與堆的尺寸。請暫時無視其它宏的內(nèi)容，也不要修改它們。

完成修改后，保存、重新編譯即可。

【如何在SRAM中執(zhí)行代碼】

由于RP2040芯片并沒有片內(nèi)Flash，因此通常會像Pico那樣使用外部Flash來保存程序。由于RP2040的XIP已經(jīng)將外部Flash的內(nèi)容映射到了Cortex-M0+的地址空間中（從0x10000000開始），因此可以直接在外部Flash上執(zhí)行代碼。眾所周知，外部Flash是通過SPI或者QSPI來連接的，其速度肯定無法媲美芯片內(nèi)部的Flash，因此即便 XIP有cache來提高速度，直接從0x1000-0000的地址上運行程序（或者是讀取數(shù)據(jù)）顯然存在性能上的瓶頸。為了解決這一問題，在SRAM富余的情況下（RP2040帶了264KB的SRAM）對一些小的應(yīng)用來說，完全允許用戶直接在SRAM中執(zhí)行代碼。為了提供這一功能，Pico-Template貼心的提供了對應(yīng)的工程配置：我們可以在下拉列表中直接一鍵切換：

這一操作的本質(zhì)實際上是更換了對應(yīng)的scatter-script腳本。所有用到的鏈接腳本都保存在工程目錄下：

有興趣的小伙伴可以自行把玩。

【如何使用MDK進(jìn)行調(diào)試】

在眾多的商業(yè)調(diào)試工具中，Segger 的J-Link很迅捷的就添加了對RP2040的調(diào)試支持，具體細(xì)節(jié)可以通過下面的網(wǎng)址來了解：

https://wiki.segger.com/Raspberry_Pi_Pico

Pico-Template默認(rèn)已經(jīng)選擇J-Link作為調(diào)試工具。需要注意的是，并非所有的J-Link都能支持RP2040的調(diào)試，按照官方的說法，只有v9版本的J-Link硬件才有對應(yīng)的功能。如果你手頭正好有符合要求的J-Link，恭喜你，獲得了完整的MDK體驗——基本告別了手動拖放uf2文件，調(diào)試全靠LED的生活。

【elf2uf2轉(zhuǎn)換工具】

最后，值得特別說明的是，在Pico_Template的tool目錄下有一個我親手定制過的elf2uf2.exe——增加了自動計算0x1000-0000地址開始的252個字節(jié)的CRC32校驗碼，并將校驗結(jié)果追加其后的功能——如果不這么做，生成的uf2將無法通過stage2-boot的校驗。

工程模板會在每次編譯完成后執(zhí)行 axf2uf2.bat，將生成的elf/axf文件轉(zhuǎn)換成Pico可以直接使用的uf2文件，方便用戶進(jìn)行U盤拖放操作。

【說在后面的話】

說句實話，我挺喜歡樹莓派Pico的——即便我對官方的“Pico官方只支持用cmake開發(fā)不然自己想辦法”的態(tài)度有些許不滿，但仍然架不住它的小巧和魅力。這個模板已經(jīng)涵蓋了除tinyUSB支持以外的幾乎大部分功能，成功的將Pico以普通Cortex-M0+的身份拉回了國內(nèi)大部分嵌入式工程師所熟悉的開發(fā)環(huán)境中。

最后的最后，我一定要把心里憋了很久的那句話吐出來：

就一個M0+而已，干嘛開發(fā)它我還要去用命令行、用Linux、學(xué)cmake？憑什么？

你們Linux玩家人均cmake、命令行、OpenOCD、GDB、gcc，所以就不管單片機玩家的死活了么？

跟我這兒玩啥凡爾賽？

老子就不想用cmake……你還不讓我玩了？

就一個M0+而已，我就要用MDK來開發(fā)！怎么地吧！

責(zé)任編輯：haq