树莓派PICO pio使用

在树莓派 Pico 小小的板子上总是能让我们发现一些惊喜。其所使用的RP2040芯片还具备8个可编程I/O（PIO）状态机，用于自定义外围设备，与 FPGA 类似，开发者可以灵活的使用 PIO 自定义功能。

可编程I/O（PIO）是为 RP2040 开发的一种新型硬件，可以通过 PIO 创建新类型的（或附加）硬件接口。通过使用 PIO ，可以模拟更多，更丰富，更快的硬件接口，有助于提升性能和扩展性。

与 PIO 相比，FPGA 往往更加昂贵，而且需要使用其他的编程模式编写程序。但 PIO 仅仅只需要通过汇编语言就可以实现，开发者不需要去适应 FPGA 那种编程模式即可很快的实现自定义硬件接口。

PIO 一个简单的 demo：

主要需要用到一个汇编实现的pio文件，一些C文件，和Cmake文件，实现串口打印 hello

pio文件：

.program hello
; Repeatedly get one word of data from the TX FIFO, stalling when the FIFO is
; empty. Write the least significant bit to the OUT pin group.
loop:
pull
out pins, 1
jmp loop
% c-sdk {
static inline void hello_program_init(PIO pio, uint sm, uint offset, uint pin) {
pio_sm_config c = hello_program_get_default_config(offset);
// Map the state machine's OUT pin group to one pin, namely the pin
// parameter to this function.
sm_config_set_out_pins(&c, pin, 1);
// Set this pin's GPIO function (connect PIO to the pad)
pio_gpio_init(pio, pin);
// Set the pin direction to output at the PIO
pio_sm_set_consecutive_pindirs(pio, sm, pin, 1, true);
// Load our configuration, and jump to the start of the program
pio_sm_init(pio, sm, offset, &c);
// Set the state machine running
pio_sm_set_enabled(pio, sm, true);
}
%}

其流程主要如下：

将程序加载到PIO的指令存储器中;

设置PIO状态机以运行程序;

在状态机运行时与状态机交互。

C文件：

#include "pico/stdlib.h"
#include "hardware/pio.h"
// Our assembled program:
#include "hello.pio.h"
int main() {
#ifndef PICO_DEFAULT_LED_PIN
#warning pio/hello_pio example requires a board with a regular LED
#else
// Choose which PIO instance to use (there are two instances)
PIO pio = pio0;
// Our assembled program needs to be loaded into this PIO's instruction
// memory. This SDK function will find a location (offset) in the
// instruction memory where there is enough space for our program. We need
// to remember this location!
uint offset = pio_add_program(pio, &hello_program);
// Find a free state machine on our chosen PIO (erroring if there are
// none). Configure it to run our program, and start it, using the
// helper function we included in our .pio file.
uint sm = pio_claim_unused_sm(pio, true);
hello_program_init(pio, sm, offset, PICO_DEFAULT_LED_PIN);
// The state machine is now running. Any value we push to its TX FIFO will
// appear on the LED pin.
while (true) {
// Blink
pio_sm_put_blocking(pio, sm, 1);
sleep_ms(500);
// Blonk
pio_sm_put_blocking(pio, sm, 0);
sleep_ms(500);
}
#endif
}

我们会发现其中调用了 “hello.pio.h” 头文件，其与之前的 pio 文件相关，但 pio 文件并不能在 c 文件中直接调用，于是就需要 Cmake 文件将 pio 文件和 c 文件联系到一起，并构建一个可执行文件。

Cmake文件

add_executable(hello_pio)
pico_generate_pio_header(hello_pio ${CMAKE_CURRENT_LIST_DIR}/hello.pio)
target_sources(hello_pio PRIVATE hello.c)
target_link_libraries(hello_pio PRIVATE
pico_stdlib
hardware_pio
)
pico_add_extra_outputs(hello_pio)

add url via pico_set_program_url

example_auto_set_url(hello_pio)

其中的 pico_generate_pio_header 非常重要，其将之前用汇编语言写的 pio 文件生成为一个 .h 头文件，以供 c 文件调用。

通过这写文件和 pico 官方提供的 sdk 就可以构建一个串口打印 hello 的程序了。

其他

我是在移植 pico-w 板载的 Wi-Fi 功能时注意到这一功能的，因为需要使用到 cyw43_bus_pio_spi.pio 。但是由于 RT-Thread 这边使用的是 Scons，于是我就先利用 pico-examples 的 cmake 生成该 pio文件对应的 .h 文件 cyw43_bus_pio_spi.pio.h 然后复制过来是以供项目调用。