Help me! ラズピコ、Philhower版だとスケッチをアップロードできない

Arduino IDE環境でゴソゴソしている「Raspberry Pi Pico」。

Arduino IDEでのラズピコ開発環境 Philhower版が正解でしょう
なんかと言いながら、ゴソゴソしたのですが、Philhower版だと
スケッチをアップロードできないのです。

ありゃま。ラズピコがおかしくなった。　PWMを調べたかったのに
これが2月半ば。
プログラムを書き込んだあとでも「BOOTスイッチ」を押しながら
USBに挿せば、外部ドライブとして認識されるはず。
この時から、ドライブとして認識してくれなくなりました。

そのせいか、Philhower版に切り替えると、エラーが出て
スケッチをアップロードできません。
しかし、「Mbed版」に切り替えると、ちゃんとアップでき
るのです。

Philhower版とMbed版でアップロードの方法が異なるようです。
同じピコをつないでいても、認識していたCOMポート番号も
変わっちゃうし・・・

Philhower版は、通信でBOOTモードにして、現れたドライブに
ファイルを書き込んでいるような気配です。
現PC、ピコのドライブが出てこないからエラーとなっている
ような感じです。

手元には3つのラズピコ基板がありますが、どれも同じ。
現PCではダメですが、他のPCだとちゃんとドライブとして
認めてくれます。
現PC、USB回りの何かがおかしくなってしまったようです。
　　※USBの口を変えてもだめ。　ケーブルでもない。

Arduino IDEでラズパイ・ピコ：Earle Philhower版で
去年の4月時点では、間違いなくPhilhower版も試せていたのです。
それが・・・アウトに。
どうしたものか・・・

Win7でのシリアルポートに関しては
Arduino IDEでRaspberry Pi Pico：Win7でのUSB問題解決です
これでうまいこと行ってました。
ところが、ある日からドライブとして認識してくれないという
問題が発生。
それが、Philhower版で、スケッチを書き込めない
ということにつながっているようなのです。

どこかに解決の糸口があれば・・・

FTDIのUSB通信アダプタを挿してCOMポートがどんどん進む問題
は、この記事のコメントで教えてもらって解決したことがありました。

Arduino IDEでのラズピコ開発環境 Philhower版が正解でしょう

Arduino IDEでのラズピコ開発環境でうだうだ言ってましたが、
環境が変わってしまったようで、ボードマネージャーに出なく
なっていた「Earle F. Philhower, III」版。

「環境設定」にある
「追加のボードマネージャーのURL」が変わっていた
(誰が変えた？私でしょうなぁ)のが原因でした。
こんな具合に「earlepPhilhower」版のパッケージを
選んだら、出てきました。



ボードマネージャーにPICOと入れたら出てくるように


Philhower版だと、シリアル通信のバッファサイズも触れそうです。
ヘッダーファイルやソースを追いかけれそうな気がします。

Philhower版での「pins_arduino.h」の在処、これでしょ。
・・AppData\Local\Arduino15\packages\rp2040\hardware\rp2040\3.1.0\variants\rpipico

ピン接続の位置、Mbed版とは異なっています。

// LEDs
#define PIN_LED (25u)

// Serial
#define PIN_SERIAL1_TX (0u)
#define PIN_SERIAL1_RX (1u)

#define PIN_SERIAL2_TX (8u)
#define PIN_SERIAL2_RX (9u)

// SPI
#define PIN_SPI0_MISO (16u)
#define PIN_SPI0_MOSI (19u)
#define PIN_SPI0_SCK (18u)
#define PIN_SPI0_SS (17u)

#define PIN_SPI1_MISO (12u)
#define PIN_SPI1_MOSI (15u)
#define PIN_SPI1_SCK (14u)
#define PIN_SPI1_SS (13u)

// Wire
#define PIN_WIRE0_SDA (4u)
#define PIN_WIRE0_SCL (5u)

#define PIN_WIRE1_SDA (26u)
#define PIN_WIRE1_SCL (27u)

ラズピコのピン：自由になりそうだけど定義で固定されている

Arduino IDEでのラズピコのI/Oピン、RP2040そのものの
ハードでは自由に割り振りできるようになっているんですが、
「pins_arduino.h」でほぼ固定されています。

ラズピコユーザー、まずはこのファイルを確認しと
きましょう。　ざっと、こんな具合。

// LEDs　　基板上のLED
#define PIN_LED　　 (25u)
#define LED_BUILTIN PIN_LED

// Analog pins　アナログ入力
#define PIN_A0 (26u)
#define PIN_A1 (27u)
#define PIN_A2 (28u)
#define PIN_A3 (29u)

// Serial　シリアル：定義はSerila1だけ
#define PIN_SERIAL_TX (0ul)
#define PIN_SERIAL_RX (1ul)

// SPI　　SPIも固定
#define PIN_SPI_MISO　(16u)
#define PIN_SPI_MOSI　(19u)
#define PIN_SPI_SCK　 (18u)
#define PIN_SPI_SS　　(17u)

// Wire　　I2Cも固定
#define PIN_WIRE_SDA　(4u)
#define PIN_WIRE_SCL　(5u)

汎用I/Oは、基本これ以外の場所を選んでという使い方に
なります。

残りの「Serial2、SPI1、I2C1」を使うには
どうすりゃいいの？
は、まだ調べ切れていません。

Serila2は「UART Serial2(4, 5, NC, NC);」で行けたけど。

※追記
ラズピコ基板の
　　水魚堂さんの回路図エディタBSch3-V部品ライブラリ
ピン名称、ちょっと追記しました。

左側がこれまでの。
真ん中が、Xサイズをちょい増やして、TX/RX、SPI、
I2C信号を追加。
空いているポートがわかりやすいかと。
右のは 秋月のAE-RP2040マイコンボード 。

ここからダウンロードしてください。
・BSch3V用パーツライブラり　bsch3v_lib_230403.zip
この中の「SPECIAL.LB3」に入れてます。
ご自由にどうぞ。


※注記
これ、Arduino Mbed OS RP2040 Boads の環境での話。
「Earle F. Philhower, III」版だとどうなるのか、
Arduino IDE、触ってみます。

ラズピコで2chシリアル入出力のテスト

ラズベリーパイ・ピコのシリアル入力は二つ。(USBを除いて)
これを使って2ch入力のシリアルデータロガーを実現できたら
エエなぁっと、ごそごそしてます。

Arduino UNOベースでは1ch入力のは作ってあり、
現用中です。
　　・Arduino-UNO + SDカードでシリアルデータロガー 完成形 今度こそ
ニッケル水素電池の放電データなどはこれで
記録しています。

なぜ2ch入力のが欲しいかというと、あれこれ測定した
計測データの集計です。
例えば、温度や照度や電圧、電流。
センサー側はシリアルデータとして出力できるように作って
あるのですが、それらを集計するとき、別の装置が出すデータ
との結合に困っちゃうのです。

例えば、4ch入力アナログデータロガー 。
これも、アナログ値の記録とともに、外部からのシリアル
データを取り込めるようにしています。
　これが便利。
　シリアルデータの結合がロガー内で実現できちゃうのです。

あれこれ計っていると、2ch以上のシリアル入力を持っていて、
それをうまいことログできる装置が「いるぞ！」っというのが
お試しの理由です。

ラズピコは2つのシリアル通信機能を持てっています。
それを生かして、2chのログをできないかと試したのが
今回のゴソゴソです。

まずはこんな回路。

　　↓　左のピコ、裏返しはマズイぞと描き直しました


手っ取り早くでっち上げた実物回路がこれ。

ラズピコ基板が2枚。
GNDを共通にして、シリアルが2ch。

回路図左側のラズピコは、試しとなるシリアルデータを
出力するだけ。
1chは1秒おきに。　2chは乱数で送出周期を可変。

回路図右のラズピコはそれを受けて、USBに(PCに向けて)
出力するというテスト回路です。

ch1とch2の二つのデータを受けて集約して、USBに出力
するのです。
その集約方法、例えば・・・

こんなモードを考えました。
こんな具合に、受信データをまとめます。

mode0はそれぞれの受信データを別行にしてログ。

mode1は固定長のデータを1行にまとめて処理でき
るように。

mode2はデータの受信順序を確認できるように、
ch1を優先してch2は補助で。



PCを使ってこれをするのは、USB通信アダプタをつないで
できるように、こんなソフトを作ってあります。
　　※これは仕事で！


4chの入力まで対応しています。
通信があった日時情報とともにログします。
あちこちからやってくる通信データの内容確認、
整合性をチェックするのが目的です。

今回のは単純ログ。
受けた内容を取りこぼさずにログできればOKと。
その前段階のテストプログラムです。

　・送信側
　　　ダウンロード - tx_data_2ch1.txt
　・受信側
　　　ダウンロード - rx_data_2ch1.txt

これからもうちょい「身を付けて」(太らせて)
SDカードにログできるように手直しします。

もう一つ、こんなモードもいるかな。
ch1をマスター、ch2をスレーブに接続。
ch1がch2にコマンドを送って、ch2からの返答を
待つような通信だと、ch1の受信後、ch2を待って
から1行の電文にして出力。

mode0のように電文が別の行だと、後処理で
まとめなくてはなりません。
mode1のように1行が固定文字数だと、例えば
グラフ化のためGNUPLOTに食わすのも楽になります。

ATmega4809 だとシリアルが4本(40pin DIPだと3本)。
もっとチャンネルを増やせます。

それにしても、ラズピコの内部処理がつかみ切れません。
シリアル通信の割り込み、バッファを増やしたいんだけど、
・・・わからんまま。
　　Arduino IDEで使ってる環境のせい？
　　Earle F. Philhower, III 版だとどうだ？を
　　調べるほうがエエかも。

Arduino IDEでのラズピコ開発環境

Arduino IDEのボードマネージャーを
見たら、いつのまにやら「Earle F. Philhower, III」版
のが出てこなくなっています。

ラズピコを触り始めた時は・・・出てきたような。
「Arduino Mbed OS RP2040 Boads」というのだけに。
　　※下のは非推奨と

トラ技2022年5月号で、これをっと推奨されていた
「Earle F. Philhower, III」さんのはどこへ？

ラズピコ、USB以外のシリアル通信ポートが二つ
載っています。
Serial1とSerial2で行けるはずだったんですが、
今の環境だと、Serial2を使うのに
こんなおまじないが必要でした。
　UART Serial2(4, 5, NC, NC);　　// そのままではSerial2が
　　　　　　　　　　　 // 使えないのでピン番号指定を実行

シリアルの送受バッファの問題もあり、
ラズピコ、なかなかむつかしいです。

※追記
「Earle F. Philhower, III」版の設定が出なくなっていたの、
　　「追加のボードマネージャーのURL」
が変わっていたのが原因でした。
設定し直したらちゃんと出現しました。

ラズピコ analogWriteの誤差

ラズピコのanalogWriteで 1/255 ～ 254/255と
デューティ比を変えた時、出力されるH/Lパルス幅から
実測したデューティ比の差を示したのがこのグラフ。
設定値を1変化させた時の測定クロック数の差を書き
加えました。

16MHzのクロック数で128(8μs)が続いた後、、
13あるいは14カウントごとに96(6μs)が
出現しています。

この13と14がどこから来るのか・・・
その推測です。

ピコのクロックは125MHz。
analogWriteの周波数は500Hz。
PWMの分解能が255。
　　で、125e6 ÷ 500 ÷ 255 = 980.392

RP2040のPWM分周回路、最大が 1/255.9375。
　　m・n/16で設定できます。

980.392は256を越えるので1/256すると 3.82966
整数部が 3 で 小数部が 0.82966。
小数部は 1/16 単位なので
　　0.82966 × 16 = 13.2745

「13」と「14」の間。
こんな数字が出てきました。

元クロック周波数とPWM周波数、そして分解能から
求める分周比、そして最終的なパルス幅設定値の計算に
浮動小数点を使っているからかと推測できます。

ラズピコのPWM。やっぱしanalogWriteは捨てちゃえ #2
これ↑の手法、PWMの分解能とH/Lパルス数は整数と整数の
乗数で設定するので実パルスとの誤差は生じません。
その代わり、主クロックからPWMの周波数を計算するところで
誤差が生じます。

PWMでDACするなら(analogWriteを名乗るなら)、デューティ比
に誤差が出るのはあきません。

ラズピコのPWM。やっぱしanalogWriteは捨てちゃえ #2

2023年2月21日：ラズピコのPWM。　やっぱしanalogWriteは捨てちゃえ
この続き。

ラジオペンチさんのコメント
　　「せっかくだから analogWritePure なんて関数・・・」と
ありましたので、難しいことはせずにサクッとまとめてみました。
　　　※サクッとで、エラーチェックや
　　　　数値範囲チェックはしてません。

関数は2つ。

　int pwmStart(pin_size_t pin, int val, int range, int frq)
まず、これで
　分解能　range と　周波数　frq から、
val値に対する乗数を計算します。
　pinはPWM出力ピン番号。　valはPWM幅。

というのはピコのPWM、クロックが125MHzで分周器の最大が
8bitの256未満 (m・n/16の浮動小数点で設定できる)という
制限があるのです。

PWM周波数500Hzで8bit分解能だと分周比が976.56になって
しまい、256.0を越えてしまいます。
そこで、PWM幅を得るval値にmlt値を乗じるようにして、
分周比が256.0を越えないようにします。

PWM周波数1kHzで分解能が100だと分周比が1/250で、
PWM幅valへの乗数が5となります。
val値0でL、100でH。
１～99でデューティ1%～99%が出てきます。

pwmStartの返り値である乗数(mlt)を得たあとは、
この関数↓でPWM幅を出力。
　void pwmVal(pin_size_t pin, int val, int mlt)
浮動小数点計算が不要な分、処理が早くなります。

テストプログラムを走らせるとこんな感じ。
　　USBで通信　出力ピンをオシロで観察

# Pico PWM Test #5 (2023-02-22)　Entでタイトル出力
# PWM Port >22　　　　　　出力ピン番号
# PWM Freq (500Hz) >1000　PWM周波数
# PWM Range (256) >100　　　分解能 0～100で
PWM:22 m:5 1/250.000　　　mltとclkdiv値

# PWM Data >10　　10だとデューティ10%
10/100 10.000%
# PWM Data >99
99/100 99.000%
# PWM Data >45
45/100 45.000%
# PWM Data >33
33/100 33.000%

# PWM Data >　　Entだけ入力で最初から
# PWM Port >
# PWM Port >19　　出力を19ピンに
# PWM Freq (500Hz) >800　　周波数を800Hzに
# PWM Range (256) >1000　　分解能を1000に
PWM:19 m:1 1/156.250　　mltとclkdivが確定

# PWM Data >120
120/1000 12.000%
# PWM Data >990
990/1000 99.000%
# PWM Data >10
10/1000 1.000%

# PWM Port >19
# PWM Freq (500Hz) >1200　　1200Hz
# PWM Range (256) >4096　　分解能12bitで
PWM:19 m:1 1/25.431　　mltとclkdivが確定
# PWM Data >100
100/4096 2.441%
# PWM Data >4000
4000/4096 97.656%
# PWM Data >4095
4095/4096 99.976%
# PWM Data >4090
4090/4096 99.854%

1Hz単位でPWM周波数が設定できます。
PWM分解能も「2^n」だけでなく、100とか1000に
できるので、10進でPWMデューティを設定する時に
便利かと。
分解能が偶数だと、半値で1/2デューティが得られます。

※テストプログラム
　　・ダウンロード - pwm_serial_in5.txt

Arduino IDEの環境によってはコンパイルエラーが出るかも。

※ pwmStart() 実行時間


※ pwmVal() 実行時間

ラズピコのPWM。 やっぱしanalogWriteは捨てちゃえ

2023年2月20日：ラズピコのPWM。　なんかおかしいような #2
この続き。

ここ↓で、PWMを使ったタイマー割り込みを試していました。
2022年4月12日：Arduino IDEでラズパイ・ピコ：1msタイマー割り込み
それの応用で500HzのPWMを確認してみます。
　　※analogWriteを捨てるための実験です

/****************************/
/*      ＰＷＭ出力          */
/****************************/
#include "pwm.h"   // PWM処理に必要
//  PWMデータ
int   pwm_port;         // PWMポート番号
int   pwm_range = 256;  // PWM レンジ 初期値は256
int   pwm_data;         // PWM設定値データ
/***** PWM出力     *****/
//  pinに出力  valがPWM H区間 最大がrange
//  val=0ならL出力 val=rangeならH出力
//  ピコのクロックは125MHz
//  val,rangeを10倍して処理
//  set_clkdivは256.0未満  m・n/16で分周
//  set_wrap,set_chan_levelはuint16_tなので65535がmax
void pwmWrite(pin_size_t pin, int val, int range)
{
uint sn;    // slice number
    gpio_set_function(pwm_port, GPIO_FUNC_PWM);  // ポートはPWM出力で
    sn = pwm_gpio_to_slice_num(pwm_port); // スライス番号を得る
    pwm_set_clkdiv(sn, 97.66);            // 1.28MHzに
    pwm_set_wrap(sn, (10 * range) - 1);   // 256で500Hz
    pwm_set_chan_level(sn, (pwm_port & 1), 10 * val);  // ch-A,ch-B
    pwm_set_enabled(sn, true);      // PWMスタート
}

グラフにすると、よく分かるかと。
　　　※前のと同じスケールで

　　　※拡大

へんな周期性は見えません。

「半値」のあたりはこんな具合。

・range = 255で
 PWM発生　　実測値　　　n/255で 　実測値　　　差分
  n 1/255   H    H+L
 126 255  15744 31864   49.412%   49.410%   -0.002% 
 127 255  15870 31865   49.804%   49.804%   -0.000% 
 128 255  15995 31865   50.196%   50.196%    0.000% 
 129 255  16120 31865   50.588%   50.588%    0.000% 
 130 255  16245 31865   50.980%   50.981%    0.000% 

・range = 256で
 PWM発生　　実測値　　　n/255で 　実測値　　　差分
  n 1/256   H    H+L
 126 256  15745 31990   49.219%   49.219%   -0.000% 
 127 256  15870 31990   49.609%   49.609%   -0.000% 
 128 256  15995 31990   50.000%   50.000%    0.000% 
 129 256  16120 31990   50.391%   50.391%    0.000% 
 130 256  16245 31990   50.781%   50.781%    0.000% 

実測値は16MHzのクロックでサンプリングしたHとLのパルス幅です。
128/255も128/256も期待値が出ています。

◆テストプログラム
　　・ダウンロード - pwm_serial_in4.txt

(.inoではなく.txtにしてます。　UTF-8Nエンコード)

ラズピコのPWM。 なんかおかしいような #2

ラズピコのPWM。　なんかおかしいような
これの続きです。

analogWrite()を処理しているソースを探し出すと
どうやらこれのようです。

void analogWrite(pin_size_t pin, int val)
{
  if (pin >= PINS_COUNT) {
    return;
  }
  float percent = (float)val/(float)((1 << write_resolution)-1); // ★1
  mbed::PwmOut* pwm = digitalPinToPwm(pin);
  if (pwm == NULL) {
    pwm = new mbed::PwmOut(digitalPinToPinName(pin));
    digitalPinToPwm(pin) = pwm;
    pwm->period_ms(2); //500Hz
  }
  if (percent < 0) {
    delete pwm;
    digitalPinToPwm(pin) = NULL;
  } else {
    pwm->write(percent);
  }
}

★1のところで、write_resolutionが
　　8bitなら255に、
　　10bitにしたら1023に。
これがデューティ100%での浮動小数点除算の
除数になります。
つまりPWMの出力が出力がHに固定される値です。

得られた「percent」値がデューティ比でそれを
　　pwm->write(percent);
でPWM出力しています。
　　※「pwm->write」の中味はまだ追いかけてません
このanalogWriteをこんなふうに書き換えました。
　　(1 << m) - 1
をやめて、「write_resolution」を任意の値に設定でき
るようにします。

/***** PWM出力     *****/
//  analogWiteの代替
//  フルスケールはpwm_range -1
//  元々は (1 << write_resolution)-1 で8bitなら255に
void pwmWrite(pin_size_t pin, int val, int range)
{
float percent;      // デューティサイクル
    if(pin >= PINS_COUNT){
      return;
    }
    percent = (float)val / (float)range;   // デューティ比を計算
    mbed::PwmOut* pwm = digitalPinToPwm(pin);
    if(pwm == NULL){
        pwm = new mbed::PwmOut(digitalPinToPinName(pin));
        digitalPinToPwm(pin) = pwm;
        pwm->period_ms(2);           // 500Hz PWM周波数
    }
    if(percent < 0){
        delete pwm;
        digitalPinToPwm(pin) = NULL;
    }
    else{
       pwm->write(percent);     // デューティ指定でPWM出力
    }
}

これで、フルスケール値(デューティ100%）を任意に書き換え
できます。

で、試してみました。
デューティ計算値と実測値の差をグラフにします。
まず、n/255 と n/256。

微妙に変動の周期が異なります。
n/256にしても半値の128で差が生じました。
128／256で50.000%になるはずが、実測値49.950%
で、-0.050%の差です。

そして、試したのがn/100、n/105、n/200、n/250の４つ。

10^0桁が0の100、200、250は右下がりの直線になりましたが、
n/105が「なんじゃこれは」に。

デューティ比の設定がfloatなのが問題なのかなぁ。
「pwm->write」の中味を調べなくっちゃというところ
でしょうね。

ラズピコのPWM。 なんかおかしいような

ありゃま。ラズピコがおかしくなった。　PWMを調べたかったのに
これの続き。
　　書き込み出来なかったのはUSB回りのゴソゴソ。
　　　　よく分からんけど。
　　2022年4月13日：Arduino IDEでRaspberry Pi Pico：Win7でのUSB問題解決です
　　　　これで使ったZagig.exeを触ってたら
　　　　書き込みできるようになりました。

さて、ラズピコのPWM。
なんかおかしい。
単純な整数値でPWMしてたら誤差なんて出ない(1clkの変動
はあるだろけど)はず。
　　analogWriteと名乗るからにはちゃんとしてほしい。

まず、テストで使ったスケッチ
　　　・ダウンロード - pwm_serial_in1.txt
　　　　　(ファイルタイプを.inoではなく.txtにしてます)

・USBでシリアル通信。
・スケッチを書き込み後ターミナルを起動。
・最初の「CR」入力でタイトルを出力。
・次に使うPWMポート番号を入力。
　　　# PWM Port >
　　そのポートに対しデューティ50%の
　　(つもりの)波形を出力
・その次からPWMデータ入力を繰り返し。
　　　# PWM Data (0...255) >
　　0～255の入力で設定したポートに
　　analogWriteでPWM値を設定
・「CR」だけだとPWMポート番号入力に戻る。
・データを「-1」で設定したらPWM値を順番に
　増加させるモードに
　1～254まで2秒ごとに+1。
　254で停止。
　設定したPWM値はSerial1にも出力。
　　　これをデューティチェッカの出力とともに記録。
　　　デューティチェッカの出力サイクルが1秒なので
　　　ピコは2秒ごとにPWM値を変更。

設定したデューティ「n/255」値とデューティチェッカで
拾ったH/Lクロック数から計算した実デューティの差を
グラフにしたら、こうなりました。

デューティ比の差が「-0.1～0.0」を周期的に変動。
なんなんだこれは。

まず、測定した生データ。
設定したPWM値とデューティチェッカで拾った値です。
　　・ダウンロード - pico_pwm2a.txt

そこからそれぞれのデューティ比を計算。
　　・ダウンロード - pico_pwm3a.txt

その２つのデューティの差をグラフにしたのが↑。