ラズベリー・パイPico/Pico W攻略本(ボード・コンピュータ・シリーズ) [単行本]

ラズベリー・パイPico/Pico W攻略本(ボード・コンピュータ・シリーズ) の 商品概要

• 目次

  本書は月刊『Interface』2021年8月号に掲載した記事を中心に加筆・再編集したものです．
  
  ☆目次
  
  ●はじめに
  
  ◎51×21mmの小さなボディにデュアル・コアCPUと高機能I/Oコントローラを凝縮
  ●第1章　これがラズベリー・パイPicoだ
  
  ◎カメラやLCDを搭載するAI向け高機能タイプも
  ●第2章　RP2040搭載ボード&Pico用拡張ボード図鑑
  RP2040搭載マイコン・ボード
  ラズベリー・パイPico対応拡張ボード
  
  ◎1200円で買える無線マイコン・ボード！CとMicroPythonでLチカ&HTTPクライアントを試す
  ●第3章　PicoのWi-Fi版「Pico W」
  ボード構成
  ハードウェア仕様
  C/C++SDK
  MicroPython
  
  ◎搭載マイコン・チップRP2040は単体でも販売されるから製品開発にも使える
  ●Appendix1　今マイコンを始めるならコレ！Picoがお勧めな理由
  
  ◎ラズベリー・パイやPCのI/Oボードとして活躍しそう！そうなれば強力なIoT端末が作れそう
  ●Appendix2　Picoマイコンの立ち位置
  
  ◎教育/試作/業務まで幅広く使える
  ●Appendix3　公式の開発言語はC/C++とマイコン用Python
  標準的な開発環境が公式から提供されている
  MicroPython実行環境としてのラズベリー・パイPicoの特徴
  初心者はCircuitPythonという選択肢もある
  
  ☆第1部　開発のための基礎知識
  
  ◎開発環境の構築方法からPico C/C++SDK付属サンプル・プログラムの試し方まで
  ●第1章　開発環境1…ラズベリー・パイ4を使った公式推薦のプログラミング
  公式ウェブ・サイトから情報入手
  開発環境の構築
  任意…PCからラズベリー・パイ4Bの遠隔利用
  サンプル・プログラム1…定番「Lチカ」
  サンプル・プログラム2…UART通信
  サンプル・プログラム3…A-D変換
  サンプル・プログラム4…温度/湿度/気圧センサ
  サンプル・プログラム5…時計機能RTC
  サンプル・プログラム6…小型液晶ディスプレイ
  
  ◎ラズパイ4向けの公式C/C++ SDKをWindowsやLinuxで使う
  ●第2章　開発環境2…PCだけでPicoをプログラミング
  PCだけでPicoの開発ができる
  環境構築
  サンプルを動かしてみる
  新規プロジェクトの作成
  PC同様にデバッガも使える
  デバッグ環境の構築
  Picoprobeでデバッグしてみる
  統合開発環境を使ってGUIでデバッグ操作する
  
  ◎VS Codeからリモート接続！メインPC環境に手を入れずに公式SDKが使える
  ●第3章　開発環境3…PCからラズパイ経由でPicoをプログラミング
  きっかけ…ラズパイ上の公式SDKをPCから快適に操作したい
  セットアップの手順
  
  ◎Arduino IDEで開発したスケッチをステップ実行！ブレーク・ポイント設定や変数などの情報を見える化
  ●第4章　汎用デバッガ×VS Codeで構築するデバッグ環境
  ステップ1：Arduino IDEにPicoの開発環境を追加する
  ステップ2：汎用デバッガJ-LinkとPicoの通信を試す
  ステップ3：J-Link×VS Codeでスケッチをデバッグする
  
  ◎新たな後継マイコンが登場してもアプリ側で対応しやすい
  ●第5章　公式C/C++ SDKの構造とRP2040ハード機能の使い方
  SDKの階層構造
  ボードの定義
  RP2040のハードウェア機能を使うには
  
  ◎流入/流出電流値や内部プルアップ/プルダウン抵抗値など
  ●第6章　実験でチェック! I/O端子の実力
  GPIOを動かす前に知っておきたい基礎知識
  実験①　GPIO端子はどれくらいの電流を流せるのか
  実験②　GPIO端子はどれくらいの電圧を出せるのか
  実験③　GPIO端子にはどれくらいの電圧を加えられるか
  実験④　プルアップ/プルダウン抵抗の効果
  
  ◎多数ある拡張ボードを利用してサクッと試作
  ●第7章　Arduino互換ボード利用のススメ
  Arduino Uno系の基板のピン配置
  Arduinoシールドのピン配置
  Picoの互換基板のデザイン
  Arduino IDEによる動作確認
  
  ◎新定番になりうるのか？スペックの違いから特徴が生きる用途を考える
  ●Appendix1　700円マイコンESP32とPicoを比べてみた
  Picoの特徴
  こんな用途に
  
  ☆第2部　変幻自在プログラマブルI/O
  
  ◎ハードウェア詳細とC/C++ SDKによる開発
  ●第1章　使い方完全マニュアル
  PIOのハードウェア
  プログラムには専用のアセンブリ言語を使う
  PIOアセンブリ命令
  実装例1：UARTを実装してみる
  実装例2：PIO版ウォッチドッグ・タイマを実装してみる
  
  ◎正確なタイミングの高速I/Oを作れる
  ●第2章　プログラマブルI/Oの機能と簡易ライブラリ
  プログラマブルI/O機能のメリット
  C言語による開発環境の構築
  まずはLチカで動作確認
  I/Oピンを経由した信号出力
  Armプロセッサとの接続や信号入力
  異なるプログラムの並列実行
  
  ◎GPIOにはできない速度！リアルタイムがうれしい
  ●第3章　簡易ライブラリで複数のRCサーボや測距センサを動かす
  作例1：SPI入出力の処理
  作例2：PCからのRCサーボモータ制御
  作例3：PCへの距離センサ測定値伝送
  作例4：PCのパラレルI/Oポート
  
  ◎PIOアセンブリ・コードが手軽に作れる
  ●第4章　実機がなくてもデバッグできる簡易PIOエミュレータ
  開発のきっかけ
  エミュレーションの行い方
  PIOアセンブリ・コードの書き方
  実機での動かし方
  複数のステート・マシンを使うアプリの作成方法
  
  ☆第3部　ホストにもデバイスにもなれるUSB機能
  
  ◎USBホスト&デバイスのサンプル・プログラムを動かす
  ●第1章　USB周りのハードウェア概要とライブラリTinyUSBの使い方
  各機能ブロックの役割
  PicoはオープンソースのUSBライブラリを使う
  ホスト側サンプル・プログラムを動かす
  デバイス側サンプル・プログラムを動かす
  
  ◎PCからはHIDデバイス&マス・ストレージとして見える
  ●第2章　USBキーボードをCircuitPythonでサッと作る
  USBキーボードの構成
  PicoでCircuitPythonを使う手順
  押されたキーを判別する仕組み
  
  ☆第4部　リアルタイムOSを載せる
  
  ◎アマゾンのバックアップで機能が充実！複数の処理もマルチタスクでシンプルに書ける
  ●第1章　FreeRTOSを載せる方法
  開発環境
  製作…電光掲示板を例にマルチタスク・プログラミング
  
  ◎安定性や対応マイコンの多さなどから試作に使いやすい
  ●第2章　ITRON仕様OS TOPPERS/ASPの載せ方
  TOPPERS/ASPのPico対応
  ビルドの前に
  TOPPERS/ASPのビルド
  動作実験
  
  ☆第5部　人工知能を載せる
  
  ◎開発環境のセットアップからマイコン向けサンプルの試し方まで
  ●第1章　フレームワークTensorFlowの準備
  Pico用のTensorFlowリポジトリがある
  ビルド環境として利用するラズパイ4のセットアップ
  hello_worldで動作確認
  hello_world以外のサンプルを試す際にはセンサの実装が必要
  
  ◎加速度センサの値からスクワットやダンベル動作を推論する
  ●第2章　オリジナルの学習済みモデルを動かす
  ハードウェア
  マイコン向けのAIサンプル・アプリケーションを入手する
  データ収集のための変更点
  データ収集
  学習済みモデルを作る
  推論環境を作る
  推論を実行する
  
  ☆第6部　限界突破！開発事例
  
  ◎ちょっとしたデバイスをサッと動かすのにPicoは便利
  ●第1章　受信モジュールを利用したFMラジオの製作
  ハードウェア
  ソフトウェア
  Picoラジオを組み立てる
  コラム　Picoとラジオ・モジュール間の消費電流を下げるヒント
  
  ◎固定小数点演算/フィルタ/オシレータの工夫で
  ●第2章　リアルタイム処理のために軽量化！シンセサイザの製作
  ハードウェアの構成
  開発環境
  シンセサイザ3つの主要部品
  プログラム① 浮動小数点演算で信号処理
  プログラム② 固定小数点演算で信号処理
  プログラム③ 軽量化のための工夫① オシレータを軽量化1
  プログラム④ 軽量化のための工夫② オシレータを軽量化2
  プログラム⑥ 軽量化のための工夫④ フィルタを軽量化2
  プログラム⑦ さらなる軽量化のための工夫⑤ フィルタを軽量化3
  プログラム⑧ 軽量化のための工夫⑥ フィルタを軽量化4
  プログラム⑨ 軽量化のための工夫⑦ アンプを軽量化
  軽量化のまとめ
  プログラム⑩ USB通信に対応
  コラム　シンセサイザの制御
  
  ◎前章に改良を加える
  ●第3章　音の時間変化に対応したシンセサイザ作り
  開発環境
  プログラム1：オシレータ/フィルタ/アンプをモジュレーションに対応させる
  プログラム2：LFOの実装
  プログラム3：EGの実装
  プログラム4：制御処理を軽量化1
  プログラム5：制御処理を軽量化2
  プログラム6：USB通信に対応させる
  
  ◎リアルタイムOS TOPPERS/ASPを利用する
  ●第4章　128×128ドット・マトリクスLEDによる掲示板
  PIOを使ってマトリクスLEDに出力するサンプルhub75
  製作する電光掲示板
  ハードウェア
  ソフトウェア
  ビルド環境の構築
  
  ☆第7部　Windowsでマイコン直たたき！RP2040の本質に迫る
  
  ◎C/C++でHello world！&Lチカ
  ●第1章　自前のプログラムをビルドする
  サンプル・プログラムをビルドする
  自前のプログラムをビルドする
  
  ◎WindowsのPowerShell内でmake一発でプログラムをビルドしたい
  ●第2章　公式SDKを使わずにLチカとUART通信
  公式SDKを使いたくない
  ブート・シーケンスのおさらい
  スタートアップ・ファイルを作る
  メイン・プログラムを作る
  実行形式のバイナリ・ファイルを生成
  UARTを使う
  コラム　SIO以外のレジスタもビット単位に書き込めないのか？
  
  ◎マルチコア・プログラムを公式SDKを使わずにアセンブラから書き下ろす
  ●第3章　LチカとHello World！を2コアで並列動作させてみた
  公式SDKを利用しないプログラム作り
  2つのコアを動かす
  コラム　盲腸のようなコードは何のため？
  
  ◎PIO専用アセンブラを使ってPWMパルス生成とUART通信
  ●第4章　噂のプログラマブルI/Oはこう使う
  ステート・マシンの命令
  2つのステート・マシンを同時に動作させる
  PCとUART通信する
  サイドセットを使ってみる
  
  ☆第8部　Picoのプロトタイプに! MicroPython
  
  ◎MicroPythonと相性抜群のThonnyで始める
  ●第1章　開発環境を構築する
  実行環境をPicoに書き込む
  開発環境Thonnyを導入する
  Thonnyが便利なポイント
  サッと動かす…Importして数行書くだけ
  
  ◎シリアル通信/PWM/ウォッチドッグ・タイマなど
  ●第2章　GPIO活用リファレンス
  Picoのペリフェラルの使い方
  Pin：GPIOにアクセスする
  ADC：アナログ値を読み取る
  UART：シリアル通信その1
  I2C：シリアル通信その2
  SPI：シリアル通信その3
  PWM：パルス幅変調信号を出力
  WDT：ハングアップを監視
  Timer：タイマを利用
  Signal：正論理/負論理を意識したI/O制御
  
  ◎浮動小数点演算とマルチスレッドの実行時間を他のマイコン・ボードと比較
  ●第3章　MicroPython×Picoの実力検証
  PicoのMicroPythonの実力を検証
  コラム　小さい数値の内部表現
  
  ◎ライブラリ一覧とプログラム開発のポイント
  ●第4章　PIOプログラミング[導入編]
  MicroPythonにはPIO用のライブラリも用意されている
  命令を効率よく実行する仕組み
  移植性を高めるためにGPIOの割り当てを抽象化
  MicroPythonからPIOでLチカしてみる
  コード・サイズを削減する工夫
  コラム1　正確なディレイ・サイクルの作り方
  コラム2　PIO向け関数のコンパイル処理
  
  ◎定番Lチカからスイッチ入力，ロータリ・エンコーダ用ドライバまで
  ●第5章　PIOプログラミング[事例集]
  プログラム① NOP命令だけを実行する
  プログラム② LED点滅
  プログラム③ MicroPythonからLED点灯を制御
  プログラム④ スイッチON/OFF状態をPIOから取得する
  プログラム⑤ IRQを利用しステート・マシン間で処理を同期化する
  プログラム⑥ ロータリー・エンコーダ用ドライバの作成
  
  ◎ESP32向けに書いたMicroPythonプログラムをPico向けにCircuitPythonで書いてみた
  ●第6章　CircuitPythonの特徴と互換性
  2つの言語の使いやすさ
  入手可能なバージョン
  プログラミングの観点で2つの言語の相違点，ソースコードの相互利用について
  ESP32版MicroPythonで作成したサンプルからの移植
  
  ☆第9部　C++を利用してPico用のMyicroPython拡張モジュールを作る
  
  ◎STM32向けを流用して，ラズベリー・パイPicoとRZマイコンで試す
  ●第1章　開発の準備…環境構築とビルド&拡張の手順
  MicroPythonの内部アーキテクチャ
  MicroPythonの開発ツール
  GitHubリポジトリのフォルダ構成
  ソースコードのビルド
  拡張モジュールを作るには
  OpenOCDによるデバッグ
  
  ◎Arduino用C++ライブラリを改造してPico用MicroPythonの拡張モジュールに作り替える
  ●第2章　拡張事例1…8×8マトリクスRGB LED
  拡張機能の実装
  実際に表示させる
  
  ①フォント描画，②SPI通信，③ファイル・システム
  ●第3章　拡張事例2…SPI接続のLCD
  拡張機能の実装
  LCDへの画像ファイルの転送
  
  ◎ESP8266を利用しクラウドAWSにMQTTでトピックをパブリッシュするまで
  ●第4章　Wi-Fiネットワークの追加
  MicroPythonのネットワーク・アーキテクチャ
  Wi-Fiネットワーク・ドライバの実装
  クラウドへのアクセス
  
  ◎LCDやカメラの拡張モジュールを作る
  ●第5章　おまけ…ルネサス・マイコンでの事例
  GR-MANGOボードの仕様
  GR-MANGO向けのMicroPythonを作るには
  マイコン・レジスタにアクセスするモジュールを作る
  MicroPythonでRZマイコンの汎用入出力ポートを操作する
  LCDおよびカメラ関連の周辺機能を用意する
  Pico向けに作ったLCD拡張クラスとDISPLAY拡張クラスの実装
  CAMERA拡張クラスの実装
  コラム　MicroPythonのプログラムの学び方
  
  ☆第10部　Pico W活用事例
  
  ◎せっかくだからPico Wを簡単なウェブ・サーバにしてみた
  ●第1章　公式サンプルの活用法
  Picoからのハードウェアの変更点
  Picoからのソフトウェアの変更点
  サンプル・プログラムのコンパイル
  サンプル・プログラムを動かす
  main.pyの自動起動方法
  
  ◎Pico Wファームウェア書き

• 出版社からのコメント

  小型マイコン・ボード「ラズベリー・パイPico，Pico W(Wi-Fi対応版)」について，仕様から製作例までを幅広く解説．

• 内容紹介

  Picoは800円弱で入手でき，PCがあれば開発を始められます．安価ながら動作速度は100MHz超の高級マイコン・ボードです．Wi-Fi機能を追加したPico Wの販売も予定されています．本書はPico/Pico Wについて，仕様から実際の製作例までを幅広く解説します．

ラズベリー・パイPico/Pico W攻略本(ボード・コンピュータ・シリーズ) の商品スペック