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    Raspberry Pi Pico em C/C++ com VS Code e MinGW para Windows (SEM Build Tools for Visual Studio!)

 

Raspberry Pi Pico
Raspberry Pi Pico

 

Introdução

A Raspberry Pi Pico é uma placa de baixo custo, fabricada pela Fundação Raspberry Pi, dotada de um microcontrolador ARM dual-core, e destinada a projetos de Eletrônica Embarcada (Embedded), Internet das Coisas (IoT), dentre muitas outras aplicações.

A Pico, diferente das Raspberry Pi clássicas (ou da Zero Module), não roda um Sistema Operacional por padrão (apesar de existir esforço de alguns ports de RTOS). Também existe esforço da comunidade para suportar a Pico na Arduino IDE, e programá-la usando Wiring/Processing, já popular com o Arduino.

De forma oficial, suportada pela Fundação Raspberry Pi, a programação da Pico pode ser feita usando uma das linguagens: C/C++ (permitindo inline Assembly, se necessário) ou Python.

A programação em Python oficialmente pode ser feita usando o MicroPython ou alternativamente, com o CircuitPython.

De todas essas abordagens, as linguagens de programação mais simples talvez sejam Python e em segundo lugar Wiring/Processing (Arduino), e as mais complexas (e completas), C e C++.

No entanto, ao se programar com Python, por exemplo, há o incoveniente de exigir a gravação prévia do binário (UF2) do interpretador (MicroPython ou CircuitPython) na Pico, e de necessitar disponibilizar o código-fonte (arquivos *.py) para carga através do terminal interativo do Python (via USB-Serial).

Dependendo do projeto, isso pode ser problemático, já que faria mais sentido apenas disponibilizar um único arquivo binário (UF2) para ser gravado através da função BOOTSEL da Pico (como se ele fosse um pendrive USB), sem se revelar detalhes do código-fonte.

Esse último caso, pode ser conseguido com a programação nas linguagens C ou C++, que produzem um único arquivo binário (UF2) diretamente para gravação na Pico.

De acordo com o Datasheet da Raspberry Pi Pico para o C/C++ SDK, a configuração do ambiente de desenvolvimento no Sistema Operacional GNU/Linux é bastante simples, especialmente se for uma distribuição derivada do Debian (como Raspbian ou Ubuntu, por exemplo).

Já no Sistema Operacional Microsoft Windows, as coisas não são tão simples assim. O Datasheet explica o que é necessário para essa instalação, mas requer o download de pacotes muito volumosos de ferramentas, como o Build Tools for Visual Studio (cerca de 6GB).

Este tutorial tem a finalidade de propor uma configuração alternativa de ambiente de desenvolvimento para a Raspberry Pi Pico para Windows, usando o conjunto de compiladores opensource MinGW, ao invés do volumoso Microsoft Build Tools for Visual Studio, mas mantendo a IDE Visual Studio Code (que pode ser até mesmo facilmente trocada por outra, como Eclipse, por exemplo).

É importante salientar que, independente da opção instalada (MinGW ou Build Tools for Visual Studio), a performance geral de compilação no Microsoft Windows é menor do que no GNU/Linux.

 

Requisitos
  • Raspberry Pi Pico e cabo MicroUSB para conexão ao PC;
  • Microsoft Windows 10 (64 bits de preferência). Versões anteriores, como 7 ou 8 podem até funcionar, mas não são oficialmente suportadas pela Fundação Raspberry Pi para o Pico;
  • Conexão a Internet;
  • Permissões de Administrador no Windows.

 

Sumário
  1. Configurar Pasta de Instalação
  2. Instalar GNU ARM Embedded Toolchain
  3. Instalar MinGW
  4. Instalar Doxygen [Opcional]
  5. Instalar GraphViz [Opcional]
  6. Instalar CMake
  7. Instalar Python
  8. Instalar Git
  9. Baixar Repositório Pico C SDK e Exemplos
  10. Atualizar Variáveis de Ambiente
  11. Instalar Visual Studio Code
  12. Compilar Exemplo e Gravar na Pico

 

Lista de Pacotes usados neste Tutorial

 

1. Configurar Pasta de Instalação

É uma boa prática que todos os pacotes para desenvolvimento da Pico sejam instalados em subpastas de uma mesma pasta, na raiz de uma unidade. O nome dessa pasta não deve conter espaços.

Uma boa sugestão é criar inicialmente a pasta C:\pico, usando o Windows Explorer.

Pasta C:\pico
Pasta C:\pico

 

2. Instalar GNU ARM Embedded Toolchain

O pacote GNU ARM Embedded Toolchain contém o conjunto de compiladores ARM necessários para compilar o código-fonte C e C++ para o microcontrolador RP2040 (presente na Raspberry Pi Pico).

Abra a página de downloads do GNU ARM Embedded Toolchain, e baixe o instalador mais recente para Windows. Na data de escrita deste tutorial, a versão utilizada foi gcc-arm-none-eabi-10-2020-q4-major-win32.exe.

Execute o instalador. Quando solicitado, altere o local de instalação para C:\pico\gcc-arm. O instalador preencherá automaticamente a pasta de destino com o nome da versão atual do conjunto de ferramentas.

GNU ARM Embedded Toolchain
Local de instalação do GNU ARM Embedded Toolchain


Continue com o processo de instalação. Na última tela, deixe todas opções selecionadas.

GNU ARM Embedded Toolchain
Opções de instalação do GNU ARM Embedded Toolchain

 

3. Instalar MinGW

Para gerar binários para a Pico, é necessário antes compilar alguns utilitários de sistema a partir do código-fonte, tais como elf2uf2 e picoasm. Para GNU/Linux, isso é feito a partir dos compiladores básicos gcc e g++, instalados geralmente a partir de sudo apt install build-essential, no caso de distribuições derivadas do Debian. No Microsoft Windows, a maneira oficialmente suportada pela fundação Raspberry Pi é utilizar os compiladores do Microsoft Visual Studio (cl.exe, link.exe e nmake.exe), disponibilizado de maneira gratuita através do pacote Build Tools for Visual Studio, que tem cerca de 6GB, sendo o download total realizado por um instalador online.

Ao invés disso, neste tutorial, será utilizado o MinGW (são apenas 43MB de download).

MinGW (abreviação de Minimalist GNU for Windows) é uma coleção de compiladores e linkers de código aberto, que permitem construir aplicativos nativos (escritos em linguagens como C e C++), para Microsoft Windows.

Realize o download do MinGW para Windows no site do projeto MinGW-w64. No caso deste tutorial, foi usada a versão 8.1.0, threads POSIX, modelo DWARF, target i686.

O arquivo i686-8.1.0-release-posix-dwarf-rt_v6-rev0.7z deverá ser extraído para a pasta C:\pico\mingw32. Se precisar do 7-Zip, o download pode ser feito aqui: 7-Zip Download Page.

MinGW
Pasta de instalação do MinGW


Após a instalação, abra um Prompt de Comando do Windows, e execute o comando:

  1. echo mingw32-make %* > C:\pico\mingw32\bin\make.bat

Isso irá configurar o comando make para chamar, via linha de comando do Windows, o utilitário disponibilizado no pacote do MinGW.

Agora abra o Git Bash, e execute os comandos:

  1. echo "alias make=mingw32-make.exe" >> ~/.profile
  2. source ~/.profile

Isso irá configurar o comando make para chamar, via Git Bash, o utilitário disponibilizado no pacote do MinGW.

Git Bash
Configuração do Git Bash para o MinGW

 

4. Instalar Doxygen [Opcional]

O Doxygen é um utilitário responsável por criar documentação (HTML, LATEX, Unix Man Pages, RTF ou PostScript) a partir de comentários anotados em código-fonte. Suporta várias linguagens, incluindo C e C++.

O Doxygen não é necessário para compilar binários para a Raspberry Pi Pico, mas pode ser útil se deseja criar alguma documentação de API ou SDK, especialmente para compartilhar com outros membros da equipe, ou com a comunidade envolvida no projeto.

Para instalar o Doxygen, faça download da última versão para Windows na Página de Downloads do Doxygen. A versão utilizada neste tutorial foi a doxygen-1.9.1-setup.exe.

Execute o instalador. Quando solicitado, altere o local de instalação para C:\pico\doxygen. Instale todos os componentes.

Doxygen
Local de instalação do Doxygen

 

5. Instalar GraphViz [Opcional]

O GraphViz é um pacote de software capaz de gerar gráficos a partir de uma API de programação em linguagens como C/C++, Python, C#, Ruby. É usado pelo Doxygen para gerar diagramas de classe, dependência entre pacotes, etc.

O GraphViz não é necessário para compilar binários para a Raspberry Pi Pico, e só faz sentido ser instalado se o Doxygen também for instalado.

Para instalar o GraphViz, faça download da última versão para Windows na Página de Downloads do GraphViz. A versão utilizada neste tutorial foi a stable_windows_10_cmake_Release_x64_graphviz-install-2.47.1-win64.exe.

Ao executar o instalador, em Install Options, selecione a opção Add Graphviz to the system PATH for all users.

GraphViz
Opções de instalação do GraphViz


Quando solicitado, digite o local de instalação (Pasta de destino): C:\pico\graphviz.

GraphViz
Local de instalação do GraphViz

 

6. Instalar CMake

CMake é um utilitário de build, que ajuda a automatizar o processo de construção de programas. Diferente do Make, ele não chama as ferramentas compilador/linker, mas gera estruturas de arquivos e diretórios (dependentes da plataforma) necessárias à execução do Make. O SDK do Raspberry Pi Pico depende do CMake para ajudar a criar esses arquivos de construção.

Efetue o download da versão mais atual do CMake, no site oficial: Página de Downloads do CMake. A versão usada neste tutorial foi a cmake-3.20.1-windows-x86_64.msi.

Execute o instalador e aceite a licença do usuário. Em Install Options, selecione Add CMake to the system PATH for all users.

CMake
Opções de instalação do CMake


Em Destination Folder, escreva o caminho C:\pico\cmake.

CMake
Caminho de instalação do CMake

 

7. Instalar Python

O SDK da Pico precisa do Python para criar scripts e automatizar algumas das funções de build.

A versão de Python recomendada no Datasheet da Raspberry Pi Pico para o C/C++ SDK, é a 3.9 ou superior. Note que esta versão não suporta Windows 7, e versões de Python inferiores a esta talvez não funcionem com a Pico.

Faça download do instalador da versão mais recente do Python em Página de Downloads do Python. A versão usada neste tutorial foi a python-3.9.4-amd64.exe.

Execute o instalador. Na primeira tela, mantenha marcadas as opções Install launcher for all users (recommended) e Add Python 3.9 to PATH. Escolha a opção Customize installation.

Python
Opções de instalação do Python


Em Optional Features, deixe todas opções marcadas. Em Advanced Options, selecione Install for all users, deixando assim as 5 primeiras opções marcadas. Em Customize install location, digite C:\pico\python.

Python
Opções de instalação do Python


Clique em Install Now e aguarde a instalação do Python.

Ao final do processo de instalação, selecione a opção Disable path length limit. Caso esta opção não esteja disponível, ou deixe para fazer isso depois, é importante desativar manualmente o limite de comprimento MAX_PATH para que o SDK da Pico funcione. O SDK da Pico (e outros SDKs de outras placas) geralmente tem árvores de diretório longas e aninhadas, resultando em nomes de caminho que excedem o limite original do Windows (260 caracteres).

Python
Opções de instalação do Python


Caso não tenha selecionado a opção Disable path length limit no instalador do Python, ou queira fazer isso manualmente:

  1. Execute o regedit(Editor de Registro do Windows);
  2. Abra a subchave Computer\HKEY_LOCAL_MACHINE\SYSTEM\CurrentControlSet\Control\FileSystem;
  3. Adicione uma entrada de valor (se ainda não houver), com o nome LongPathsEnabled, do tipo DWORD;
  4. Altere os dados do valor para 1;
  5. Antes de usar as ferramentas de compilação para a Pico, o computador deve ser reiniciado.

Regedit
Habilitando caminhos longos de PATH

 

8. Instalar Git

O Git torna o download do SDK da Pico muito mais fácil, e a versão para Windows vem com o Git Bash, que é um shell bastante útil e que torna a linha de comandos do Microsoft Windows um pouco mais efetiva, como a do GNU/Linux. É possível até mesmo alterar o terminal padrão do VS Code para o Git Bash, tornando ele mais poderoso e semelhante ao GNU/Linux.

Faça o download do instalador do Git SCM mais recente para Microsoft Windows, a partir da Página de Downloads do Git for Windows. Neste tutorial foi usada a versão Git-2.31.1-64-bit.exe.

Execute o instalador. Use todas opções padrão. Quando chegar na tela pedindo para escolher um editor padrão, fique à vontade para escolher o que quiser. Uma boa opção é o Notepad++, e caso não tenha ele instalado, poderá selecionar o Notepad (padrão do Windows), se não quiser usar um editor em modo console.

Git for Windows
Opções de instalação do Git

 

9. Baixar Repositório Pico C SDK e Exemplos

O SDK da Pico contém uma coleção de ferramentas e bibliotecas usadas para facilitar o desenvolvimento na Raspberry Pi Pico (e outras placas com RP2040). Há também nos repositórios oficiais um conjunto de exemplos em C que são demonstrações úteis de como usar o SDK.

Para baixar o SDK e os Exemplos, clique com o botão direito na pasta C:\pico e escolha a opção Git Bash Here, para abrir o Git Bash já apontando para o diretório /c/pico.

Dentro do Git Bash, execute os comandos:

  1. git clone -b master https://github.com/raspberrypi/pico-sdk.git
  2. cd pico-sdk
  3. git submodule update --init
  4. cd ..
  5. git clone -b master https://github.com/raspberrypi/pico-examples.git

Pico SDK
Obtenção do SDK da Pico e dos Exemplos

 

10. Atualizar Variáveis de Ambiente

Algumas das ferramentas instaladas atualizam automaticamente as variáveis ​​de ambiente do Windows (especificamente, o Path). No entanto, algumas (como MinGW e o SDK), não. De qualquer forma, esta seção ajuda a identificar todas as variáveis necessárias.

Para verificar e alterar as variáveis ​​de ambiente, procure na Barra de Pesquisa do Windows pela palavra env. Escolha a opção Editar as variáveis de ambiente do sistema, e clique em Variáveis de Ambiente....

São necessárias as seguintes variáveis e entradas:

  • Path
    • C:\pico\mingw32\bin
    • C:\pico\gcc-arm\10 2020-q4-major\bin
    • C:\pico\python\Scripts\
    • C:\pico\python\
    • C:\pico\cmake\bin
    • C:\Program Files\Git\cmd
    • C:\pico\doxygen\bin (se Doxygen foi instalado)
    • C:\pico\graphviz\bin (se GraphViz foi instalado)
  • PICO_SDK_PATH
    • C:\pico\pico-sdk

Variáveis
Variáveis de Ambiente (Path)


A variável PICO_SDK_PATH deve ser criada, usando-se o botão Novo... em Variáveis do sistema; ou em Variáveis do usuário, caso queira que o SDK da Pico esteja disponível somente para o usuário corrente do Windows.

Variáveis
Variáveis de Ambiente (PICO_SDK_PATH)


Neste ponto, já deve ser possível abrir um Prompt de Comando do Windows (ou um shell Git Bash), e executar com sucesso comandos tais como: gcc -v, make -v e echo %PICO_SDK_PATH%.

Desta forma, o ambiente de desenvolvimento para a Raspberry Pi Pico já está configurado, porém sem uma IDE. Assim, já é possível escrever código com um editor de textos comum (como o Notepad++), e compilar projetos através da linha de comando, gerando binários UF2, prontos para gravar na Pico.

 

11. Instalar Visual Studio Code

A proposta deste tutorial é configurar a popular IDE multiplataforma Visual Studio Code, gratuita e fornecida pela Microsoft, para compilar projetos para a Raspberry Pi Pico. Porém, nada impede de ser utilizada outra IDE em seu lugar (como Eclipse, por exemplo), ou mesmo de não se usar nenhuma IDE.

Para instalar o Visual Studio Code, é necessário fazer download da última versão em Visual Studio Code Site. A versão instalada no momento de escrita deste tutorial foi a VSCodeSetup-x64-1.55.1.exe.

O Visual Studio Code pode ser instalado com todas opções padrão.

VS Code
Instalação do Visual Studio Code


Abra o Visual Studio Code, e na guia Extensões, instale as seguintes: CMake, CMake Tools, C/C++.

VS Code
Extensões do Visual Studio Code


A extensão CMake Tools deverá ser configurada para gerar arquivos para o MinGW. Para fazer isso, vá nas configurações da extensão CMake Tools, Extension settings, CMake: Generator, e digite o valor MinGW Makefiles.

VS Code
Configuração da Extensão CMake Tools

 

12. Compilar Exemplo e Gravar na Pico

A ideia deste tutorial é mostrar como compilar o exemplo blink disponibilizado pelo repositório pico-examples, que simplesmente faz o LED onboard da placa Pico piscar.

 

12.1. Compilar via Console

Para compilar e criar o binário via console (terminal), abra o Git Bash e execute os comandos:

  1. cd /c/pico/pico-examples
  2. mkdir build
  3. cd build
  4. cmake -G "MinGW Makefiles" ..
  5. cd blink
  6. make -j4

Caso use o Prompt de Comandos do Windows, os mesmos comandos ficam assim:

  1. c:
  2. cd \pico\pico-examples
  3. md build
  4. cd build
  5. cmake -G "MinGW Makefiles" ..
  6. cd blink
  7. make -j4

O comando make -j4 permite a compilação mais rápida, usando simultaneamente quatro núcleos do processador. Se seu sistema for dual-core, substitua -j4 por -j2.

 

12.2. Compilar via Visual Studio Code

Abra o diretório c:\pico\pico-examples com o Visual Studio Code. Ele irá perguntar se deseja configurar o projeto com CMake, responda sim.

Quando solicitado, escolha o kit de compilação GCC 10.2.1 arm-none-eabi, que corresponde justamente ao conjunto de compiladores GCC para ARM instalado anteriormente.

VS Code
Configuração de Kit de Compilação


Para alterar o terminal padrão do Visual Studio Code para o Git Bash, acesse o menu Terminal/New Terminal (Ctrl+Shift+'). Depois selecione a opção New Git Bash. Para tornar essa a seleção padrão sempre que abrir um novo terminal, selecione a opção Select Default Profile.

VS Code
Configuração de Terminal


Assim, existem duas formas de compilar o projeto: uma, usando o Terminal, e executando os comandos já descritos anteriormente (Compilar via Console). Outra, usando a IDE, clicando sobre o botão Build, na barra de status do Visual Studio Code.

Os arquivos gerados, incluindo o UF2, estarão dentro do subdiretório build.

VS Code
Compilação de Projeto


 

12.3. Gravar Binário na Raspberry Pi Pico

Para transferir o binário para a Raspberry Pi Pico, se faz necessário apertar o botão BOOTSEL da placa enquanto o cabo USB é conectado entre a placa e o PC.

Uma outra opção plausível, e que evita reconexões sucessivas do conector MicroUSB (e risco de quebra), é a instalação de um botão de RESET (que deve ligar o pino 30 - RUN - ao GND ao ser apertado). Assim, basta pressionar o BOOTSEL enquanto se aperta o RESET para colocar a Raspberry Pi Pico em modo de bootloader.

Ao entrar em modo de bootloader, a Raspberry Pi Pico cria uma unidade de armazenamento de massa (como se fosse um pendrive), onde o arquivo UF2 deverá ser gravado.

O Microsoft Windows mapeia a Raspberry Pi Pico então, como uma letra de unidade (que pode variar conforme o número de drives de armazenamento presentes no Sistema). Por exemplo, pode ser a unidade E:

Para gravar então o binário do exemplo blink, basta executar o comando:

  1. # Para Git Bash, supondo que a unidade da Pico seja a E:
  2. cp /c/pico/pico-examples/build/blink/blink.uf2 /e/

ou

  1. # Para Prompt de Comandos do Windows, supondo que a unidade da Pico seja a E:
  2. copy c:\pico\pico-examples\build\blink\blink.uf2 e:\

A unidade de armazenamento da Pico então será desmontada, e o programa binário, automaticamente executado.

Blink Example
Exemplo Blink em execução

 

Considerações Finais

O ambiente de desenvolvimento proposto neste tutorial, com um pouco de esforço, fica completamente funcional e utilizável, mesmo dentro do Sistema Operacional Microsoft Windows. Como demonstrado, o Windows não possui nativamente todas as ferramentas necessárias para desenvolvimento de software em geral, quanto menos para software embarcado ou cross-compiler.

Por isso, por questões de performance e facilidade de configuração, ainda é fortemente recomendado o uso do Sistema Operacional GNU/Linux para esse tipo de desenvolvimento.

A depuração (debug) é objeto para um outro artigo, pois a Raspberry Pi Pico necessita, conforme descrito no seu Datasheet, da compilação de ferramentas como o picotool e o OpenOCD.

 

Referências e Bibliografia

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https://developer.arm.com/tools-and-software/open-source-software/developer-tools/gnu-toolchain/gnu-rm/downloads

CMAKE. Get the Software (CMake). 2001.
https://cmake.org/download/

CNX Software. Raspberry Pi Pico Gets supports for Rust, RT-Thread OS and FreeRTOS. 2021.
https://www.cnx-software.com/2021/02/05/raspberry-pi-pico-gets-supports-for-rust-rt-thread-os-and-freertos/

GIT SCM. Git for Windows Downloads. 2005.
https://git-scm.com/download/win

GRAPHVIZ. Graph Visualization Software Download. 1991.
https://graphviz.org/download

GUSE, Rosana. Programando a Raspberry Pi Pico no Visual Studio Code. 2021.
https://www.filipeflop.com/blog/programando-a-raspberry-pi-pico-no-visual-studio-code/

HEESCH, Dimitri van. Doxygen Downloads. 1997.
https://www.doxygen.nl/download.html

HYMEL, Shawn. How to Set Up Raspberry Pi Pico C/C++ Toolchain on Windows with VS Code. 2021.
https://shawnhymel.com/2096/how-to-set-up-raspberry-pi-pico-c-c-toolchain-on-windows-with-vs-code/

MICROSOFT. Ferramentas de Build para Visual Studio 2019. 2019.
https://visualstudio.microsoft.com/pt-br/downloads/#build-tools-for-visual-studio-2019

MICROSOFT. Visual Studio Code. 2015.
https://code.visualstudio.com/

MINGW-w64 Project. MinGW-w64 for 32 and 64 bit Windows Web Site. 2007.
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MINGW-w64 Project. MINGW-w64 Download Files at sourceforge.net. 2007.
https://sourceforge.net/projects/mingw-w64/files/

PAVLOV, Igor. 7-Zip Download Page. 1999.
https://www.7-zip.org/download.html

PYTHON Software Foundation. Python Downloads. 2001.
https://www.python.org/downloads/

RASPBERRY Pi. Getting started with Raspberry Pi Pico. 2020.
https://datasheets.raspberrypi.org/pico/getting-started-with-pico.pdf

RASPBERRY Pi. Raspberry Pi Pico: Product Home Page. 2020.
https://www.raspberrypi.org/products/raspberry-pi-pico/

RASPBERRY Pi. Raspberry Pi Pico: Python SDK. 2020.
https://datasheets.raspberrypi.org/pico/raspberry-pi-pico-python-sdk.pdf

RASPBERRY Pi. Raspberry Pi Pico Examples. 2020.
https://github.com/raspberrypi/pico-examples

RASPBERRY Pi. Raspberry Pi Pico SDK. 2020.
https://github.com/raspberrypi/pico-sdk

SOUZA, Fábio. Primeiros passos na programação da Raspberry Pi Pico em MicroPython e C/C++. 2021.
https://www.embarcados.com.br/programacao-da-raspberry-pi-pico/

TOM's Hardware. How to Program Raspberry Pi Pico With the Arduino IDE. 2021
https://www.tomshardware.com/how-to/program-raspberry-pi-pico-with-arduino-ide


Todos os sites foram visitados em 20/04/2021.

 

Robson Martins - 04/2021
http://www.robsonmartins.com

 

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