Raspberry Pi PicoのProgrammable I/Oを使うには、.pioファイルに pioasm のアセンブリを書き、コンパイル時にCMakeのpico_generate_pio_headerを使ってCから読み込めるバイナリを生成します。

これ、出力されるのは uint16_t の配列と、各種設定用の関数/構造体だけなので、実行時に同様のデータを出力できれば動的にpioのコードを変更できます。

MicroPythonでpio使うときとかそんな感じの挙動してますね。

今回は、動的にpioのバイナリを生成するライブラリを作ってみた話。

ライブラリ本体

使い方

あとは通常のpioasmの操作方法と同じです。

struct uart_tx_program_builder : pioasm::builder {
    void code() {
        side_set(1, opt)                  ;

        PULL()              .side(1)  [7] ;
        SET(x, 7)           .side(0)  [7] ;
        label("bitloop")                  ;
        OUT(pins, 1)                      ;
        JMP(x--, "bitloop")           [6] ;
    }
    
    void init(PIO pio, uint sm, uint offset, uint pin_tx, uint baud) {
        // % c-sdk 内に書くようなコードは、メンバ関数として追加しておくといいと思う
        // 通常pioasmで生成される `pio_sm_config` を取得する関数は、`get_default_config` メンバ関数を代わりに使う
        pio_sm_config c = get_default_config(offset);

        // 以下残りの初期化処理
    }
};

int main() {
    uart_tx_program_builder uart_tx_program;
    PIO pio = pio0;
    int sm = 0;

    // uart_tx_program.program() で取得したポインタを `pio_add_program` に渡してプログラムを読み込む
    // uart_tx_program をローカル変数に定義している場合は、変数の生存期間に注意
    // uart_tx_program が解放されると、uart_tx_program.program()で取得したポインタも使えなくなる
    uint offset = pio_add_program(pio, uart_tx_program.program());
    uart_tx_program.init(pio, sm, offset, PIN_TX, SERIAL_BAUD);

    while (true) {
        // pioにデータを送ったりする処理
    }
}

void code()内は、オリジナルのpioasmの見た目ほぼ同じまま書けるように頑張った（つもり）。

詳しくは README を見て欲しいのだけど、簡単に説明すると、

こんな感じ。

exampleとかも用意しているので、あとは勘でなんとかしてもらえれば。

cpp-pioasm/examples at main · Hiroki-Kawakami/cpp-pioasm

色々な補足事項

動作確認やテストはあまりしていない

出力結果がおかしくなるかも。トラブったら普通のpioasmコンパイラで同じコードを吐かせてみて、uint16_t *data() でとれるバイト列と一致してるか確認するのがいいかも。

その際、CMakeプロジェクトを用意するのは面倒なので、以下のようなWebブラウザで動くpioasmコンパイラがおすすめ

エラーチェックも特にない

この辺り考えるのが面倒だった。 リソースを節約するためにこうした。

なんで命令の関数だけ大文字？

当初、全部小文字で作ろうとしたんだけど、irqというシンボルが命令として使われたのかWAIT命令の引数として使われたのか区別させるのがものすごく大変だったので、大文字/小文字分けて区別できるようにした。

命令じゃなくてシンボルの方を大文字にしようとも考えたんだけど、NULLという名前が衝突して無理だった。

constexpr でコンパイル時にバイナリを生成はできない？

無理。そもそも動的にpioasmをビルドすることが目的なので、constexpr で扱えるようにすることは考えてない。

余談

自分はArduino Frameworkを使わない派。ESP32を使うときはIDFだし、Raspberry Pi Picoを使うときも公式のC/C++ SDKを使う。

ちょっと凝ったことをしようとした時に、Arduinoだと思い通りにならないことが多いから。

だけど、ユーザー数で言うと Arduino 使ってる人が多いだろうから、今回 example を提示するにあたって Arduino で書いてみたんだけど、C++17 すら使えないのが驚き。

最近は C++20 対応してないと辛いと感じるようになっているので、とても使いづらかった。