RP2040

Der RP2040 ist ein 32-Bit-Mikrocontroller, der von der Raspberry Pi Foundation selbst entwickelt und am 21. Januar 2021 der Öffentlichkeit vorgestellt wurde. Er basiert auf einem zweikernigen ARM Cortex-M0+. Sein Nachfolger ist der RP2350.

RP2040-Mikrocontroller

Bild des RP2040-Die

Raspberry Pi Pico mit einem RP2040

Arduino Nano mit RP2040

Entwicklungsboard mit RP2040 von SparkFun

Entwurfsziele

• Geringe Kosten (ca. 1 €)
• Hohe Verfügbarkeit
• Einfache Verwendbarkeit
• Deterministisches Interrupt Handling und Instruction Cycle Timing für zeitkritische Anwendungen

Eigenschaften

• 3,3 V Betriebsspannung
• 133MHz Dual ARM Cortex-M0+ Cores
• 264 kB SRAM
  • Für Code und Daten
  • Physisch partitioniert in sechs unabhängige Bänke für gleichzeitigen parallelen Zugriff durch verschiedene Bus-Master
• Binärcode kann direkt aus externem Speicher über dedizierte Interfaces ausgeführt werden (SPI, DSPI oder QSPI). Ein kleiner Cache erhöht die Performance für typische Applikationen.
• QSPI Bus-Controller, unterstützt bis zu 16 MB externen Flash-Speicher
• DMA-Controller
  • DMA-Busmaster sind verfügbar, um sich wiederholende Datentransfers von den Prozessoren auszulagern
• Advanced High-performance Bus für Chip-internes Daten-Routing
  • Max. Bus-Bandbreite: 2 GB/s @ 125 MHz Systemtakt
• 2 × On-Chip PLLs, um unabhängig voneinander den System-Takt und den USB/ADC-Takt zu generieren
• Dedizierte Hardware für feste Peripheriefunktionen wie SPI, I²C, UART
• Interner Ringoszillator (ROSC), 1,8-12 MHz
• Quarzoszillator (XOSC) für externe Quarze mit 1-15 MHz
• 64-Bit System-Timer mit Inkrement von 1 µs
• RTC (Real-Time Clock)
• 2 × 4 PIO (Programmable Input/Output) State Machines
• Interner Temperatursensor
• Watchdog
• Brown-out Detection

Peripherie:

• 30 × GPIO (General Purpose Inputs/Outputs)
  • 2 × UART (Universal Asynchronous Receiver Transmitter)
  • 2 × SPI (Serial Peripheral Interface)
  • 2 × I²C
  • 16 × PWM (Pulse Width Modulation)
  • 6 weitere GPIOs, falls QSPI unbenutzt
• USB 1.1 (Host- und Device-Modus)
• 4-Kanal 12-Bit Analog-Digital-Umsetzer (ADC)
  • Nach dem SAR-Prinzip
  • Sample-Rate: 500 kS/s @ 48 MHz ADC-Takt
• 3-Pin SWD (Serial Wire Debug) Interface

Programmierung

Der RP2040 kann in ARM Assembler, C/C++ oder MicroPython programmiert werden. Ein C/C++ SDK für das Raspberry Pi Pico Board ist verfügbar, das auch das freie Real-Time Betriebssystem FreeRTOS unterstützt. Offizielle Beispiel-Programme für den Raspberry Pi Pico sind in GitHub-Repositories zu finden.

Ein weiteres Echtzeitbetriebssystem für den Raspberry Pi Pico ist Zephyr.

2021 veröffentlichten Geoff Graham und Peter Mather den BASIC-Interpreter PicoMite als Ableger von BBC MMBasic. Dieser unterstützt alle PIOs, SD-Karten im FAT16/32-Format, diverse Sensoren, Grafikdisplays, die Kommunikation per UART, I2C und 1-Wire, ADC, PWM und SPI. Die Programmierung erfolgt über den USB-Anschluss auf der Platine per VT100-Emulation. PicoMite beinhaltet auch einen PIO-Assembler.

Der Raspberry Pi Pico lässt sich auch mit der vereinfachten C/C++-Implementierung der Arduino-Plattform programmieren. Sowohl die offizielle Arduino-IDE als auch die alternative PlatformIO-IDE werden unterstützt. Auch Arduino selbst bietet mit dem Arduino Nano RP2040 Connect ein Board mit dem RP2040 an.

Besonderheiten

• Das I/O-Subsystem ist als PIO (Programmable Input/Output) ausgeführt. Es handelt sich dabei um State Machines, die sich mittels 9 spezieller Assembler-Instruktionen in ihrer konkreten Funktion frei programmieren lassen. Das ermöglicht somit Software-Implementierungen von Protokollen wie SDIO, I²S, DVI-D und DPI (Display Pixel Interface).
• Ein vollständig verbundener Switch verbindet ARM-Cores und DMA-Engines mit sechs unabhängigen RAM-Bänken
• Ein USB-Controller incl. PHY-Interface ist bereits im Chip integriert, so dass kein externer USB-Controller IC (z. B. USB-UART Bridge) benötigt wird

Package & Herstellungsprozess

Der Chip wird im 40-nm-Verfahren hergestellt. Er hat eine Größe von 2 mm² und ist in einem 7 × 7 mm großen QFN-56-SMD-Gehäuse untergebracht.

Namensgebung

Namensschema

RP	2	0	4	0
Raspberry Pi	Anzahl Cores	Prozessor-Typ: M0+	RAM-Größe: ${\Biggl \lfloor }\log _{2}{\biggl (}{\frac {\text{RAM}}{16{\text{ KiB}}}}{\biggr )}{\Biggr \rfloor }$	NVRAM-Größe: ${\Biggl \lfloor }\log _{2}{\biggl (}{\frac {\text{NVRAM}}{16{\text{ KiB}}}}{\biggr )}{\Biggr \rfloor }$ 0: kein on-board NVRAM

Weblinks

Commons: RP2040 – Sammlung von Bildern, Videos und Audiodateien

• Raspberry Pi Documentation – RP2040