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アストロキャンプ衛星開発ゼミ

開発環境構築・書き込みガイド

本ゼミでは，模擬衛星のソフトウェアをゼロから構築する．まず開発環境を整え，プログラムを書き込める状態にすること．

1. 開発環境の構築

Section titled “1. 開発環境の構築”

本プロジェクトでは VS Code を推奨する．Raspberry Pi 公式の拡張機能をインストールするだけで，SDK やツールチェーンのセットアップが自動で行われる．

推奨：VS Code と公式拡張機能

Section titled “推奨：VS Code と公式拡張機能”
  1. VS Code をインストールする．
  2. 以下の拡張機能をインストールする．
  3. 拡張機能の案内に従って，Pico SDK や必要なビルドツールをインストールする．
  4. satelite ディレクトリを VS Code で開くと，プロジェクトが自動的に認識される．

公式ガイド

Section titled “公式ガイド”

より詳細な情報や OS ごとの個別設定については，公式ガイド「Getting started with Raspberry Pi Pico-series」を参照すること．

2. プログラムの書き込み方法

Section titled “2. プログラムの書き込み方法”

プログラムの書き込みには以下の 2 通りの方法がある．手軽に動作確認を行いたい場合は A，頻繁にビルドとデバッグを繰り返す開発フェーズでは B を推奨する．

A. UF2 による書き込み（シンプル・手軽）

Section titled “A. UF2 による書き込み（シンプル・手軽）”

特別なデバッガ機器を使わず，Micro USB ケーブルのみで直接プログラムを書き込む最もシンプルな方法である．

  1. BOOTSEL ボタンを長押し しながら，PC と MAIN基板上の Pico W を USB ケーブルで接続する．
  2. PC 上で RPI-RP2 という名前の USB マスストレージドライブとして認識される（ボタンから手を離してよい）．
  3. ビルドによって生成された .uf2 ファイルを，その RPI-RP2 ドライブへドラッグ＆ドロップ（またはコピー）する．
  4. コピーが完了すると自動的にドライブがアンマウントされ，Pico W が再起動してプログラムが実行される．

B. SWD 端子による書き込みとデバッグ（推奨：高速・効率的）

Section titled “B. SWD 端子による書き込みとデバッグ（推奨：高速・効率的）”

基板上に露出している SWD (Debug) 端子 と，もう一台の別の Raspberry Pi Pico（以下，Debug Pico） をデバッガとして使用し，プログラムの書き込みおよびステップ実行等のデバッグを行う．

[!NOTE] 本ゼミでは，市販の Raspberry Pi Debug Probe を購入する代わりに，安価な標準の Raspberry Pi Pico にデバッガ用ファームウェアを書き込んでデバッガ（Debug Pico）として使用する．

1. Debug Pico（デバッガ）の準備

Section titled “1. Debug Pico（デバッガ）の準備”

もう一台のデバッグ用 Pico をデバッガとして動作させるため，以下の手順で専用ファームウェアを書き込む．

  1. ファームウェアのダウンロード:
  2. ファームウェアの書き込み:
    • Debug Pico の BOOTSEL ボタンを長押ししながら，PC と USB ケーブルで接続する．
    • PC 上にマウントされた RPI-RP2 ドライブのルートディレクトリに，ダウンロードした debugprobe_on_pico.uf2 をドラッグ＆ドロップする．
    • コピー完了後，Debug Pico が再起動し，CMSIS-DAP デバッガとして認識されるようになる．

2. Debug Pico と MAIN基板（Debug1コネクタ）の接続ピンアサイン

Section titled “2. Debug Pico と MAIN基板（Debug1コネクタ）の接続ピンアサイン”

MAIN基板のデバッグ・通信ポートは Debug1（1x6 ピンヘッダ） として配置されており，Debug Pico とジャンパ線を用いて接続する．

接続配線対応表
Section titled “接続配線対応表”
MAIN基板 Debug1 ピン 信号名 Debug Pico の接続ピン 説明
1 VBAT VBUS (40番ピン) または VSYS (39番ピン) Debug Pico から MAIN 基板へ電源を供給する場合に接続する．
⚠️警告: 電池を使用する場合は絶対に接続しないこと．
2 GND GND (任意のGNDピン．例: 3, 8, 38番ピン等) グランド（電位の基準）を共通にする（接続必須）．
3 TX GP5 (7番ピン / UART RX) OBC からのシリアルログ出力を Debug Pico で受信する．
4 RX GP4 (6番ピン / UART TX) Debug Pico から OBC への入力を送信する．
5 SWDIO GP3 (5番ピン / SWDIO) SWD デバッグデータ線（双方向データ通信）．
6 SWCLK GP2 (4番ピン / SWCLK) SWD デバッグクロック線（デバッグ同期用クロック）．

[!WARNING]

  • 必ず両方の機器の電源を切った状態で配線を行うこと．
  • 電池等の外部電源から MAIN 基板に電力を供給する場合は，1番ピン (VBAT) と Debug Pico の VBUS/VSYS を絶対に接続しないこと．電源の衝突により Pico や PC が破損する恐れがある．

3. デバッグ実行の手順

Section titled “3. デバッグ実行の手順”
  1. 上記の接続配線表に従い，Debug Pico と MAIN 基板の Debug1 コネクタを接続する．
  2. PC と Debug Pico を Micro USB ケーブルで接続する．
  3. MAIN 基板に電源を供給する（バッテリーを接続するか，電池を使用しない場合は VBAT に VBUS 等から給電する）．
  4. VS Code で satelite ディレクトリを開く．
  5. F5 キー を押すと，プログラムのビルド，Debug Pico 経由での書き込み，およびデバッガ（GDB）によるデバッグ実行が自動で開始される．
    • デバッグ中は，VS Code 上でコードにブレークポイントを設定したり，変数の値をリアルタイムに監視したりできる．