PiPico PIO programmieren

#7952028
Lesenswert?

Christoph M. schrieb:

Was mich an dem Programm etwas wundert, sind die nop(). Die gibt es bei den PIO-Befehlen nicht.

1
3.3.7. Pseudoinstructions
2
Currently pioasm provides one pseudoinstruction, as a convenience:
3
nop
4
Assembles to mov y, y . "No operation", has no particular side effect, but a useful vehicle for a side-set
5
operation or an extra delay.
#7952220
Lesenswert?

Gibt es einen Grund dafür, dass man in diesem Tone-Beispiel
https://wokwi.com/projects/312236827469677121

die PIO-Frequenz auf 1MHz stellt? Eigentlich müsste es ja besser sein, die Frequenz auf Maximum zu stellen, weil dann die Quantisierung der Frequenzen am kleinsten ausfällt. Ich könnte mir nur vorstellen, dass man bei 1MHz etwas Strom spart.

#7952243
Lesenswert?

Christoph M. schrieb:

Gibt es einen Grund dafür, dass man in diesem Tone-Beispiel https://wokwi.com/projects/312236827469677121

die PIO-Frequenz auf 1MHz stellt? Eigentlich müsste es ja besser sein, die Frequenz auf Maximum zu stellen, weil dann die Quantisierung der Frequenzen am kleinsten ausfällt. Ich könnte mir nur vorstellen, dass man bei 1MHz etwas Strom spart.

Nö, der Rest läuft ja volle Pulle. Man kann die halbe Periode ja auf 1µs einstellen.

Das Beispiel hat aber durchaus Arduino Qualität.

  • Buzzer direkt an die GPIOs
  • Ein wildes Durcheinander von import … und from … import … Statements
  • Bei der gewünschten Frequenz muss man wohl die Hälfte ins FIFO schütten
  • Selbst dann passt sie nicht, da der Overhead nicht berücksichtigt wird.

Trotzdem gut geeignet als abschreckendes Beispiel. ;-)

#7952369
Lesenswert?

Norbert (der_norbert)

  • Bei der gewünschten Frequenz muss man wohl die Hälfte ins FIFO schütten

Wieso das?

Da steht doch

1
    pull(noblock)      
2
    mov(x, osr)

d.h. da wird nicht auf einen vollen FIFO gewartet sondern der alte Wert aus dem OSR koppiert, wenn keine Werte im FIFO sind. Man kann die Frequenz also asynchron setzten, wie es am Schluss gemacht wird:

1
play(500)
2
time.sleep(1)
3
play(1000)
4
time.sleep(1)
5
play(0)

Siehe Datenblatt

1
3.4.7.2. Operation  
2

3
A nonblocking PULL on an empty FIFO has the same effect as MOV OSR, X. The program can either preload scratch register X with a suitable default, or execute a MOV X, OSR after each PULL NOBLOCK, so that the last valid FIFO word will be recycled
4
until new data is available.

Mit

1
for n in range(1,500):
2
    play(n*5)
3
    time.sleep(0.01)
4
play(0)

ergibt sich dann ein asynchron gesetzter Chirp.

#7952376
Lesenswert?

Christoph M. schrieb:

Norbert (der_norbert)

  • Bei der gewünschten Frequenz muss man wohl die Hälfte ins FIFO schütten

Wieso das?

Weil man sonst etwa die halbe Frequenz erhält. Der Ersteller des Scripts hat wohl nie geprüft ob die am GPIO ausgegebene Frequenz der gewünschten entspricht. Obwohl, bei einem Piezo-Plättchen, könnte es sich schon nach der gewünschten Frequenz anhören.

: Bearbeitet durch User
#7952393
Lesenswert?

Stefan K. (stk) 17.10.2025 08:37

Weil man sonst etwa die halbe Frequenz erhält.

Da hast du recht.

Das lässt sich allerdings auch leicht korrigieren. Mir ging es eher um die Frequenzauflösung.

Wenn die State-Machine mit 1MHz läuft, erhält man für 440HZ

1
 1e6/double((int32(1e6/440)))
2
ans = 439.95

Wenn sie mit 10MHz läuft wird das schon genauer:

1
10e6/double((int32(10e6/440)))
2
ans = 440.01
#7952394
Lesenswert?

Stefan K. schrieb:

Christoph M. schrieb:

Norbert (der_norbert)

  • Bei der gewünschten Frequenz muss man wohl die Hälfte ins FIFO schütten

Wieso das?

Weil man sonst die halbe Frequenz erhält. Der Ersteller des Scripts hat wohl nie geprüft ob die am GPIO ausgegebene Frequenz der gewünschten entspricht. Obwohl, bei einem Piezo-Plättchen, könnte es sich schon nach der gewünschten Frequenz anhören.

Stefan hat's schon richtig beschrieben.

Für eine volle Periode braucht's zwei Polaritätswechsel. Hier findet pro PIO Rundlauf nur einer statt, ergo halbe Frequenz. Richtig wäre es, wenn man die PIO Frequenz auf 2MHz setzen würde, und beim sm.put() den erheblichen Offset der restlichen PIOASM Befehle subtrahieren würde. Aber selbst dann wäre es falsch, denn der y_jmp loop braucht eine ›0‹ im Register für einen Durchlauf, oder ›n-1‹ für ›n‹ Durchläufe. Aber das Gute ist, zumindest einige Programmzeilen sind fehlerfrei. ;-)

add1: Und der ›Simulator‹ ist fehlerhaft!

: Bearbeitet durch User
#7952405
Lesenswert?

Christoph M. schrieb:

Mir ging es eher um die Frequenzauflösung.

PIO mit vollem CPU Takt laufen lassen. Alles andere ergibt keinen Sinn. Im ›put‹ keine ›//‹ Division mit inhärentem round down, sondern:

sm.put(round(machine.freq()/freq/2) - offset)

Die Play Funktion ist ebenfalls fehlerhaft, sie stoppt den Ton bei ›0‹ nicht, sondern erzeugt (bei ›0‹) die Periode ca 2³²/F_CPU und bestromt den Ausgang für längere Zeit kontinuierlich.

#7952415
Lesenswert?

Norbert schrieb:

Die Play Funktion ist ebenfalls fehlerhaft, sie stoppt den Ton bei ›0‹ nicht, sondern erzeugt (bei ›0‹) die Periode ca 2³²/F_CPU und bestromt den Ausgang für längere Zeit kontinuierlich.

Da hast du Recht, das konnte ich auf dem Oszilloskop beobachten. Ich vermute, man kann den PiPico direkt in einen UKW-Sender verwandeln, einfach in dem man eine Antenne an den Pin hängt.

#7952437
Lesenswert?

Das nächste Experiment ist das Zählen von Pulsen.

Die State-Machine in diesem Beispiel ist recht einfach, allerdings erfolgt die Abfrage des Zählerstandes als "Code Injection" und braucht daher extra Zeit. Die Frage ist, ob hier Zählerwerte verloren gehen könnten. Ich vermute eher nicht, wenn die zu zählende Frequenz deutlich kleiner als die Loopfrequenz der Zustandsmaschine ist.

Das Ziel ist, den Zähler an den Frequenzgenerator von vorher anzuschließen. Am einfachsten erscheint es mir, einfach den gleichen Pin zu verwenden und die beiten Zustandsmaschinen gleichzeitig laufen zu lassen.

1
import rp2
2
from machine import Pin
3
import time
4

5
# PIO program to count pulses on an input pin
6
@rp2.asm_pio()
7
def pulse_counter():
8
    label("loop")
9
    wait(0, pin, 0)    # Wait for pin to go low
10
    wait(1, pin, 0)    # Wait for pin to go high (rising edge)
11
    jmp(x_dec, "loop") # Decrement x and jump to loop (counts pulses)
12

13
class PulseCounter:
14
    def __init__(self, sm_id, pin):
15
        self.sm = rp2.StateMachine(sm_id, pulse_counter, in_base=pin)
16
        self.sm.put(0)           # Initialize pulse count to 0
17
        self.sm.exec("pull()")
18
        self.sm.exec("mov(x, osr)")
19
        self.sm.active(1)        # Start the state machine
20

21
    def get_pulse_count(self):
22
        self.sm.exec("mov(isr, x)")  # Move current count into ISR
23
        self.sm.exec("push()")       # Push ISR to FIFO
24
        count = self.sm.get()        # Read the count
25
        # Convert count from decrementing format to positive value
26
        return -count & 0x7fffffff
27
    
28
    def clear_count(self):
29
        self.sm.exec("set(x, 0)")  
30
        
31

32
# Read pulse count from pin 16
33

34
pin16 = Pin(16, Pin.IN, Pin.PULL_UP)
35
pulse_counter = PulseCounter(0, pin16)
36

37
for n in range(1,10):
38
    print("Pulse count:", pulse_counter.get_pulse_count())
39
    time.sleep(0.5)
#7952442
Lesenswert?

Christoph M. schrieb:

Norbert schrieb:

Die Play Funktion ist ebenfalls fehlerhaft, sie stoppt den Ton bei ›0‹ nicht, sondern erzeugt (bei ›0‹) die Periode ca 2³²/F_CPU und bestromt den Ausgang für längere Zeit kontinuierlich.

Da hast du Recht, das konnte ich auf dem Oszilloskop beobachten. Ich vermute, man kann den PiPico direkt in einen UKW-Sender verwandeln, einfach in dem man eine Antenne an den Pin hängt.

Ich würde es zwar so wohl nicht machen, aber angelehnt an das Beispiel… (Falls ich mich nicht verzählt habe ;-) )

1
#!/python
2
# vim: fileencoding=utf-8: ts=4: sw=4: expandtab:
3
from machine import freq as cpufreq
4
from rp2 import PIO, StateMachine, asm_pio
5
from time import sleep_ms
6

7
@rp2.asm_pio(sideset_init=PIO.OUT_LOW)
8
def toggle():
9
    wrap_target()
10
    pull(noblock)           # 1     (neue Daten)OSR oder X──▶OSR
11
    mov (x, osr)            # 1
12
    mov (y, x).side(1)      # 1
13
    label("loop1")
14
    jmp (y_dec, "loop1")    # n+1
15
    mov (y, x).side(0)[2]   # 3     symmetrisch machen
16
    label("loop2")
17
    jmp (y_dec, "loop2")    # n+1
18
    wrap()
19

20
def play(freq):
21
    if freq:
22
        # Bei höchster Frequenz nicht negativ werden lassen.
23
        sm.put(max(0, round(cpufreq()/freq/2) - 4))
24
        sm.restart()                # Falls ohne warten bei extrem niedriger Frequenz gewünscht
25
        sm.active(1)
26
    else:
27
        sm.active(0)                # Sonst beträgt (bei ›0‹ die Periode ca. 2³¹/F_SM
28
        sm.exec('nop().side(0)')    # Ausgang auf spezifizierten Pegel bringen
29

30
sm = rp2.StateMachine(0, toggle, sideset_base=25) # LED zum Test (Pin() ist hier unnötig)
31
play(20)
32
sleep_ms(1000)
33
play(5)
34
sleep_ms(1000)
35
play(0)
#7952588
Lesenswert?

Christoph M. schrieb:

Ich würde es zwar so wohl nicht machen, aber angelehnt an das Beispiel…

Welchen Tipp hättest du, es besser zu machen?

Kleine Tabelle (2^n Größe) mit gewünschter ›Waveform‹ füllen. Per DMA mit Ringsize ›n‹ entweder einen der >=acht PWM slices oder eine der >=acht StateMachines mit variablem duty-cycle ansteuern. Klingt angenehmer. Aber für ein Rechteck mit duty:50% geht's so auch. Nebenbei: In meinem offensichtlich zu hastig veröffentlichen Code haben sich zwei copy'n'paste Artefakte versteckt. Zeilen 7,30. Die ›rp2.‹ können natürlich weg.

: Bearbeitet durch User
#7952894
Lesenswert?

In meinem offensichtlich zu hastig veröffentlichen Code haben sich zwei copy'n'paste Artefakte versteckt. Zeilen 7,30. Die ›rp2.‹ können natürlich weg.

Da ist mir nicht klar, was du meinst.

Da ich ein Rechtecksignal brauche, habe ich das Programm mal korrigiert. Ich denke, die Zyklenkorrektur muss 6 betragen:

1
#!/python
2
# vim: fileencoding=utf-8: ts=4: sw=4: expandtab:
3

4
import rp2
5
from machine import Pin
6
from rp2 import PIO
7
import time
8
from machine import freq as cpufreq
9

10
# Define a PIO assembly program that toggles the output pin at a controllable rate
11
@rp2.asm_pio(out_init=[PIO.OUT_LOW])
12
def echo():
13
    wrap_target()              # define the start of the main loop of the PIO program.
14
    mov(pins, isr)             # [1] Output current ISR value to the pin (initially LOW)
15
    mov(isr, invert(isr))      # [1] Toggle ISR between 0 and 1 for pin toggling
16
    pull(noblock)              # [1] Try to pull new data from FIFO (non-blocking)
17
    mov(x, osr)                # [1] Store new delay count (or reuse old one if no new data)
18
    mov(y, x)                  # [1] Copy to Y register for countdown
19
    label("loop")
20
    jmp(y_dec, "loop")         # [1] Decrement Y until 0 – creates delay
21
    wrap()                     # Loop back to start
22

23
# Create a state machine (0) using the PIO program, output on GPIO16
24
sm = rp2.StateMachine(0, echo, out_base=Pin(16))
25

26
# Activate the state machine (start running)
27
sm.active(1)
28

29
# Function to set the output frequency (tone)
30
def play(freq):
31
    if freq:
32
        # Compute the delay count from CPU frequency and tone frequency
33
        # cpufreq()/freq/2 is half the period in CPU cycles
34
        sm.put(max(0, round(cpufreq()/freq/2) - 6))   # Send delay count to PIO program
35
    else:
36
        sm.put(0)          # Send 0 to stop toggling
37
        sm.active(0)       # Deactivate the state machine (silence output)
38

39

40
play(1000)
41
#time.sleep(5)
42
#play(0)                    # Stop output after sweep completes
#7952906
Lesenswert?

Christoph M. schrieb:

Da ist mir nicht klar, was du meinst.

Nach Bereinigung der imports hatte sich dort mittels copy'n'paste error Folgendes verewigt:

1
@rp2.asm_pio(sideset_init=PIO.OUT_LOW)
2
sm = rp2.StateMachine(0, toggle, sideset_base=25)

Da ich aber bereits selektiert importiert hatte:

1
from rp2 import PIO, StateMachine, asm_pio

sollten die Zeilen in:

1
@asm_pio(sideset_init=PIO.OUT_LOW)
2
sm = StateMachine(0, toggle, sideset_base=25)

also ohne ›rp2.‹ davor abgeändert werden. Es wird nur deshalb keine Exception geworfen, da µPy insgeheim beim Start schon ›machine‹ und ›rp2‹ automagisch importiert.

Da bei deiner gezeigten Version noch mehrere Varianten importiert werden, also Autoimport rp2, manueller import rp2, selektierter import PIO,usw. isses jedoch egal, welche der Arten man benutzt.

Sechs sieht mir auf Anhieb ganz gut aus. Aber bedenke, nach einem play(0) ist das Ding ohne erneutes sm.active(1) tot wie ein Papagei.

Und der erste sm.active(1) nach StateMachine erzeugt etwas unkontrolliertes/uninitialisiertes. Erst der erstmalige play() Aufruf setzt den Schleifenzähler korrekt.

Noch eins: Wenn der play(0) im ungünstigen Zeitpunkt kommt, dann kann der Ausgang mit einer 50:50 Chance auf High bleiben, was man möglicherweise nicht wirklich will.

: Bearbeitet durch User
#7952983
Lesenswert?

Christoph M. schrieb:

Da ich ein Rechtecksignal brauche, habe ich das Programm mal korrigiert. Ich denke, die Zyklenkorrektur muss 6 betragen:

So wie das Programm jetzt aussieht passt 6. Das sieht man mit einem Oszilloskop oder Frequenzzähler sofort, wenn man bei play() einen so hohen Wert eingibt, dass sm.put(0) aufgerufen wird. Bei 125MHz CPU Takt erhält man damit etwa 10,42MHz am GPIO, also 125MHz/12. Wenn man die beiden Zeilen mov(pins, isr) mov(isr, invert(isr)) durch die eine Zeile mov(pins, invert(pins)) ersetzt kommt man auf max. 12,5MHz am GPIO.

#7953131
Lesenswert?

also ohne ›rp2.‹ davor abgeändert werden. Es wird nur deshalb keine Exception geworfen, da µPy insgeheim beim Start schon ›machine‹ und ›rp2‹ automagisch importiert.

Ah, danke.

Stefan K. (stk) 18.10.2025 10:59

So wie das Programm jetzt aussieht passt 6. Das sieht man mit einem Oszilloskop oder Frequenzzähler sofort, wenn man bei play() einen so hohen Wert eingibt, dass sm.put(0) aufgerufen wird. Bei 125MHz CPU Takt erhält man damit etwa 10,42MHz am GPIO

Das ist eine gute Idee. Ich hatte das Signal mit einem Frequenzzähler bei 1kHz gemessen und es sah erst mal gut aus. Aber an die Grenze zu gehen, ist natürlich besser. Interessant, dass man nur bis ca. 12MHz bei SysClk=150Mhz kommt. Darüber hatte ich gar nicht nachgedacht, weil mich eher die Genauigkeit der Frequenzen im Audiobereich interessiert haben. Aber für das weiter oben angedachte Experiment als UKW Sender währen natürlich 108MHz interessanter. Ob man wohl die PLL in Mikropython schnelle genug für die FM-Modulation umkonfigurieren könnte?

#7953137
Lesenswert?

Christoph M. schrieb:

Aber für das weiter oben angedachte Experiment als UKW Sender währen natürlich 108MHz interessanter.

Da wäre die Luftfahrt bestimmt begeistert und außer Rand und Band.

Christoph M. schrieb:

Interessant, dass man nur bis ca. 12MHz bei SysClk=150Mhz kommt.

18.75MHz mit dem weiter oben gezeigten PIO Programm. Ist aber komplett sinnbefreit, da die Abstufung astronomisch groß wird. Die maximal mögliche erzeugbare Frequenz beträgt ½·SM_F. sideset(1) sideset(0) in wrap() gewickelt.

: Bearbeitet durch User
(Firma: 1984now) #7953144
Lesenswert?

Norbert schrieb:

Christoph M. schrieb:

Aber für das weiter oben angedachte Experiment als UKW Sender währen natürlich 108MHz interessanter.

Da wäre die Luftfahrt bestimmt begeistert und außer Rand und Band.

Christoph M. schrieb:

Interessant, dass man nur bis ca. 12MHz bei SysClk=150Mhz kommt.

18.75MHz mit dem weiter oben gezeigten PIO Programm. Ist aber komplett sinnbefreit, da die Abstufung astronomisch groß wird. Die maximal mögliche erzeugbare Frequenz beträgt ½·SM_F. sideset(1) sideset(0) in wrap() gewickelt.

Das ist so nicht ganz richtig. Das ist, was man maximal als Rechteck-Grundwelle erzeugen kann.

Mit klugen Tricks ist es aber sehr wohl möglich, basierend darauf ein (wenn auch ziemlich schmutziges) UKW-FM-Signal zu erzeugen. Man nutzt halt aus, dass Rechtecke sehr viele Oberwellen enthalten.

#7953150
Lesenswert?

Christoph M. schrieb:

Das ist so nicht ganz richtig. Das ist, was man maximal als Rechteck-Grundwelle erzeugen kann.

Es müsste mehr gehen. Einfach die PIO nur den Pin togglen lassen und die PIO mit Systemtakt laufen lassen. Dann den Systemtakt auf 216MHz.

Leute! Jetzt aber mal STOPP! Ihr bewegt euch im Bereich der Flugnavigation. Muss das sein? Die Russen hauen schon in weiten Arealen die GNSS Navigation kaputt.

#7953280
Lesenswert?

Christoph M. schrieb:

Bist du Amateurfunker? Wie viel Leistung kann den so ein Raspi-Pin abstrahlen?

Nein, bin ich nicht. Ich weiß aber auch nicht was da hinten noch alles dran hängt. Und die Flugfunknavigation, Localizer, Glidepath, VOR, … stören, auch wenn nur möglicherweise, da ist meine Toleranzschwelle noch nicht einmal ein Epsilon über 0. Das mag damit zusammen hängen, dass man sich da oben recht gerne gerade in IMC auf die Geräte verlassen und nicht zu einer Statistik werden möchte.

#7953423
Lesenswert?

Ich versuche, die Länge eines Pulses zu messen, aber es sieht so aus, als wenn die PIO das Eingangssignal ignoriert. Nach ca.32 Sekunden läuft der Zähler über, dann kommt jeweils ein Wert. Eigentlich sollte das Programm ganz einfach funktionieren: Auf eine 1/0 Flanke an PIN16 warten und dann solange zählen, bis der Pegel wieder auf 1 springt. Es will aber einfach nicht funktionieren. Weis jemand, warum?

1
#!/python
2
# vim: fileencoding=utf-8: ts=4: sw=4: expandtab:
3

4
import rp2
5
from machine import Pin
6
import time
7

8
######### PROGRAMm funktioniert nicht !!! ####################
9

10
@rp2.asm_pio()
11
def pulse_counter():
12
    label("start")
13
    mov(isr,x)
14
    push()
15
    wait(1, pin, 0)   
16
    wait(0, pin, 0)    
17
    
18
    label("loop")  
19
    jmp(pin,"start")
20
    jmp(x_dec, "loop")
21
    push()
22
    
23
class PulseMeasure:
24
    def __init__(self, sm_id, pin):
25
        self.sm = rp2.StateMachine(sm_id, pulse_counter, in_base=pin)
26
        self.sm.put(0x7FFFFFFF)      # Large initial count
27
        self.sm.exec("mov(x, osr)")
28

29
        self.sm.active(1)        # Start the state machine
30

31
    def get_count(self):
32
        #self.sm.exec("mov(isr, x)")  # Move current count into ISR
33
        #self.sm.exec("push()")       # Push ISR to FIFO
34
        count = self.sm.get()        # Read the count
35

36
        return count #-count & 0x7fffffff
37

38
    def clear_count(self):
39
        self.sm.exec("set(x, 0)")  
40

41
# Read pulse count from pin 16
42
pin16 = Pin(16, Pin.IN, Pin.PULL_UP)
43
device = PulseMeasure(0, pin16)
44

45
for n in range(1,10):
46
    print("Pulse count:", device.get_count())
47
    time.sleep(0.5)
#7953575
Lesenswert?

Wenn du mit PIO-JMP arbeitest, dann auch in der StateMachine Instanziierung darauf hinweisen.

Danke für den Hinweis. Ohne diesen Hinweis hätte ich wahrscheinlich noch eine Woche gesucht ..

Hier mal das aktuelle Programm. Der PIO Assembler ist ziemlich gewöhnungsbedürftig.

1
#!/python
2
# vim: fileencoding=utf-8: ts=4: sw=4: expandtab:
3

4
import rp2
5
from machine import Pin
6
import time
7
from machine import freq as cpufreq
8

9
# Frequency Measurement
10
# 1. wait for falling edge
11
# 2. measure low pulse cycles
12
# 3. calculate frequency
13

14
@rp2.asm_pio()
15
def lowPulseCount():
16
    #### START ###
17
    label("store_result")
18
    mov(isr,x)          # move counter to ISR
19
    push()              # store ISR (result) in FIFO
20
    set(x,0)            # clear counter
21
    jmp(x_dec,"skip")   # preset counter to 0xffffffff 
22
    label("skip")       # to avoid overflow at the end of this programm
23
    # wait for falling edge
24
    wait(1, pin, 0)   
25
    wait(0, pin, 0)
26
    #### LOOP ####
27
    label("loop")  
28
    jmp(pin,"store_result")    # [1] leave on rising edge
29
    jmp(x_dec, "loop")         # [1] dec x
30
    jmp("loop")                # overflow .. should not be needed
31
    
32
    
33
class PulseMeasure:
34
    def __init__(self, sm_id, pin):
35
        self.sm = rp2.StateMachine(sm_id, lowPulseCount, in_base=pin, jmp_pin=pin)
36
        self.sm.active(1)        # Start the state machine
37

38
    def get_freq(self):
39
        count = self.sm.get()        # Read count from FIFO
40
        cyclesPerLoop=2
41
        sigLowCycles=(0xffffffff-(count & 0xffffffff))*cyclesPerLoop
42
        if sigLowCycles!=0:
43
            f=cpufreq()/(2*sigLowCycles)
44
        else:
45
            f=None        
46
        return f
47
    
48
    def end(self):
49
        self.sm.active(0) 
50

51
# Read pulse count from pin 16
52
pin16 = Pin(16, Pin.IN, Pin.PULL_UP)
53
device = PulseMeasure(0, pin16)
54

55
print("cpufreq: ",cpufreq())
56
for n in range(1,10):
57
    print( "f=",device.get_freq(),"Hz")
58
    time.sleep(0.1)
59

60
device.end()

Man kann ja z.b. keine Konstanten >31 direkt ins X-Register laden. Außerdem scheint der Jump über den Testpin nur auf High-Werte zu funktionieren. Aus diesem Grunde habe ich nur die Low-Periode gemessen und dann einfach x2 genommen. Das Ergebnis kann man nicht unbedingt als genau bezeichnen. Hier mal für 1kHz:

1
>>> %Run -c $EDITOR_CONTENT
2
cpufreq:  125000000
3
f= 1000.032 Hz
4
f= 1000.032 Hz
5
f= 1000.032 Hz
6
f= 1000.032 Hz
7
f= 1000.032 Hz
8
f= 1000.032 Hz
9
f= 1000.032 Hz
10
f= 1000.032 Hz
11
f= 1000.032 Hz

Ich vermute, es liegt an der unscharfen Flanke, weil ich den Funktionsgenerator mit 3.3kOhm angeschlossen habe.

#7953584
Lesenswert?

Von:

1
set(x,0)            # clear counter
2
jmp(x_dec,"skip")   # preset counter to 0xffffffff 
3
label("skip")       # to avoid overflow at the end of this programm

In:

1
#!python
2
mov (x, invert(null)) # ones-complement

Von:

1
mov(isr,x)          # move counter to ISR
2
push()              # store ISR (result) in FIFO

In:

1
#!python
2
mov (isr, invert(x))# revert ones-complement
3
push()              # store ISR (result) in FIFO

Da sparst du Speicher und den späteren Tanz mit 2³². Der Rest ist Zyklen zählen.

Christoph M. schrieb:

Ich vermute, es liegt an der unscharfen Flanke, weil ich den Funktionsgenerator mit 3.3kOhm angeschlossen habe.

Jaaaa, das ist so'n Ding mit den Vermutungen… ;-)

Wenn du es zunächst erst einmal Zyklen-genau bauen willst, dann generiere dir den präzisen Takt auf dem Ding selbst.

#7953606
Lesenswert?

Hugo H. schrieb:

Norbert schrieb:

Hugo H. schrieb:

Ja, die Kloschüsseln auch! (vermutlich :-) )

Realitätsverweigerer oder Doppelkorn-Liebhaber?

Weder noch - Mensch mit Verstand :-)

Möglich … Unwahrscheinlich. Verstand würde implizieren, dass man sich mit der momentanen Situation um den größeren Bereich ›baltic sea‹ vertraut macht und Informationen diesbezüglich sammelt. Und da wir uns über Aviation unterhielten, wäre das wohl der maßgebende Bereich. Mit ein wenig Glück fände derjenige sogar eine oder mehrere offizielle Webseiten, auf denen dies ständig dokumentiert wird.

ad1: Ich mach's noch leichter. Einfach mal ›EASA GPS outage‹ versuchen.

: Bearbeitet durch User
#7953640
Lesenswert?

So, jetzt sieht's deutlich besser aus, ich bin begeistert :-)

1
>>> %Run -c $EDITOR_CONTENT
2
cpufreq:  125000000
3
f= 1000.0 Hz
4
f= 1000.0 Hz
5
f= 1000.0 Hz
6
f= 1000.0 Hz
7
f= 1000.0 Hz
8
f= 1000.0 Hz
9
f= 1000.0 Hz
10
f= 1000.0 Hz
11
f= 1000.0 Hz

Ein wenig von Mi N.(msx) inspiriert:

1
#!/python
2
# vim: fileencoding=utf-8: ts=4: sw=4: expandtab:
3

4
import rp2
5
from machine import Pin
6
import time
7
from machine import freq as cpufreq
8

9
# Frequency Measurement
10
# 1. wait for rising edge
11
# 2. count high pulse cycles
12
# 3. count high pulse cycles
13
# 4. calculate frequency
14

15
# inspired from
16
# Mi N. (msx)
17
# 08.10.2025 10:21
18
# https://www.mikrocontroller.net/topic/580836#7948280
19

20
@rp2.asm_pio()
21
def lowPulseCount():
22
    #### START ###
23
    label("store_result")
24

25
    mov(isr, x)                # store result
26
    push()
27

28
    mov (x, invert(null)) # ones-complement
29

30
    # wait for rising edge
31
    wait(0, pin, 0)   
32
    wait(1, pin, 0)            
33
    
34
    #### count high period ####
35
    label("isOneLoop")
36
    
37
    jmp(x_dec, "xdec1") [1]    # [2] decrement x
38
    label("xdec1")
39
    
40
    jmp(pin, "isOneLoop")      # [1] wait for 0
41
    
42
    #### count low period #### 
43
    label("isZeroLoop")
44
    
45
    jmp(x_dec, "xdec")         # decrement x
46
    label("xdec")
47
    jmp(pin, "store_result")   # leave when 1
48
    
49
    jmp("isZeroLoop")          # 
50
    
51
    
52
class PulseMeasure:
53
    def __init__(self, sm_id, pin):
54
        self.sm = rp2.StateMachine(sm_id, lowPulseCount, in_base=pin, jmp_pin=pin)
55
        self.sm.active(1)        # Start the state machine
56
        self.old=0    
57
    
58
    def get_freq(self):
59
        count = self.sm.get()        # Read count from FIFO
60
        cyclesPerLoop=3
61
        correctionCycles=1
62
        sigCycles=(0xffffffff-(count & 0xffffffff))*cyclesPerLoop-correctionCycles
63

64
        if sigCycles!=0:
65
            f=cpufreq()/(sigCycles)
66
        else:
67
            f=None        
68
        #f=count
69
        return f
70
    
71
    def end(self):
72
        self.sm.active(0) 
73

74
# Read pulse count from pin 16
75
pin16 = Pin(16, Pin.IN, Pin.PULL_UP)
76
device = PulseMeasure(0, pin16)
77

78
print("cpufreq: ",cpufreq())
79
for n in range(1,10):
80
    print( "f=",device.get_freq(),"Hz")
81
    time.sleep(0.1)
82

83
device.end()
#7953797
Lesenswert?

Christoph M. schrieb:

Ich versuche, die Länge eines Pulses zu messen, aber es sieht so aus, als wenn die PIO das Eingangssignal ignoriert. Nach ca.32 Sekunden läuft der Zähler über, dann kommt jeweils ein Wert.

Mal etwas Themen-bezogenes. Du Kennst das "Erratum/Errata 9" für den PI Pico 2?

https://forums.raspberrypi.com/viewtopic.php?t=375954

Hat mir, trotz externer Pulldown-Beschaltung, sporadisch Fehler bei der Auswertung eines Eingangssignals beschert. Ich musste auf den PI Pico zurückgreifen. Eine neue Chip-Version des PI Pico 2 (A4) ist als Chip schon verfügbar - aber habe ich bisher nicht als Developement-board verfügbar gesehen.

: Bearbeitet durch User
#7953809
Lesenswert?

Mal etwas Themen-bezogenes. Du Kennst das "Erratum/Errata 9" für den PI Pico 2?

Das ist ein guter Hinweis. Für die bisherigen Experimente habe ich einen RP20240 benutzt. Heute morgen habe ich mal den selben Micropython-Frequenzzähler wie oben ohne Änderung auf einem RP2350 laufen lassen. Es hat auch funktioniert, nur die Frequenzauflösung war etwas besser, weil der RP2 etwas schneller läuft.

Wie man oben sieht, ist der Pin aber als Pull-Up konfiguriert. Auf den ersten Blick habe ich keine Ausreißer gesehen.

Durch die Codezeilen

1
    # wait for rising edge
2
    wait(0, pin, 0)   
3
    wait(1, pin, 0)

kann man nur jede zweite Welle messen. Ich mal versucht, diese Synchronisation weg zu lassen, aber dann wird die Messung ziemlich verrauscht. Das liegt aber wahrscheinlich am langsamen lesen des FIFOs durch die Python-Loop, die dann die PIO bremst.

Falls sich deine Beobachtung auch beim Konfiguration als Pull-Up bestätigen würde, müsst man man einen Langzeitversuch machen und die Daten über ein paar Minuten aufzeichnen.

#7953817
Lesenswert?

Wenn man den Pin (input) mit weniger als 8kΩ ansteuert, tritt dieser Fehler nicht auf. Selbst bei höchsten Frequenzen im 100MHz Bereich kann man noch, wie hier, einen 160Ω Widerstand in Serie zwischen /input/ und /output/ legen.

Habe das ganze Zeug sowohl auf RP2040 als auch auf RP2350 getestet und völlig problemlos laufen.

Der geschilderte Fehler tritt nur bei hochohmiger Ansteuerung auf, wenn weniger als ca. 100µA bei low Pegel aus dem /input/ fließen können.

ad1: Diese Ausgaben der Messungen hier kommen direkt aus dem RP2350:

1
⋂_⋂_⋂_⋂_⋂_⋂_⋂_⋂_⋂_⋂_⋂_⋂_⋂_⋂_⋂_⋂_⋂_⋂_⋂_⋂_⋂_⋂_⋂_⋂_⋂_⋂_⋂_⋂_⋂_⋂_⋂_⋂_⋂_⋂_⋂_⋂_⋂_⋂_⋂_⋂_⋂_⋂_⋂_⋂_⋂_⋂_⋂_⋂_⋂_⋂_⋂_⋂_⋂_⋂_⋂_⋂_⋂_⋂_⋂_⋂_
2
100.000000 MHz   (5.0 ns, 5.0 ns)
3

4
⋂__⋂__⋂__⋂__⋂__⋂__⋂__⋂__⋂__⋂__⋂__⋂__⋂__⋂__⋂__⋂__⋂__⋂__⋂__⋂__⋂__⋂__⋂__⋂__⋂__⋂__⋂__⋂__⋂__⋂__⋂__⋂__⋂__⋂__⋂__⋂__⋂__⋂__⋂__⋂__
5
66.666670 MHz   (5.0 ns, 10.0 ns)
6

7
⋂⋂_⋂⋂_⋂⋂_⋂⋂_⋂⋂_⋂⋂_⋂⋂_⋂⋂_⋂⋂_⋂⋂_⋂⋂_⋂⋂_⋂⋂_⋂⋂_⋂⋂_⋂⋂_⋂⋂_⋂⋂_⋂⋂_⋂⋂_⋂⋂_⋂⋂_⋂⋂_⋂⋂_⋂⋂_⋂⋂_⋂⋂_⋂⋂_⋂⋂_⋂⋂_⋂⋂_⋂⋂_⋂⋂_⋂⋂_⋂⋂_⋂⋂_⋂⋂_⋂⋂_⋂⋂_⋂⋂_
8
66.666670 MHz   (10.0 ns, 5.0 ns)
9

10
⋂⋂__⋂⋂__⋂⋂__⋂⋂__⋂⋂__⋂⋂__⋂⋂__⋂⋂__⋂⋂__⋂⋂__⋂⋂__⋂⋂__⋂⋂__⋂⋂__⋂⋂__⋂⋂__⋂⋂__⋂⋂__⋂⋂__⋂⋂__⋂⋂__⋂⋂__⋂⋂__⋂⋂__⋂⋂__⋂⋂__⋂⋂__⋂⋂__⋂⋂__⋂⋂__
11
50.000000 MHz   (10.0 ns, 10.0 ns)
: Bearbeitet durch User
#7953827
Lesenswert?

Christoph M. schrieb:

Falls sich deine Beobachtung auch beim Konfiguration als Pull-Up bestätigen würde, müsst man man einen Langzeitversuch machen und die Daten über ein paar Minuten aufzeichnen.

Wäre vielleicht sinnvoll - aber ein Zurück auf den PI Pico tuts auch. Anbei ein Bild in welchem ich Taktsignale (gelb) auswerte - und bei Erkennen ausgebe (grün). Der Fehler ist sporadisch, aber im Kontext (ich werte Signale zur Display-Steuerung aus) mehr als störend.

Angehängte Dateien:
#7953844
Lesenswert?

Hugo H. schrieb:

Der Fehler ist sporadisch, aber im Kontext (ich werte Signale zur Display-Steuerung aus) mehr als störend.

In der Richtung wie in der Grafik gezeigt – /low/ to /high/ bleibt aus – ist der Fehler aber gar nicht existent.

Die Richtung /low/ to /high/ geht bei korrekter Ansteuerung immer und hat mit RP2350-E9 nichts zu tun.

Nur wenn der ›input‹ bereits /latched/ high ist, müssen aus ihm die ca. 100µA heraus fließen können um ihn wieder low zu bringen.

Das es mit dem RP2040 geht, liegt wohl eher daran, dass bei dessen interner Pad Konfiguration und der externen Beschaltung es so gerade noch geht.

#7954509
Lesenswert?

Micropython ist für das Programmieren der PIO unglaublich praktisch, weil der Syntax viel einfacher als für C ist.
Um die maximale Geschwindigkeit zu erreichen, ist aber C unvermeidlich.
Mich wundert dass noch keiner einen Konverter geschrieben hat, um Micropython PIO-Code in C umzuwandeln so wie es hier gebraucht wird:
https://wokwi.com/tools/pioasm

#7954517
Lesenswert?

Christoph M. schrieb:

Um die maximale Geschwindigkeit zu erreichen, ist aber C unvermeidlich.

Wenn man wirklich maximale Geschwindigkeit erreichen will, ist Assembler unvermeidlich. Braucht man aber fast nie, genauso wenig wie C.

Ich selbst habe in den letzten Jahren nur eine Handvoll C-module für µPy geschrieben. Die waren dann aber auch wirklich ziemlich extrem. Alles andere kann man durch vernünftige Programmierung abfrühstücken. Wenn man sich eingehend mit dem System beschäftigt.

Nur – im Sinne von ausschließlich – mit µPy geschrieben:

  • IRQs pro Sekunde irgendwo im hohen fünf, niedrigen sechs-stelligen Bereich.
  • Monitoransteuerung inkl. Grafik- und Fensterroutinen.
  • Signalerzeugung und Frequenzmessung bis in den drei-stelligen MHz Bereich.
  • Logic-Analyser 16 Kanäle
  • Audio-Signalerkennung und Auswertung

Ich such' mal ein oder zwei Videos heraus.

ad1: Direkt mit dem Clever-Telefon vom Eizo 22" Monitor Bisschen komprimiert, bei der Originalgröße käme ich hier auf die Strafbank.

Die Datei heißt eigentlich µPy4.mp4, ist aber von der Foren-SW verändert worden. Abspielbar mit mpv,vlc,mplayer,smplayer

Angehängte Dateien:
: Bearbeitet durch User
#7954526
Lesenswert?

Wenn man wirklich maximale Geschwindigkeit erreichen will, ist Assembler unvermeidlich. Braucht man aber fast nie, genauso wenig wie C.

Du brauchst die hohe Geschwindigkeit zum Beispiel IMMER dann wenn du Energieprobleme hast. Es ist ein Unterschied ob deine Kiste 2Monate oder 2Jahre mit einer Batterie laeuft. Oder auch wenn die Energie begrenzt ist wegen Solarzelle oder Feldbus. Oder einfach wenn du kommerziell unterwegs bist weil es bedeutet das du mit derselben (preislich) Hardware wie die Konkurrenz viel mehr Funktionalitaet hast.

Zum basteln zuhause ist es sicher oft egal! Aber sobald deine Ansprueche darueber hinaus gehen ist C/C++ im Embeddedbereich selbstverstaendlich.

Programmierung in Assembler dagegen ist in der Tat sehr exotisch/selten geworden. Es ist aber immer noch notwendig es zu koennen damit du bei komplexen Problemen auf Assemblerlevel debuggen kannst. Auch nicht jeden Tag, aber so 1x im Jahr kommt das vor. Das ist dann manchmal der Tag an dem du einen Bugreport an den Compilerhersteller schreiben kannst. Ich meine irgendeiner muss ja die Bugs finden oder? :-)

Vanye

#7954534
Lesenswert?

Vanye R. schrieb:

Du brauchst die hohe Geschwindigkeit zum Beispiel IMMER dann wenn du Energieprobleme hast.

Wer Energieprobleme hat, nutzt ganz sicher keinen Pico (oder nur wenn's gar nicht anders geht). Die Dinger sind nun wirklich nicht für Batteriebetrieb ausgelegt.

Vanye R. schrieb:

Programmierung in Assembler dagegen ist in der Tat sehr exotisch/selten geworden.

Wenn die ersten drei erlernten Sprachen Maschinencode/Assembler waren, dann empfindet man das als völlig natürlich. Natürlich schreibt man heute kein komplettes Programm in Assembler, nur die Routinen wo es massig Umpf braucht. Hatte ich erwähnt, das µPy ganz nebenbei einen Assembler eingebaut hat? ;-)

#7954536
Lesenswert?

Und so ein Bild auf dem Monitor kann man mit µPy übrigens auch erzeugen. Wenn man's richtig macht. Ohne Assembler und ohne C übrigens. Da habe ich viel über Video-Formate gelernt. Muss man allerdings – wie bei dem gezeigten Video auch – alles, wirklich alles, selbst programmieren. Nix Schublade auf und module importieren.

Angehängte Dateien:
#7954553
Lesenswert?

Wenn die ersten drei erlernten Sprachen Maschinencode/Assembler waren, dann empfindet man das als völlig natürlich.

Ich hab mal MCS48, MCS51, Z80, ST6, Saturn, ESRH, 6502 und 68k Assembler gelernt. Trotzdem wuerde ich nicht sagen das ich heute ARM oder Risc/V mal eben gut also sinnvoll in Assembler programmieren kann. Irgendwas hinschludern das geht, ja, aber programmieren ist was anderes! Wo man es genau drauf hat um wirklich noch besser wie ein Compiler zu sein. Das ist nicht mal eben so gemacht. Deshalb ist es ja auch weitestgehend ausgestorben.

Vanye

#7954608
Lesenswert?

Christoph M. schrieb:

Micropython ist für das Programmieren der PIO unglaublich praktisch, weil der Syntax viel einfacher als für C ist.

Was ich bislang als Code so gesehen habe, scheint mir doch recht gewöhnungsbedürftig ;-) Syntax hin oder her: wenn es schnell gehen soll, muß man genau wissen, was man eingibt, und da helfen ein Blatt Papier und eigene Kopfarbeit enorm - bei mir zumindest.

Die PIOs habe ich mir mit einer IAR-IDE in C programmiert. Damit kann man ganz elegant zur Laufzeit eine PIO starten und stoppen, einzelene Befehle von C aus ausführen lassen und beim Debuggen das PIO-Programm manuell verändern. Für größere PIO-Programme könnte man per DMA auch die Befehle aus einer Tabelle ausführen lassen oder eine PIO zur Laufzeit umprogrammieren. Aber gut, wohl etwas speziell das Ganze.

#7954645
Lesenswert?

Ich habe das Frequenzmessprogramm

Beitrag "Re: PiPico PIO programmieren"

mal in die C-Version verwandelt.
Wie zu erwarten, gestaltet sich die Inbetriebnahme schwierig. Es scheint kein Wert im FIFO anzukommen.

Hat jemand eine Idee?

1
#include "fmes.pio.h"           
2
#include <hardware/gpio.h>
3
#include <hardware/pio.h>
4
#include <stdio.h>
5

6
#define TESTPIN 16              
7

8
// function to translate
9
#if defined(ARDUINO_ARCH_MBED)
10
#include <pinDefinitions.h>
11
static int translate_pin(int pin) {
12
  return digitalPinToPinName(pin);
13
}
14
#else
15
static int translate_pin(int pin) {
16
  return pin;
17
}
18
#endif
19

20
static PIO pio;
21
static int sm;
22

23
static inline void fmes_program_init(PIO pio, uint sm, uint pin)
24
{
25
  pio_gpio_init(pio, pin);
26

27
  // Set pin direction: input
28
  pio_sm_set_consecutive_pindirs(pio, sm, pin, 1, false);
29

30
  pio_sm_config c = fmes_program_get_default_config(0);
31
  sm_config_set_in_pins(&c, pin); // for WAIT, IN
32

33
  // don't join FIFO's
34
  sm_config_set_fifo_join(&c, PIO_FIFO_JOIN_NONE);
35

36
  // always run at sysclk (125 MHz default)
37
  sm_config_set_clkdiv(&c, 1.0);
38

39
  pio_sm_init(pio, sm, 0, &c);
40

41
  // Use SDK function to enable state machine
42
  pio_sm_set_enabled(pio, sm, true);
43
}
44

45
void setup() {
46
  Serial.begin(115200);
47
  //while (!Serial.available());
48
  //Serial.println("start");
49
  while (!Serial) {
50
    delay(10);
51
  }
52
  Serial.println("start");
53

54
  gpio_init(TESTPIN);                    // Initialize the GPIO pin
55
  gpio_set_dir(TESTPIN, GPIO_IN);        // Set the TESTPIN as input (standard GPIO)
56

57
  // Assign pio to pio0
58
  pio = pio0;
59

60
  // Claim an unused state machine
61
  sm = pio_claim_unused_sm(pio, true);
62

63
  int gpio_pin = translate_pin(TESTPIN);
64

65
  pio_add_program(pio, &fmes_program);
66

67
  // Initialize PIO program on the claimed state machine
68
  fmes_program_init(pio, sm, gpio_pin);
69

70
  Serial.printf("Using PIO instance %p, state machine %d on pin %d\n", pio, sm, gpio_pin);
71
}
72

73
static inline int32_t pio_read(PIO pio, uint sm)
74
{
75
  int32_t value = -1;
76
  uint32_t ints;
77

78
  uint8_t count = pio_sm_get_rx_fifo_level(pio, sm);
79

80
  ints = save_and_disable_interrupts();
81
  if (count > 0)
82
    value = pio_sm_get_blocking(pio, sm);
83
  else value = -1;
84
  restore_interrupts(ints);
85

86
  return value;
87
}
88

89
void loop()
90
{
91
  Serial.print("click ");
92
  int32_t val = pio_read(pio, sm);
93

94
  Serial.println(val);
95

96
  delay(200);
97
}

Hier das zugehörige PIO-Programm:

1
// -------------------------------------------------- //
2
// This file is autogenerated by pioasm; do not edit! //
3
// -------------------------------------------------- //
4

5
#pragma once
6

7
#if !PICO_NO_HARDWARE
8
#include "hardware/pio.h"
9
#endif
10

11
// ---- //
12
// fmes //
13
// ---- //
14

15
#define fmes_wrap_target 0
16
#define fmes_wrap 9
17

18
static const uint16_t fmes_program_instructions[] = {
19
            //     .wrap_target
20
    0xa0c9, //  0: mov    isr, !x                    
21
    0x8020, //  1: push   block                      
22
    0xa02b, //  2: mov    x, !null                   
23
    0x2020, //  3: wait   0 pin, 0                   
24
    0x20a0, //  4: wait   1 pin, 0                   
25
    0x0046, //  5: jmp    x--, 6                     
26
    0x00c5, //  6: jmp    pin, 5                     
27
    0x0048, //  7: jmp    x--, 8                     
28
    0x00c0, //  8: jmp    pin, 0                     
29
    0x0007, //  9: jmp    7                          
30
            //     .wrap
31
};
32

33
#if !PICO_NO_HARDWARE
34
static const struct pio_program fmes_program = {
35
    .instructions = fmes_program_instructions,
36
    .length = 10,
37
    .origin = 0,
38
};
39

40
static inline pio_sm_config fmes_program_get_default_config(uint offset) {
41
    pio_sm_config c = pio_get_default_sm_config();
42
    sm_config_set_wrap(&c, offset + fmes_wrap_target, offset + fmes_wrap);
43
    return c;
44
}

#endif [c]

#7954679
Lesenswert?

Edit: Ups, sehe gerade: Arduino

Genau .. die zweit einfachste Variante nach Micropython. Ich verwende das Early-Hill-Power Framework

https://github.com/earlephilhower/arduino-pico

weil es ohne mbed auskommt.

Wie man im Code sieht, kann man die SDK-API benutzen. Ich habe den angehängten PIO-Code, der dem Micropython-Code entspricht mit dem Onlineassembler assemblieren lassen:
https://wokwi.com/tools/pioasm
Leider hängt es noch irgendwo ..

Angehängte Dateien:

Antwort schreiben

Bitte melde dich an, um einen Beitrag zu schreiben.

oder

Mit Google-Account einloggen

Die Registrierung ist kostenlos und dauert nur eine Minute.

Jetzt registrieren