本日発表されたRaspberry Pi Pico W（以下、Pico W）は、これまでのRaspberry Pi Pico（以下、Pico）に無線LANが追加されたバージョンです。Raspberry Pi Zeroに無線LANが搭載された時と似た流れを感じますね。

Picoで遊んでいると、ネットワーク接続が欲しくなることがよくあったため、Pico Wはある意味で待望のリリースと言えそうです。

今回もサンプルをお預かりしましたので、さっそく遊んで、もとい、色々試していきます。

外観

外観をPicoと比べてみます。左がPico W、右がPicoです。

まずは表面。Picoと比べると、四角い銀色のパーツとアンテナが増えたのが分かりやすい変化です。アンテナの配置の都合で、DEBUGのスルーホールが移動してしまったため、これがあることを前提とした基板を作成している人は要注意かも知れません。

Picoで他に惜しいポイントだった、MicroUSBと、RESETボタンがない点は変わりませんでした。（※右のPicoにはPimoroni Captain Resettiが増設されています）

つづいて裏面。Picoよりも各種認証や権利関係のロゴと文字でいっぱいになりました。EUを離脱したイギリスの適合性評価マークであるUKCAロゴが加わった点は、イギリスの製品らしい新たな特徴です。基板の余白が少ないため、今後日本で技適が取得されても、基板への直接の印字は難しそうです（他の国などもそうですが……）。

MicroPythonファームウェアの用意と書き込み

今回はかんたんな例として、HTTPサーバーを動かして、BME280のセンサーデータJSONで提供するAPIと、それを毎秒取得してデータを表示するようなHTMLを提供する、MicroPython向けのスクリプトを作成しました。スクリプトはGitHubに配置しました。

今回はPimoroniのBME280ライブラリを使用するために、ライブラリを組み込んだPico W向けMicroPythonファームウェアを自前でビルドして使用しました。ビルドの詳細は割愛しますが、MicroPythonのビルドは初めてで、少し苦労しました……。Pico Wリリース前だったため自前ビルドをしましたが、リリース後はきっとPimoroniからPico W向けのファームウェアが提供されると思われるので、今後はそちらを使えば良いでしょう。

さて、Pico Wのテストには、スイッチサイエンスさんからお借りしているいつもの電波暗箱を使用しました。ファームウェアを書き込むには、BOOTSELボタンを押しながら通電する必要があるため、洗濯バサミでボタンを挟んだ状態で暗箱に設置して、電波暗箱の外から書き込みを実行しました。書き込み後はケーブルを抜いてから電波暗箱を開き、洗濯ばさみを外しました。これで準備は完了です。

電波暗箱の無線LAN環境の構築

電波暗箱の中では当然ながら外の電波は遮断されて、部屋の無線LANが使用できません。そこで、Raspberry Piとhostapdを使用した無線LANのブリッジを作成して、それを電波暗箱の中に入れて、Pico WはRaspberry Piの無線LANブリッジに接続するようにします。

Thonnyからスクリプトを実行して、起動後にPico WのIPアドレスにアクセスします。すると、HTMLファイルが読み込まれて、毎秒センサーのデータが更新されました。

なお、電力チェッカーを使用して消費電力を確認したところ、無線LANに接続したあと何もしていない状態では0.02A、データを転送している最中では0.08A前後となりました。

転送速度の調査

Pico　Wの転送速度を調べるために、/longにアクセスされたら500KBくらいの文字列を送るようにスクリプトを少し改造しました。これを無線LANブリッジのRaspberry Piからcurlでダウンロードして、平均ダウンロード速度を確認しました。

akkie@raspberrypi:~ $ curl http://192.168.2.21/long -o /dev/null
  % Total    % Received % Xferd  Average Speed   Time    Time     Time  Current
                                 Dload  Upload   Total   Spent    Left  Speed
100  500k    0  500k    0     0  43708      0 --:--:--  0:00:11 --:--:-- 44116

結果は約42.7KB/秒となりました。軽量なHTMLやJSONデータを読み込むには問題ない速度で、実用的そうです。

vs Pimoroni Pico Wireless Pack

Pimoroni Pico Wireless Packは、Pico向けの無線LAN機能拡張ボードで、ESP32を使用して無線LAN接続を使用するため実現します。Pico Wが出る以前のPicoではこのような拡張ボードが必要でした。

まず物理的な比較をすると、Picoのピンがボードで覆われるため、他のボードと同時に使うにはPimoroni Pico Omnibusのような拡張ボードが別途必要になり、作品も大きくなってしまいます。Pico Wであれば、無線のためにピンを使うことはなくなるため、見た目をスッキリさせられます。

続けて転送速度です。Pimoroniのサンプルスクリプトをベースに、先ほどと同じく文字列をたくさん転送するスクリプトを作成して、curlでダウンロードして調べます。

  % Total    % Received % Xferd  Average Speed   Time    Time     Time  Current
                                 Dload  Upload   Total   Spent    Left  Speed
100 10240  100 10239    0     0   1424      0  0:00:07  0:00:07 --:--:--  1467

結果は1.4KB/sで、Pico Wの1/40になってしまいました……。実際に別の用途で使用したときもHTMLの転送にとても時間がかかっていたため、改めて数字にしてみるとなかなか遅いです。

最消費電力です。BME280のセンサーを読み出してネットワーク通信するようなスクリプトを動かして調べたところ、何もしていない状態では0.06A、通信時は0.12A程度となりました。Pico Wと比較するといずれも消費電力は大きめですね。

まとめ

Raspberry Pi Pico Wの登場によって、拡張ボードがなくてもネットワークが扱えるようになり、IoT用途として非常に使い勝手の良いボードに進化しました。

もし、通常のRaspberry Piでセンサーを読み出してネットワークで転送するような作品を動かしているなら、Pico Wに移植することで消費電力を大きく減らせそうです。ラジコンカーやロボットなどもPico Wを使って作れそうですね。

一方で、従来のPicoもネットワークを必要としない作品では引き続き需要があると考えられるので、用途に応じて無線あり・なしどちらかのPicoを使い分けると良いでしょう。

そして、毎度残念ながら、Pico Wがいつごろ日本で使用できるようになるのかは不明ですが、日本で発売されるのが待ち遠しいアイテムがまた増えました。

(2023/3/27追記)日本での販売が開始しました。

Raspberry Pi Pico Wが日本国内で発売開始

あっきぃです。本日リリースされたRaspberry Pi Picoのサンプルを太田さんからお借りしているので、レポートしていきます。

外観

外観の紹介。サンプルのため、製品版とは一部異なる場合があります。また、製品はピンヘッダーが未実装の状態で販売されます。

Raspberry Pi PicoにMicroPythonを入れて使う

Raspberry Pi Pico上でMicroPythonを使うことができます。何かを簡単に動かしてみるならこれが一番手軽でしょう。

セットアップの方法はRaspberry Pi Picoのサイトで解説されているため、そちらを参照してください。

https://pico.raspberrypi.org/getting-started

また、プログラミングにはRaspberry Pi OSにバンドルされているThonnyを使うことができます。こちらも上記サイトのMicroPython documentation(PDF)の4章で説明されているので、これを参照してセットアップすると良いでしょう。MicroPythonの場合ファイルの送受信にはampyなどを利用しますが、Thonnyでもファイル保存ダイアログを通じてファイルの送り込みや取得ができるようになるため、用意しておくと便利です。

……本当はドキュメント見ろではなくてステップごとの解説ができると良いのですが、今回はひとまず簡易レポートということで端折らせてください……！

PCD8544 LCDを動かしてみる

手持ちのそれっぽいデバイスでMicroPythonで動かせそうなものを漁ってみたところ、大昔に買ったNokia 5110ことPCD8544 LCDが出てきたので、これを動かしてみることにしました。

まずは配線。Raspberry Pi PicoのSPI0ポートを使用しつつ、これ以外は適当なGPIOピンに差し込みました。

[pcd8544:pico(physical pin)]
Gnd: Pico GND (38)
BL : Pico GP28(34)
Vcc: Pico 3V3 (36)
Clk: Pico GP6 ( 9)
Din: Pico GP7 (10)
DC : Pico GP4 ( 6)
CE : Pico GP5 ( 7)
RST: Pico GP8 (11)

PCD8544用のMicroPython向けライブラリはGithubにあり、そのまま使う事ができました。

https://github.com/mcauser/micropython-pcd8544

pcd8544とpcd8544_fbの2つライブラリがあり、後者のほうが文字を書いたり図を描いたりしやすいので、これをインストールしますが、ThonnyのManage Packagesではインストールできません。pcd8544_fb.pyをRaspberry Pi上に用意して一旦Thonnyで開き、Raspberry Pico上に/lib/pcd8544_fb.pyとして保存することでファイルを転送して、インストールします。

テストプログラムは、リポジトリのexample/framebuf.pyを元にピン番号を書き換えるだけで動きます。ピン番号の書き換えは以下の通り。SPI0番を使うのでSPI(0)で初期化します。Pinの番号はGPの方の数字を指定します。

spi = SPI(0)
spi.init(baudrate=2000000, polarity=0, phase=0)
print(spi)
cs = Pin(5)
dc = Pin(4)
rst = Pin(8)

# if your pcd8544 has BL pin, uncomment this line.
bl = Pin(28, Pin.OUT, value=1)

lcd = pcd8544_fb.PCD8544_FB(spi, cs, dc, rst)

その後の描画テストは、処理の度にframebuf.fill(0)が挟まれており、ほとんどのテストが見えずに終わってしまうため、framebuf.fill(0)を削りつつ、順に描画している様子がわかるようにちょっと書き換えたものを用意しました。

実行結果はこの通りです。

ソースコードは以下のURLで公開しています。

https://gist.github.com/Akkiesoft/c72034f89b9aa6a3bedd4994bd51676a

まとめ

新しいRaspberry Pi Picoをさわってみる記事でした。

4ドル（日本では500円前後になるようです。スイッチサイエンスさんでは550円とのアナウンスがありました）と安価なので、気軽に買って遊んでよし、積みボードにしても罪悪感薄しな感じで良いですね（こら）。

また、MicroPythonの豊富なライブラリが利用できるのはわりと強いのかなと思いました。ESPと比べると無線周りがない点が弱みのような気もしますが、無線はいらない場合も多々なので、これはこれでありなのではないかと思います。

3.14159265..なπの日の夜、スイッチサイエンスさんにいきなり電話をしまして、電波法に抵触しない適法上でのテストを行うためにシールドボックスをお借りしてベンチマークを実施しました。外に対してはUSBのポートがでていて、このポートと内部にあるUSBがブリッジのような形になっており、このUSBからRaspberry Pi 3B+と接続ができるようになっております。

で実際のテストはといえば中に閉じ込めて行わねばいけなくて、外部のインターネットと直接接続できる何かがでているわけでもないため、テストはおなじみのUnixbenchぐらいがやっとなのが事実です。なので、いつもながらおなじみで申し訳ないのですが、Unixbenchをとってみました。

   #    #  #    #  #  #    #          #####   ######  #    #   ####   #    #
   #    #  ##   #  #   #  #           #    #  #       ##   #  #    #  #    #
   #    #  # #  #  #    ##            #####   #####   # #  #  #       ######
   #    #  #  # #  #    ##            #    #  #       #  # #  #       #    #
   #    #  #   ##  #   #  #           #    #  #       #   ##  #    #  #    #
    ####   #    #  #  #    #          #####   ######  #    #   ####   #    #

   Version 5.1.3                      Based on the Byte Magazine Unix Benchmark

   Multi-CPU version                  Version 5 revisions by Ian Smith,
                                      Sunnyvale, CA, USA
   January 13, 2011                   johantheghost at yahoo period com

------------------------------------------------------------------------------
   Use directories for:
      * File I/O tests (named fs***) = /home/pi/byte-unixbench/UnixBench/tmp
      * Results                      = /home/pi/byte-unixbench/UnixBench/results
------------------------------------------------------------------------------


1 x Dhrystone 2 using register variables  1

1 x Double-Precision Whetstone  1

1 x Execl Throughput  1

1 x File Copy 1024 bufsize 2000 maxblocks  1

1 x File Copy 256 bufsize 500 maxblocks  1

1 x File Copy 4096 bufsize 8000 maxblocks  1

1 x Pipe Throughput  1

1 x Pipe-based Context Switching  1

1 x Process Creation  1

1 x System Call Overhead  1

1 x Shell Scripts (1 concurrent)  1

1 x Shell Scripts (8 concurrent)  1

4 x Dhrystone 2 using register variables  1

4 x Double-Precision Whetstone  1

4 x Execl Throughput  1

4 x File Copy 1024 bufsize 2000 maxblocks  1

4 x File Copy 256 bufsize 500 maxblocks  1

4 x File Copy 4096 bufsize 8000 maxblocks  1

4 x Pipe Throughput  1

4 x Pipe-based Context Switching  1

4 x Process Creation  1

4 x System Call Overhead  1

4 x Shell Scripts (1 concurrent)  1

4 x Shell Scripts (8 concurrent)  1

========================================================================
   BYTE UNIX Benchmarks (Version 5.1.3)

   System: raspberrypi: GNU/Linux
   OS: GNU/Linux -- 4.9.80-v7+ -- #1098 SMP Fri Mar 9 19:11:42 GMT 2018
   Machine: armv7l (unknown)
   Language: en_US.utf8 (charmap="UTF-8", collate="UTF-8")
   CPU 0: ARMv7 Processor rev 4 (v7l) (0.0 bogomips)
          
   CPU 1: ARMv7 Processor rev 4 (v7l) (0.0 bogomips)
          
   CPU 2: ARMv7 Processor rev 4 (v7l) (0.0 bogomips)
          
   CPU 3: ARMv7 Processor rev 4 (v7l) (0.0 bogomips)
          
   12:20:45 up 2 min,  3 users,  load average: 0.09, 0.08, 0.03; runlevel 2018-03-14

------------------------------------------------------------------------
Benchmark Run: Wed Mar 14 2018 12:20:45 - 12:27:30
4 CPUs in system; running 1 parallel copy of tests

Dhrystone 2 using register variables        5064713.2 lps   (10.0 s, 1 samples)
Double-Precision Whetstone                     1224.3 MWIPS (9.9 s, 1 samples)
Execl Throughput                                507.1 lps   (29.9 s, 1 samples)
File Copy 1024 bufsize 2000 maxblocks        159405.0 KBps  (30.0 s, 1 samples)
File Copy 256 bufsize 500 maxblocks           47023.0 KBps  (30.0 s, 1 samples)
File Copy 4096 bufsize 8000 maxblocks        403956.0 KBps  (30.0 s, 1 samples)
Pipe Throughput                              353550.8 lps   (10.0 s, 1 samples)
Pipe-based Context Switching                  63697.5 lps   (10.0 s, 1 samples)
Process Creation                               2420.9 lps   (30.0 s, 1 samples)
Shell Scripts (1 concurrent)                   2202.1 lpm   (60.0 s, 1 samples)
Shell Scripts (8 concurrent)                    668.7 lpm   (60.0 s, 1 samples)
System Call Overhead                         687831.7 lps   (10.0 s, 1 samples)

System Benchmarks Index Values               BASELINE       RESULT    INDEX
Dhrystone 2 using register variables         116700.0    5064713.2    434.0
Double-Precision Whetstone                       55.0       1224.3    222.6
Execl Throughput                                 43.0        507.1    117.9
File Copy 1024 bufsize 2000 maxblocks          3960.0     159405.0    402.5
File Copy 256 bufsize 500 maxblocks            1655.0      47023.0    284.1
File Copy 4096 bufsize 8000 maxblocks          5800.0     403956.0    696.5
Pipe Throughput                               12440.0     353550.8    284.2
Pipe-based Context Switching                   4000.0      63697.5    159.2
Process Creation                                126.0       2420.9    192.1
Shell Scripts (1 concurrent)                     42.4       2202.1    519.4
Shell Scripts (8 concurrent)                      6.0        668.7   1114.5
System Call Overhead                          15000.0     687831.7    458.6
                                                                   ========
System Benchmarks Index Score                                         336.3

------------------------------------------------------------------------
Benchmark Run: Wed Mar 14 2018 12:27:30 - 12:34:21
4 CPUs in system; running 4 parallel copies of tests

Dhrystone 2 using register variables       20174506.0 lps   (10.0 s, 1 samples)
Double-Precision Whetstone                     4936.7 MWIPS (9.9 s, 1 samples)
Execl Throughput                               2474.9 lps   (29.9 s, 1 samples)
File Copy 1024 bufsize 2000 maxblocks        263690.0 KBps  (30.0 s, 1 samples)
File Copy 256 bufsize 500 maxblocks           70797.0 KBps  (30.0 s, 1 samples)
File Copy 4096 bufsize 8000 maxblocks        647637.0 KBps  (30.0 s, 1 samples)
Pipe Throughput                             1431414.8 lps   (10.0 s, 1 samples)
Pipe-based Context Switching                 221854.5 lps   (10.0 s, 1 samples)
Process Creation                               5696.9 lps   (30.0 s, 1 samples)
Shell Scripts (1 concurrent)                   4949.5 lpm   (60.0 s, 1 samples)
Shell Scripts (8 concurrent)                    644.5 lpm   (60.2 s, 1 samples)
System Call Overhead                        2640381.9 lps   (10.0 s, 1 samples)

System Benchmarks Index Values               BASELINE       RESULT    INDEX
Dhrystone 2 using register variables         116700.0   20174506.0   1728.7
Double-Precision Whetstone                       55.0       4936.7    897.6
Execl Throughput                                 43.0       2474.9    575.6
File Copy 1024 bufsize 2000 maxblocks          3960.0     263690.0    665.9
File Copy 256 bufsize 500 maxblocks            1655.0      70797.0    427.8
File Copy 4096 bufsize 8000 maxblocks          5800.0     647637.0   1116.6
Pipe Throughput                               12440.0    1431414.8   1150.7
Pipe-based Context Switching                   4000.0     221854.5    554.6
Process Creation                                126.0       5696.9    452.1
Shell Scripts (1 concurrent)                     42.4       4949.5   1167.3
Shell Scripts (8 concurrent)                      6.0        644.5   1074.2
System Call Overhead                          15000.0    2640381.9   1760.3
                                                                   ========
System Benchmarks Index Score                                         867.2

ほんと、技適の問題でおおっぴらに電源をいれられないのは口惜しい限りですが、ご参考ください。また深夜だというのに押しかけでシールドボックスをお貸しいただきましたスイッチサイエンス様に御礼申し上げます。