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デバイス・ボード

Raspberry Pi Pico

RP2040搭載のマイコンボード。安価で扱いやすい。

概要

Raspberry Pi PicoはRaspberry Pi財団が2021年1月に発売したマイコン（MCU）ボードです。財団が自社設計したRP2040チップを搭載し、税込500円前後という低価格で提供されます。Raspberry Pi（Linuxが動くSBC）とは異なり、Picoはリアルタイム制御向けの組み込みマイコンボードです。

RP2040はデュアルコアのARM Cortex-M0+（最大133MHz）・264KB SRAM・USB1.1を内蔵し、外付けQSPI Flashにプログラムを格納します。特徴的なのは**PIO（Programmable I/O）**という独自のステートマシンで、SPI・UART・I2Cなどのプロトコルをソフトウェアで自由に実装できます。

開発言語はC/C++（公式SDK）またはMicroPythonが主流で、Arduinoコアにも対応しています。USBにUF2ファームウェアとしてドラッグ&ドロップで書き込める手軽さも人気の理由です。

歴史・背景

Raspberry Pi財団はもともとSBC（Linuxベース）のみを製造していましたが、2020年ごろから自社製SoC設計に着手。2021年1月に初の自社チップであるRP2040を発表し、同日Raspberry Pi Picoの販売を開始しました。

価格は4ドル（日本では税込550円前後）と設定し、教育市場・電子工作市場で既存のArduino Uno（約3,000円）・STM32 Nucleo（約1,500円）より低コストで選択肢を提供することを目指しました。

2023年にはRP2040の後継RP2350を搭載したRaspberry Pi Pico 2を発表。ARM Cortex-M33デュアルコア・RISC-V（Hazard3）デュアルコアを切り替えられる独自アーキテクチャ・520KB SRAM・最大150MHzで動作し、セキュリティ機能も強化されました。

技術仕様

RP2040 チップ仕様

項目	値
CPU	ARM Cortex-M0+ デュアルコア（最大133MHz）
SRAM	264KB（6バンク分割、高速アクセス）
ROM	16KB（ブートローダー・USB MSD・暗号ルーチン内蔵）
外部Flash	Picoは2MB QSPIフラッシュ（SIP実装）
USB	USB1.1 ホスト/デバイス（Full Speed 12Mbps）
GPIO	30本（うち26本をPico基板で引き出し）
ADC	4ch（12bit、最大500ksps）+ 温度センサー
SPI	2本（最大62.5MHz）
I2C	2本（最大3.4Mbit/s）
UART	2本
PWM	16チャンネル（8スライス）
PIO	2ブロック（各4ステートマシン）= 合計8ステートマシン
DMA	12チャンネル
割り込み	IRQ 26本
動作電圧	1.8〜5.5V（GPIO I/O電圧は3.3V、PicoはUSB5V→3.3V変換内蔵）
消費電流	通常動作〜15mA、Sleep 〜180µA、Dormant 〜0.8mA

Raspberry Pi Picoボード仕様

項目	値
チップ	RP2040
フラッシュ	2MB W25Q16JVS (QSPIフラッシュ)
GPIOピン	26本（3.3V、最大12mA/ピン）
ADCピン	3本（GP26〜GP28）+ 内部温度センサー
電源入力	USB Micro-Bまたは VSYS（1.8〜5.5V）
3.3V出力	最大300mA（オンボードLDO経由）
サイズ	51mm × 21mm
LED	GP25（オンボードLED）
重量	3g
価格	550円前後（税込）

PIO（Programmable I/O）の仕様

PIOはRP2040の独自機能で、8命令のシンプルなステートマシンを8個（2ブロック×4SM）動かせます：

命令	説明
JMP	ジャンプ（条件付き）
WAIT	条件待機（GPIO入力・割り込み・IRQ）
IN	シフトレジスタへのビット入力
OUT	シフトレジスタからのビット出力
PUSH	シフトレジスタをFIFOに転送
PULL	FIFOからシフトレジスタに転送
MOV	レジスタ間移動
IRQ	割り込み制御
SET	GPIO直接制御
NOP	何もしない

項目	値
実行速度	CPUクロックから分周（最大133MHz）
FIFO深さ	Tx/Rx各4ワード（DMAで連続転送可）

動作原理

RP2040のデュアルコア動作は対称マルチプロセッシング（SMP）で、両コアが同じアドレス空間を共有します：

// コア1でタスクを起動する例（Pico C SDK）
#include "pico/stdlib.h"
#include "pico/multicore.h"

void core1_entry() {
    while (true) {
        // コア1の処理（例：通信処理）
        uint32_t msg = multicore_fifo_pop_blocking();
        process_data(msg);
    }
}

int main() {
    stdio_init_all();
    // コア1を起動
    multicore_launch_core1(core1_entry);

    while (true) {
        // コア0の処理（例：センサー読み取り）
        uint32_t data = read_sensor();
        multicore_fifo_push_blocking(data);
        sleep_ms(100);
    }
}

PIOを使ったカスタムプロトコル実装の例（WS2812 LEDドライバー）：

; WS2812 NeoPixel PIOプログラム（pico-examples より）
.program ws2812
.side_set 1

.wrap_target
bitloop:
    out x, 1       side 0 [T3 - 1]  ; データビットを取り出し、LOW期間
    jmp !x do_zero side 1 [T1 - 1]  ; HIGHへ。0なら do_zero へ
do_one:
    jmp bitloop    side 1 [T2 - 1]  ; 1: HIGH期間を延長
do_zero:
    nop            side 0 [T2 - 1]  ; 0: LOW期間に戻る
.wrap

MicroPythonでの使用例：

# MicroPython で Pico W に接続（Wi-Fi付きモデル）
import network
import time
from machine import Pin, ADC

# LED制御
led = Pin(25, Pin.OUT)

# ADC（温度センサー）読み取り
sensor = ADC(4)  # 内蔵温度センサー

def read_temperature():
    raw = sensor.read_u16()
    voltage = raw * 3.3 / 65535
    temperature = 27 - (voltage - 0.706) / 0.001721
    return temperature

while True:
    led.toggle()
    temp = read_temperature()
    print(f"Temp: {temp:.1f}°C")
    time.sleep(1)

用途・ユースケース

Raspberry Pi Picoが選ばれる場面：

電子工作・教育: MicroPythonで手軽にLED・センサー・モーター制御を学ぶ
USB HID デバイス: キーボード・マウス・ゲームコントローラーをエミュレート（USB1.1 FS）
カスタムプロトコル通信: PIOでWS2812・DMX512・独自シリアルを実装
シンセサイザー・音楽: PWMとDMAで音声波形生成
マルチコア並列処理: センサー読み取りと通信処理を別コアで同時実行
USB-UART変換器: デバッグ用のUSBシリアル変換として使用
ロボティクス: サーボ制御（PWM）とエンコーダー読み取り（PIO）

実装・開発のポイント

ファームウェア書き込みの手軽さ

Picoはファームウェア書き込みが特に簡単です：

手順	操作
1	BOOTSELボタンを押しながらUSBを接続
2	PCにUSBマスストレージデバイスとして認識される（RPI-RP2）
3	.uf2ファイルをドラッグ&ドロップ
4	自動的に再起動して新しいファームウェアで動作開始

# Pico C SDKのビルド例
mkdir build && cd build
cmake .. -DPICO_BOARD=pico
make -j4
# build/hello_world.uf2 がPicoに書き込むファイル

Pico W（Wi-Fi版）

Raspberry Pi Pico WはCYW43439チップ（Infineon）によるWi-Fi 4（802.11n）とBluetooth 5.2を追加したモデルです：

# Pico WでWi-Fi接続する例
import network
import socket

wlan = network.WLAN(network.STA_IF)
wlan.active(True)
wlan.connect('SSID', 'PASSWORD')

while not wlan.isconnected():
    pass

print('Connected:', wlan.ifconfig())

# シンプルなHTTPリクエスト
addr = socket.getaddrinfo('example.com', 80)[0][-1]
s = socket.socket()
s.connect(addr)
s.send(b'GET / HTTP/1.0\r\nHost: example.com\r\n\r\n')
response = s.recv(1024)
print(response)
s.close()

低消費電力化

// Dormantモード（最小消費電力 〜0.8mA）
// GPIOの変化でウェイクアップ
#include "pico/sleep.h"
#include "hardware/gpio.h"

// GPIO16の立ち上がりエッジでウェイクアップ
sleep_goto_dormant_until_edge_high(16);

他技術との比較

Raspberry Pi Pico vs Raspberry Pi

項目	Pico	Raspberry Pi
OS	なし（ベアメタル / MicroPython）	Linux
CPU	Cortex-M0+ 133MHz	Cortex-A76 2.4GHz
RAM	264KB	4〜8GB
起動時間	数ms	数十秒
リアルタイム性	高い	低い（Linuxレイテンシ）
Wi-Fi	Pico Wのみ（要別売）	内蔵（標準）
価格	550円	5,000〜14,000円

Pico vs Arduino Uno

Arduino UnoはATmega328P（8MHz〜16MHz・2KB SRAM・32KB Flash）を搭載し、Picoと比べて処理能力・メモリ量が大幅に劣ります。ただしArduinoのシールドエコシステムや豊富なライブラリを活用したい場面ではArduino Unoが適します。Picoはより高性能でコスパに優れたArduino代替として位置づけられます。

関連用語

Raspberry Pi マイコン（MCU） Arduino GPIO SPI I2C UART ADC（A/D変換） PWM

参考リンク

Raspberry Pi Pico 公式ページ RP2040 データシート MicroPython for Pico

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