RP2040のArduino開発でデバッガーを使う【Windows編】

RP2040ボード(Raspberry Pi Picoなど)をRaspberry Pi Debug Probe(デバッグプローブ)を使ってArduino IDE 2系(※2.x.x)でCMSIS-DAPでデバッグするためのセットアップ手順と簡単な使い方を紹介したいと思います。

本記事はWindows版 Arduino IDE 2系 Raspberry Pi Pico/RP2040ボード(earlephilhower版)を対象にしています。

Macの場合は次の記事を参考にしてください。

RP2040のArduino開発でデバッガーを使う【Mac編】【Arduino for VSCode使用】

RP2040ボード(Raspberry Pi Picoなど)をRaspberry Pi Debug Probe(デバッグプローブ)を使ってVSCodeのArduino拡張機能でCMSIS-DAPでデバッグするためのセットアップ手順と簡単な使...

参考URL:

Raspberry Pi Documentation - Raspberry Pi Debug Probe

The official documentation for Raspberry Pi computers and microcontrollers

Raspberry Pi Debug Probe(以降、デバッガー)とRaspberry Pi Pico(RP2040ボード)

配線について
Arduino IDEデバッガーの設定ファイルについて
スケッチ書き込みについて
デバッグについて
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配線について

デバッガー(Dコネクタ CMSIS-DAP)とRP2040ボードはSWD(Serial Wire Debug)で接続します。

Raspberry Pi Picoの例

Raspberry Pi Picoをデバッグ対象とする場合の配線

Raspberry Pi Pico Hの例

Raspberry Pi Pico HはSWDがコネクタなので接続しやすくデバッグに向いていますね。

Raspberry Pi Pico Wの例

SWDにピンをつけずにスルーホール用テストワイヤー(TP-200)で配線してみました。
SWDにピンをつけると邪魔くさくなることもあるかと思いますので、代替案として参考にしてみてください。

TP-200(秋月電子)

テストワイヤーにオレンジがなかったので代わりに白ワイヤーを使っています。

Seeed Studio XIAO RP2040の例

拡張ボードを使うとSWDでデバッグできます。
配線は画像を参考にしてください。

Arduino IDEデバッガーの設定ファイルについて

Raspberry Pi Pico/RP2040ボード(earlephilhower版) バージョン3.3.1以降、デフォルトで使用されるデバッグ用設定ファイルがCMSIS-DAPのものに変更されたため、以下の設定ファイルの入れ替えが不要になりました。

また、こちらの環境にてRaspberry Pi Pico/RP2040ボード(earlephilhower版) バージョン3.4.0以降ではデバッグが動作しない現象を確認しました。

この場合Raspberry Pi Pico/RP2040ボード(earlephilhower版) バージョン3.3.2のご使用をおすすめします。※2023年9月9日現在

PicoprobeではなくCMSIS-DAPによるデバッグの正式な設定方法が分からなかったため、本記事ではRP2040のデバッグ時に使用される設定ファイルを入れ替えるという方法をとることにします。

設定ファイルの場所(Raspberry Pi Pico/RP2040ボード(earlephilhower版) バージョン3.1.1の場合)

C:\Users\ユーザ名\AppData\Local\Arduino15\packages\rp2040\hardware\rp2040\3.1.1\lib

ドライブ名、ユーザ名、ボードバージョン等はご使用の環境に置き換えてください。

ファイル「picoprobe.tcl」と「picoprobe_cmsis_dap.tcl」のバックアップを取ります。
以下のようにエクスプローラーで同一フォルダ内にコピーを作成すればOKです。

ファイル「picoprobe.tcl」を削除します。

ファイル「picoprobe_cmsis_dap – コピー.tcl」を「picoprobe.tcl」にリネームします。

スケッチ書き込みについて

デバッグ対象のRP2040ボード(例: Raspberry Pi Pico)にはデバッガーを通じてスケッチを書き込みます。

Upload Methodは「Picoprobe (CMSIS-DAP)」を選択します。
ポートはデバッガーの接続ポート(COM*)を選択します。

書き込み先のRP2040ボードも給電のためUSBに接続しておきます。
※USBでの通信はしません。

書き込みに成功すると「出力」タブに赤字(画像参照)のように表示されます。

デバッグについて

デバッグ用コードの埋め込み

こちらの環境にてデバッガーの処理が先走ってデバッグが正常に開始しない現象が見受けられました。
この現象が発生した場合はsetup関数の直後にdelayを挟むよう次のようなデバッグコードを入れるとよいかと思います。

#define __DEBUG__

void setup() {
#ifdef __DEBUG__
  delay(500);
#endif

この例ではdelayの時間(setup開始までのインターバル)を500msとしています。
500msでデバッグが正常に開始しない場合は1000msにするなど長めに設定してみてください。

デバッグコードを無効にするには#define __DEBUG__をコメントアウトします。

// #define __DEBUG__

void setup() {
#ifdef __DEBUG__
  delay(500);
#endif

デバッグの開始

「デバッグの開始」アイコン(画像の赤枠参照)をクリックします。

デバッガーの操作

デバッグ中は最下エリアが画像のようにオレンジになります。

行番号の左をクリックするとブレークポイントを設定できます。

デバッガーは画像赤枠のアイコン群で操作できます。
アイコンは左から次のような機能があります。

継続	次のブレークポイントまでスケッチを実行するブレークポイントが設定されていない場合は停止/再開
ステップオーバー	選択された命令だけ実行しプログラムを停止する
ステップイン	命令が関数を呼び出している場合、関数内部の命令をワンステップごとに実行する
ステップアウト	呼び出し元の命令まで実行する
再起動	リセットしてスケッチの最初から実行する
停止	デバッグを停止する