如何安裝 FUZIX OS 在 Raspberry Pi Pico？

網頁最後修改時間：2021/03/10

2014 年 12 月 31 日萬聖節當日，Alan Cox 透過 Google+ 宣布了 Fuzix OS，一個主要為 Zilog Z80 處理器架構而設計的作業系統（小型 V 核心系統）。

最近，David Given 成功的將 Fuzix OS 移植到了 ESP8266 和板載 RP2040 的 Raspberry Pi Pico（下面簡稱 RPi-Pico）上，您可以在這些板子上面執行 Unix 指令和程式。

參考頁面：

• 樹莓派論壇：Fuzix on Raspberry Pi Pico
• 樹莓派 Blog：How to get started with FUZIX on Raspberry Pi Pico

而本篇，將主要針對 RPi-Pico 安裝 Fuzix 的部分來做說明：

• （01）參考接線
• （01-01）材料清單
• （02）編譯給 RPi-Pico 用的 FUZIX 作業系統
• （02-01）Boot from SD card filesystem
• （02-02）Boot from NAND
• （03）在 RPi-Pico 安裝 Fuzix OS 
• （04）結論

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若須購買 Pico，可參考：Raspberry Pi Pico RP2040 開發板分類賣場

• Raspberry Pi Pico MicroPython 入門學習套件 v1.0

有賣場布拉格網頁可參考，可用於 MicroPython 的週邊裝置：

• {5V}整合型{4/8BIT,IIC,4SPI}1602英文字型藍底白字LCD螢幕(附排針與可變電阻)-可用於微控制器
  
• {3V3} 整合型{4/8BIT,IIC,4SPI}1602英文字型藍底白字LCD螢幕(附排針)-適用於樹莓派,微控制器
• 驅動 128x64 繁體中文 LCD 點、線和面 #MicroPython #ST7920 #ESP8266

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寫在前頭：

Fuzix OS 移植到 Pico 開發板在 2021/03/03 有了重大的進展！除了原先的 Boot-from-SD card 版本，新增了 Boot-from-NAND filesystem 版本。新的版本不再需要記憶卡放置檔案系統，而是將整個整個 Fuzix OS 直接放置在 Pico 的 Flash 中執行，但同時也支援外接記憶卡作為外接磁碟使用。

下文將以 2021/03/05 之後發佈的 Fuzix OS for RPi-Pico 版本， 說明編譯以及安裝的步驟。

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** Fuzix OS for RPi-Pico 還在開發階段，因此執行時或許會有一些怪怪的地方或是掛機，所以若是選擇跟著本文來做安裝使用，請斟酌後確定自己搞定這些問題再來做！

【（01）參考接線】

Fuzix OS for RPi-Pico 起初版本（又可稱為 Boot-from SD card filesystem 版本）是分為兩個檔案來做安裝：fuzix.uf2 和 filesystem.img。前者，安裝在 RPi-Pico；後者，要先分割記憶卡的磁區，然後再把 filesystem.img 整個映像檔拷貝到指定的分割磁區中（這個動作要在 Linux 作業系統下完成？）。由於這個版本安裝的關係，參考接線就如下圖所示。

Fuzix OS for Pico 參考接線圖

由於上述的安裝過程對於 Windows 作業系統下的用戶很不友善，因此在初版發佈不久後的一段時間，該移植版本的作者又發佈了 Boot-from-NAND 版本（根據論壇發佈紀錄的時間為 2021/03/05）。這個版本同樣可沿用了上面的參考接線圖，但不同的是：

• 記憶卡變成是外接磁碟，可由作業系統掛載使用，但只支援 32MB 的磁碟大小（DOS Partition）而且不支援熱插拔（It's not hot swappable as the SD card is only probed at boot time）；
• 支援 console 由 UART0（@ 115200 bps）和 RPi-Pico 連接 USB 到 PC 同時輸出，但有一點要注意：不要同時在兩個地方同時輸入，會出現奇怪的事！
• 作業系統的安裝跟燒錄的動作一樣，只要切換兩次 RPi-Pico 到 USB Mass Storgae 模式安裝兩個檔案（fuzix.uf2 和 filesystem.uf2）即可。

所以說，Boot-from-NAND 版本的接線圖，就是完全不需要接線，只需要一條 Micro-USB 線就可以！

由於 RPi-Pico 開發板上面並沒有系統重置按鈕，所以如果每次重置都需要插拔 Micro-USB 線，就會很不方便！因此強烈建議您，一定要在麵包板上加入一個重置按鈕（如網頁開頭照片所示），它會讓您在測試的過程中，保持心情的愉悅！

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* （01-01）材料清單：

基本上，使用 Fuzix OS for RPi-Pico Boot-from-NAND 版本的最簡接線，所需要的材料都可在 Raspberry Pi Pico MicroPython 入門學習套件 找到：

• 【Raspberry Pi Pico 開發板】
• 【透明全尺寸麵包板】
• 【麵包板專用單芯插線】
• 【觸動開關（Tact Switch）按鈕】

如果是使用  Fuzix OS for RPi-Pico Boot-from SD card filesystem 版本（或是做為上述版本的擴充），那麼額外需要的材料有：

• 【USB 轉 TTL（UART）線或模組】
• 【記憶卡讀寫模組】
  文中使用的是 DC 5V 電壓輸入、其他通訊接腳可適用於 DC 3V3 和 5V 電壓準位的記憶卡讀寫模組。
• 【記憶卡】
  不管使用的記憶卡多大，用於 Fuzix OS 的：
• Boot-from-SD card filesystem 版本：2MB（swap space）+ 32MB（filesystem）
• Boot-from-NAND 版本：32MB
• 【麵包板連接測試跳線（公對公）】

【（02）編譯給 RPi-Pico 用的 FUZIX 作業系統】

只要是編譯給 RPi-Pico 要用的程式，那麼就要預先安裝好它所需要的開發工具（這部分可以參考官網裡的文件 Getting started with Raspberry Pi Pico 或是部落格網頁 Raspberry Pi Pico－Ｃ／Ｃ＋＋ 開發環境建置（命令列和 Visual Studio Code） 裡的說明）。

RPi-Pico 的編譯環境可以建置在 Linux 類的作業系統或是 Windows 作業系統下，本文則是選擇 在 Ubuntu (20.04.1) 作業系統下，完成 RPi-Pico for Fuzix OS 的編譯。

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* （02-01）Boot from SD card filesystem：

Boot-from SD card filesytem 版本的編譯，是最早的一個版本，編譯的過程和說明可以參考 How to get started with FUZIX on Raspberry Pi Pico；網頁裡除了編譯過程的說明之外，對於製作給 Fuzix OS 用的記憶卡的磁區分割也說得很清楚，可做為參考和值得一看的網站。

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* （02-02）Boot from NAND：

Boot-from-NAND 版本的編譯步驟與前一版本並無太大不同，差別在於最後編譯燒錄檔案的部分。Boot-from-SD card filesystem 版本的編譯，最終會產生 fuzix.uf2 和 filesystem.img 兩個檔案；而 Boot-from-NAND 版本的編譯，最終是產生 fuzix.uf2 和 filesystem.uf2 兩個檔案。

*.uf2，就是能直接用拖拉的方式進行燒錄的檔案，下面就來看看怎麼編譯 Fuzix OS for RPi-Pico Boot-from-NAND 版本。

首先，打開一個終端機介面，再切換目錄到使用者的 ~/Downloads 資料夾。

• 進入資料夾後，輸入 git clone https://github.com/davidgiven/FUZIX.git 下載 Fuzix OS 的原始碼；
• 下載完成後，切換目錄到 FUZIX 資料夾；
• 接著，將下載的 FUZIX 的分支切換到 rpipico，這樣才能用到 Fuzix OS for RPi-Pico 的原始碼；
• 切換目錄到 Kernal/platform_rpipico；
• 由於編譯時會用到 Makefile 文件，而且需要修改並指定 RPi-Pico SDK 的路徑，為了避免檔案被修改亂了沒原始檔可恢復，所以先將原始檔案做備份；
• 打開 Makefile 進行修改；

修改 Makefile 文件開頭處的 export PICO_SDK_PATH =（後面反白的區域就是實際的路徑）。

修改完成後，Ctrl+O 儲存檔案；Ctrl+X 離開。

編譯之前，先列出資料夾中的檔案，等一下編譯之後就可以看到，到底產生了哪幾個檔案？

輸入 make image -j 開始編譯；-j 選項不帶參數，make 將不會限制可以同時執行的作業（jobs）數量。

注意指令執行一開始，會先輸出 pico-sdk 的路徑（如下畫線處）。大部分編譯出現錯誤，都是這部分設定錯誤。所以若是出現編譯錯誤，請先檢查這個地方，是否沒有在 Makefile 裡正確的設定好？

編譯需要一些時間，但也不會太久，耐心等等 ...

編譯完成後，會在兩個地方建立檔案：

• ~/Downloads/FUZIX/Kernal/platform_rpipico/build/
  此目錄會建立 fuzix.uf2。
• ~/Downloads/FUZIX/Kernal/platform_rpipico/
  此目錄主要是建立 filesystem.uf2。

下面是編譯前後，資料夾檔案文件的變化。

到此，就完成 Fuzix OS for RPi-Pico Boot-from-NAND 版本的編譯，所建立的兩個 uf2 檔案，將在下一節說明如何同時燒錄進 RPi-Pico。

【（03）在 RPi-Pico 安裝 Fuzix OS 】

要 "同時" 將 fuzix.uf2 和 filesystem.uf2 這兩個檔案燒錄進 RPi-Pico，不難也不簡單！因為 "同時" 這個詞的關係，大部分的人都會在切換 RPi-Pico 進入到 USB Mass Storage 模式後，就會直接把兩個檔案拖拉到 RPI-RP2 磁碟中，所以就會開始鬼打牆，一直重複、一直重複 ... 的無止盡的拖拉，然後一直弄不起來、弄不起來 ... 。如果您曾真的這樣做過，那麼其實您並不孤單，因為論壇上一堆人一開始都是這麼做，ME TOO！

先這樣想，只要有檔案被拖拉到  RPI-RP2 磁碟，一但完成其中一個檔案的複製，RPi-Pico 其實就會自動燒錄韌體並重啟。所以不管一次拖拉多少個檔案，只有首先完成複製的檔案會被燒錄而已，其餘的就是不會被成功複製過去；也就是說，沒被完全複製的就不會被自動燒錄。

「那要怎麼同時燒錄呢？」

「其實不是 "同時" 燒錄，而是兩個都要 "同時" 間都在 RPi-Pico 裡」

fuzix.uf2 啟動時會去尋找 Fuzix OS 的檔案系統（也就是 filesystem.uf2），所以我的方式是：

• 插上 USB （同時按下 <BOOTSEL>），RPi-Pico 切換到 USB Mass-Storage 模式後，拖、拉 filesystem.uf2 到 RPI-RP2 磁碟中，並等待完成燒錄和自動重啟後，拔掉 USB。
• 再次（同時按下 <BOOTSEL>），RPi-Pico 切換到 USB Mass-Storage 模式後，拖、拉 fuzix.uf2 到 RPI-RP2 磁碟中，並等待完成燒錄和自動重啟後，就完成 Fuzix OS 的安裝。

根據作業系統所取得的 COM Port 號碼，設定並打開序列埠軟體，有兩種情況：

• 直接使用 Micro-USB 線連接 RPi-Pico：
  開啟序列埠軟體時並不會看到什麼訊息輸出，因為插上 USB 的同時就已經開始執行，所以請先多按幾次 ENTER，應該就可以看到輸出。
• 使用 USB 轉 TTL（UART）線或模組：
  先把它插到電腦後取得 COM Port 號碼，然後再把 RPi-Pico 通電執行，直接就能看到輸出。

上述照兩種情況是同時存在的，但是強烈不建議同時開啟它們使用，用一個就好！

由於 RPi-Pico 通電啟動的速度很快，MicroUSB 的通訊方式應該不可能取得到通電之後馬上的輸出，所以只能採 USB 轉 TTL 線或模組的方式，這樣就能（在通電後）看到如下的輸出：

如果改採用 MicroUSB 線通訊的方式，連線軟體開啟後要先多按幾次 ENTER ，這時就會出現游標並停留在 Enter new data: 的地方，直接再按下 ENTER，就會跳至 login: 處，直接輸入 root（不用密碼）就能登入。

登入之後的第一件事，要先讓刪除的功能能在終端機中可用，請先輸入：stty erase '^?'，接著就請跟著下面畫線的部分自己做練習，熟悉一下指令。

裡面也附加了幾個簡單的遊戲，如下圖所示。

到此就完成 Fuzix OS 在 RPi-Pico 的安裝和測試，更多詳細的說明請參考 Fuzix 分支 rpipico。

【（04）結論】

Fuzix OS for RPi-Pico 還在持續開發當中，不過對於作者將原本記憶卡儲存檔案系統的部分，變更為直接能在 RPi-Pico 開發板執行的這一步，表示高度的讚許！相信後續還會有更多功能應用被釋放出來，到時我們再來看看。

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