add bearpi_micropython doc and scripts
449
doc/32.TencentOS_Tiny_BearPi_MicroPython_QuickStart.md
Normal file
@@ -0,0 +1,449 @@
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# TencentOS Tiny小熊派MicroPython快速入门指南
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| Revision | Date | Description |
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| 1.0 | 2022-10-12 | 文档初版 |
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## 一. MicroPython 简介
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MicroPython 是 Python 3 语言的精简实现 ,包括 Python 标准库的一个子集,能够在微控制器和受限环境中运行。MicroPython 可在不同平台上运行,为开发者提供快捷的嵌入式开发方式。
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## 二. MicroPython 开发环境准备
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### 2.1 MDK软件介绍
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MDK 即 RealView MDK 或 MDK-ARM(Microcontroller Development kit),是 ARM 公司收购 Keil 公司以后,基于 uVision 界面推出的针对 ARM7、ARM9、Cortex-M0、Cortex-M1、Cortex-M2、Cortex-M3、Cortex-R4 等 ARM 处理器的嵌入式软件开发工具。MDK-ARM 集成了业内最领先的技术,包括 uVision4 集成开发环境与 RealView 编译器 RVCT。支持 ARM7、ARM9 和最新的 Cortex-M3/M1/M0 核处理器,自动配置启动代码,集成 Flash 烧写模块,强大的 Simulation 设备模拟,性能分析等功能,与 ARM 之前的工具包 ADS 等相比,RealView 编译器的最新版本可将性能改善超过 20%。
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Keil 公司开发的 ARM 开发工具 MDK,是用来开发基于 ARM 核的系列微控制器的嵌入式应用程序。它适合不同层次的开发者使用,包括专业的应用程序开发工程师和嵌入式软件开发的入门者。MDK 包含了工业标准的 Keil C 编译器、宏汇编器、调试器、实时内核等组件,支持所有基于 ARM 的设备,能帮助工程师按照计划完成项目。
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### 2.2 MDK安装
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登录 MDK 官网,下载 MDK5 软件,下载地址:
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http://www2.keil.com/mdk5 或者 https://www.keil.com/download/product/
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下载的版本最好在5.24以上,本开发教程以5.24版本为例,双击 MDK524 应用程序文件,点击 next>>。
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勾选“I agree to ...”,即是同意一些安装协议。点击 Next>>。
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选择安装路径,可以默认也可以安装在我们自己建立的文件夹下。点击 Next>>。
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这里填写的是一些用户信息,填写完整后,继续点击 Next>>。
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然后等待安装完成即可。
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安装完成,点击 Finish。
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然后会跳出来这个界面,这个我们后面再讲,先点 OK,把弹框都叉掉。
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激活 MDK,导入 License,激活 MDK 后便可使用了。
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特别提示:一定要输入 License 激活 MDK 软件,建议购买正版 License。
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### 2.3 MDK 安装 Pack
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安装完 MDK 后,我们需要安装开发套件中单片机型号对应的 Pack。
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**安装方式一** 登录官网:http://www.keil.com/dd2/pack/
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下载 Keil.STM32L4xx_DFP.2.0.0.pack 后安装,如下图
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**安装方式二** MDK 软件上在线安装
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打开软件,在导航栏打开 Pack 安装界面,然后选择 ok 选项。
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进入在线安装界面,选择 STM32L4XX Pack,点击 Install 进行安装。
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至此,我们开发板的单片机程序开发环境已经搭建完毕,重启 MDK 软件就可以使用了。
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### 2.4 ST-Link 驱动安装
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前面讲了开发板单片机程序的开发环境的搭建,但是为了将程序烧录到开发板中我们还需要使用仿真器。我们这套开发板选用 ST 公司的 ST-Link V2 仿真器进行开发板程序的烧写和仿真,下面介绍 ST-Link 驱动的安装及环境搭建。
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在 ST 官网下载 ST-Link 驱动,
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https://www.st.com/content/st_com/zh/products/development-tools/software-development-tools/stm32-software-development-tools/stm32-utilities/stsw-link009.html
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(驱动有2种: 32位电脑系统安装“dpinst_x86”、64位电脑系统安装“dpinst_amd64”)。
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运行对应的驱动,安装 ST-Link V2 驱动程序。安装路径尽量保持默认路径。
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安装完成后, 将小熊派开发板通过 USB 接口连入电脑(开发板上自带 ST-Link)。打开“设备管理器”。若看到如下图所示,表示驱动安装成功。
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这里提醒 2 点:
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1, 各种 Windows 版本设备名称和所在设备管理器栏目可能不一样,例如 Win10 插上 STLINK 后显示的是 STM32 STLINK。
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2, 如果设备名称旁边显示的是黄色的叹号,请直接点击设备名称,然后在弹出的界面点击更新设备驱动
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至此, ST-Link 驱动已经安装完成。接下来大家只需要在 MDK工程里面配置一下 ST-Link 即可。
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### 2.5 CH340 串口驱动安装
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互联网搜索下载 CH340 串口芯片的驱动
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安装方法:打开驱动安装程序点击安装即可。
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注:若安装失败,请先点击卸载,后点击安装。
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### 2.6 安装串行终端软件
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#### 2.6.1 安装 mpremote [可选]
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MicroPython 官方提供了使用 Python 实现的命令行工具 mpremote。在安装了 Python 的情况下,mpremote 可以通过以下命令安装:
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```
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pip install mpremote
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```
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USB-TTL 模块连接到 PC 上后,可以在”设备管理器-端口(COM 和 LPT)“中看到对应的端口名:
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图中显示的端口名为 COM14,在命令行中输入下列命令可以快速连接到 COM14 的串口设备上。
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```
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mpremote connect COM14
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```
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连接完成后,就可以在串行终端上进行操作了。
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mpremote 还针对 MicroPython 提供了其他便捷的功能,详情可以参考 MicroPython 官方文档:https://docs.micropython.org/en/latest/reference/mpremote.html。
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#### 2.6.2 安装 Tabby 或其他串行终端软件 [可选]
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Tabby 是一个开源的、高度可配置的现代化终端,集成了 SSH 和串行终端等功能。
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在 Tabby 的 Github 仓库中可以下载最新版本的安装包,仓库地址为:https://github.com/Eugeny/tabby/releases/latest
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安装完成后,打开 Tabby Terminal,点击“Profiles&connections”按钮:
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在弹出的菜单中,筛选“Serial:”开头的设备,找到需要的设备进行连接:
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选择所需的波特率,常见波特率有115200和9600:
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连接完成后就可以在串行终端上进行操作了。
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## 三. MicroPython 基础 demo
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### 3.1 基础 demo 工程
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#### 3.1.1 打开 TencentOS Tiny 提供的 micropython_basic_demo 工程
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TencentOS Tiny 官方开源仓库下载源码,地址为:
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https://github.com/Tencent/TencentOS-tiny
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进入 <TencentOS-tiny/board/BearPi_STM32L431RC/KEIL/micropython_basic_demo> 目录,打开 BearPi_STM32L31RC.uvprojx 工程
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#### 3.1.2 编译 micropython_basic_demo 工程
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打开工程后,在左侧的工程文件导航页面打开 examples 目录,可以看到 micropython_demo.c 源码,这里主要创建了一个 MicroPython 的任务,任务中通过调用 mp_main 函数启动 MicroPython 的主要功能。开发者可以按照下图指示,点击编译按钮编译整个工程,如图:
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#### 3.1.3 下载运行
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使用 USB 线将开发板连接到 PC,配置下载环境,点击下图按钮,进入工程配置界面:
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按照下图提示配置下载器类型和 Flash 下载算法:
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编译完成后,点击如图所示“LOAD”按钮下载程序即可。
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#### 3.1.4 通过终端串口软件连接到 MicroPython REPL
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MicroPython REPL 是 MicroPython 的交互式解释器,可以实现 MicroPython 语句的输入执行和输出,关于 REPL 的详细用法可以参考**官方文档**了解。官方文档链接为:https://docs.micropython.org/en/latest/reference/repl.html
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首先将开发板与 USB-TTL 模块相连,micropython_basic_demo 工程默认将 UART2 用于 REPL 的输入输出,波特率为115200。
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然后将 USB-TTL 模块连接到 PC 上,查看设备管理器找到正确的串行端口。然后用终端串口软件连接到对应的端口,就可以使用 MicroPython 了。关于串口终端软件的安装和使用可以参考第2.6节“[安装串行终端软件](#2.6-安装串行终端软件)”。
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在终端串口软件中输入回车,如果能看到 Python 的 REPL 提示符“>>>”,证明已经成功连接到 MicroPython REPL 上了。
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下图展示了在 PowerShell 中使用 mpremote 连接 MicroPython REPL 的现象:
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### 3.2 基础 demo 模块介绍
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#### 3.2.1 help('modules') 命令
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在 REPL 中执行 help('modules') 命令,可以看到当前 MicroPython 固件中包含哪些模块。基础 demo 中包含的模块较少,如下图所示。
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如果需要特定的内置模块,可以在第3.4节“[在基础demo工程上进行扩展](#3.4-在基础demo工程上进行扩展)”中了解如何将需要的 MicroPython 内置模块加入到基础 demo 工程中。
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#### 3.2.2 模块介绍
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| 模块名称 | 模块简介 |
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| uarray | 数组,可以针对特定类型创建数组,并对数组进行添加或扩展等操作 |
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| builtins | 内置的函数和异常 |
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| gc | 控制垃圾回收器,可以启动或禁用自动垃圾回收,也可以进行手动的垃圾回收 |
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| math | 数学函数(暂时不提供 expm1, log2, log10, cosh, sinh, tanh, acosh, asinh, atanh, erf, erfc, gamma 和 lgamma 等特殊函数) |
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| ustruct | 打包和解包,可以将 Python 中的 Bytes 对象作为C语言的结构体进行处理 |
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| usys | 系统相关函数 |
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| utime | 与时间相关的函数(目前不提供和日历时间相关的功能) |
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| \_thread | 提供多线程支持 |
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| umachine | 与硬件相关的函数 |
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| micropython | 访问和控制 MicroPython 的内部实现 |
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上述模块中,部分模块名以字母‘u’开头,这表明他们是 MicroPython 可以被替换的内部模块。这些模块在使用时,开头的‘u’可以被省略,比如:`import machine` 等同于 `import umachine`。
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以下划线‘\_’开头的模块表示该模块还在实验中,在使用时开头的下划线不能被省略。
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以上模块都可以在**官方文档**中找到详细使用方式,官方文档链接:https://docs.micropython.org/en/latest/library/index.html
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### 3.3 运行示例脚本
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#### 3.3.1 通过REPL粘贴模式快捷运行脚本
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连接到 MicroPython 的 REPL 后,可以输入 \<Ctrl-E> 进入粘贴模式。在粘贴模式下,REPL会关闭自动缩进功能,也允许输入空行,方便粘贴写好的脚本。
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脚本粘贴完成后,输入 \<Ctrl-D> 可以退出粘贴模式,并开始执行脚本。
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例如:将 pin.py 脚本的内容通过粘贴模式输入到 REPL 中如下图所示。
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#### 3.3.2 通过 mpremote 快捷运行脚本
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mpremote 是 MicroPython 官方提供的命令行工具,除了连接串口 REPL 以外,还可以实现快捷运行脚本的功能。
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在 PC 上运行以下命令可以快速运行脚本:
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```
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mpremote connect <device> run <file>
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```
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\<device> 是 PC 上连接到 REPL 的串行端口名称,\<file> 是待执行的脚本文件的路径。
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例如:使用 mpremote 在 COM14 端口的 REPL 运行 pin.py 脚本的命令如下。
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```
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mpremote connect COM14 run ./pin.py
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```
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#### 3.3.3 示例脚本运行现象
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进入 <TencentOS-tiny/examples/micropython_demo/scripts> 目录可以看到 TencentOS Tiny 提供的四个示例脚本:
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MicroPython 基础 demo 可以运行两个示例脚本,分别是 pin.py 和 thread.py:
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* **pin.py 脚本**展示了 umachine 模块和 utime 模块的部分用法。运行脚本后,LED 每过 0.5s 亮灭状态变化一次;按下按键1,打印一行文本 “key1 is pressed”,释放按键1,打印一行文本 “key1 is released”;按下按键2,LED 不再闪烁,脚本退出。
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* **thread.py 脚本**展示了 _thread 模块的使用方法。脚本会创建四个线程,序号分别为0~3,每个线程会在打印自己的序号后退出。
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### 3.4 在基础 demo 工程上进行扩展
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基础 demo 工程只包含了有限的 MicroPython 的功能,可以通过修改工程目录下的 board/mpconfigboard.h 文件对 MicroPython 的功能进行扩展,文件中用于功能扩展的宏定义及其描述如下表。表格中还给出了该功能依赖的文件/TOS组件,可以根据需要在工程中添加。
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| 宏定义 | 描述 | 依赖的文件/组件 |
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| -------------------------------- | ------------------------------------- | ------------------------------------------------------------ |
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| MP_USING_QSPI_FLASH | 使用外部 QSPI-Flash 扩展内部 ROM 空间 | 开发板目录/BSP/Hardware/W25Qxx-QSPI/w25qxx.c |
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| MP_USING_VFS | 启用 uos 模块,启用 VFS 功能 | tos_vfs 组件,<br>extmod/vfs.c,<br>extmod/vfs_reader.c,<br>extmod/moduos.c |
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| MP_USING_MACHINE_SPI | 在 umachine 模块中启用 SPI 功能 | extmod/machine_spi.c,<br>drivers/bus/softspi.c, |
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| MP_USING_MACHINE_I2C | 在 umachine 模块中启用 I2C 功能 | extmod/machine_i2c.c |
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| MP_USING_NETWORK | 启用 network 模块 | socket_wrapper 组件,<br>sal_wrapper 组件,<br>extmod/modnetwork.c,<br>extmod/modusocket.c,<br>shared/netutils/netutils.c |
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| MP_USING_USELECT | 启用 uselect 模块 | extmod/moduselect.c |
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| 以下模块在扩展 demo 中会自动启用 | ----- | ----- |
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| MP_USING_CMATH | 启用 cmath 模块 | - |
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| MP_USING_UASYNCIO | 启用 uasyncio 模块 | extmod/moduasyncio.c |
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| MP_USING_UCTYPES | 启用 uctypes 模块 | extmod/moductypes.c |
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| MP_USING_UZLIBS | 启用 uzlibs 模块 | extmod/moduzlibs.c |
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| MP_USING_UJSON | 启用 ujson 模块 | extmod/modujson.c |
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| MP_USING_URE | 启用 ure 模块 | extmod/modure.c |
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| MP_USING_HEAPQ | 启用 uheapq 模块 | extmod/moduheapq.c |
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| MP_USING_UHASHLIB | 启用 uhashlib 模块 | extmod/moduhashlib.c |
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| MP_USING_UBINASCII | 启用ubinascii模块 | extmod/modubinascii.c |
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| MP_USING_URANDOM | 启用 urandom 模块 | extmod/modurandom.c |
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| MP_USING_FRAMEBUF | 启用 framebuf 模块 | extmod/modframebuf.c |
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## 四. MicroPython 扩展 demo
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### 4.1 扩展 demo 工程
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#### 4.1.1 打开工程前的准备
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由于 MicroPython 对 ROM 的需求量较大,为了能够在 ROM 容量有限的小熊派开发板上运行更加完整的 MicroPython 功能,需要利用 Flash 下载算法对 ROM 空间进行扩展。
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工程目录下包含了小熊派开发板的外部 Flash 下载算法 BearPi_W25Q64JV.FLM 文件:
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将 BearPi_W25Q64JV 文件拷贝到 **<MDK软件目录>/ARM/Flash** 目录下:
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进入 <TencentOS-tiny/board/BearPi_STM32L431RC/KEIL/micropython_extra_demo> 目录,打开 BearPi_STM32L31RC.uvprojx 工程,按照下图指示进入下载选项配置界面:
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进入“Flash Download”页面,检查“Programming Algorithm”区域和“RAM for Algorithm”区域中的选项是否和下图相同:
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如果不同,需要检查是否已经将 BearPi_W25Q64JV.FLM 文件移动到指定目录,重启 MDK。也可以手动进行修改。
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#### 4.1.2 编译,下载和运行
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扩展 demo 工程是在基础 demo 工程的基础上扩展部分功能实现的,其编译、下载以及运行步骤基本与基础 demo 工程相同,可以参考第3.1节“[基础 demo 工程](#3.1-基础-demo-工程)”中的相关步骤进行操作。
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注意1:扩展 demo 涉及对外部 Flash 的写入,需要的时间较长,请耐心等待。
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注意2:扩展 demo 中由于使用了文件系统,因此需要先按照下图,将一张 TF 卡插入到开发板的卡槽中,否则不能正常运行。
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### 4.2 扩展 demo 模块介绍
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#### 4.2.1 help('modules') 命令
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在 REPL 中执行 help('modules') 命令,可以看到当前 MicroPython 固件中包含哪些模块。扩展 demo 中包含的模块较多,如下图所示。
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#### 4.2.2 模块介绍
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相比于基础 demo,扩展 demo 增加了以下模块,基础 demo 中已经包含的模块可以在第3.2节“[基础 demo 模块介绍](#3.2-基础-demo-模块介绍)”找到介绍:
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| 模块名称 | 模块简介 |
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| ------------ | ------------------------------------------------------------ |
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| ubinascii | 实现二进制和 ASCII 格式编码的转换,目前可以完成二进制和十六进制字符串的转换以及二进制和 Base64 编码数据的转换 |
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| cmath | 提供复数运算,三角函数运算以及常数 e 和 pi |
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| ucollections | 容器,包含双端队列、命名元组和有序字典 |
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| uerrno | 系统错误代码,提供从 OSError 中获取详细错误代码的功能 |
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| uhashlib | 哈希算法,提供 sha256 算法 |
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| uheapq | 堆队列算法,提供最小堆队列算法 |
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| uio | 输入/输出流,提供流对象和辅助函数的支持 |
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| ujson | JSON 编码和解码功能 |
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| uos | 基本“操作系统”服务(目前基本只包含了操作文件系统的功能) |
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| urandom | 产生随机数 |
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| ure | 简单的正则表达式 |
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| uselect | 在一组流中等待事件 |
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| usocket | socket 功能(目前不提供服务端的函数,如:bind、listen、accept 等) |
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| \_uasyncio | 异步 I/O 调度功能 |
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| uzlib | 提供 zlib 解压功能,可以将使用 DEFLATE 算法压缩过的二进制数据解压出来 |
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| framebuf | 帧缓冲区操作 |
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| network | 网络配置,提供网络接口的配置(目前只支持把 ESP8266 配置为网络接口) |
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| uctypes | 按照C语言的方式构造结构化的二进制数据 |
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以上模块都可以在**官方文档**中找到详细使用方式,官方文档链接:https://docs.micropython.org/en/latest/library/index.html
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### 4.3 运行示例脚本
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#### 4.3.1 通过文件系统自动运行脚本
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除了第3.3节“[运行示例脚本](#3.3-运行示例脚本)”中提到的两种快捷运行脚本的方式,扩展 demo 还有第三种运行脚本的方式。由于扩展 demo 中引入了文件系统,因此可以在文件系统中存储启动时自动运行的脚本。
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MicroPython 在启动时会依次检查文件系统根目录下是否存在名为“boot.py”和“main.py”的脚本,并依次运行。
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例如:通过将 pin.py 脚本移动到 TF 卡根目录中,并改名为 main.py,可以实现启动时自动闪灯的效果。
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#### 4.3.2 示例脚本运行现象
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MicroPython 扩展 demo 可以运行四个示例脚本,除了第3.3节“[运行示例脚本](#3.3-运行示例脚本)”中的 pin.py 和 thread.py 脚本外,还可以运行 os.py 和 tcp.py 脚本:
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* **os.py 脚本**测试了 uos 模块中操作文件和目录的主要功能,脚本的运行后会输出以下内容:
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```
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---------------test mkdir---------------
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['System Volume Information']
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['test_dir', 'System Volume Information']
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---------------test write---------------
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['test_file']
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---------------test read----------------
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||||
['Hello TencentOS-tiny\n', 'Hello MicroPython\n']
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----------test with statement-----------
|
||||
Hello TencentOS-tiny
|
||||
|
||||
Hello MicroPython
|
||||
|
||||
--------------test rename---------------
|
||||
['System Volume Information', 'test_dir2']
|
||||
['test_file']
|
||||
--------------test unlink---------------
|
||||
[]
|
||||
['System Volume Information']
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```
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* **tcp.py 脚本**展示了 network 模块和 usocket 模块的基本用法
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注意1:该脚本需要使用 esp8266 模块进行网络通信,因此在运行脚本前,需按照下图所示,安装上 esp8266 模块。
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注意2:脚本中的 WIFI_SSID、WIFI_PASSWORD 以及 SERVER_HOST、SERVER_PORT 需要根据实际 WiFi 和服务器情况进行修改。
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注意3:esp8266 连接 WiFi 时间可能较长,请耐心等待。
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脚本运行的结果与连接到的 TCP 服务器有关,如果连接到 TCP 回声服务器,会输出以下内容:
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```
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esp8266 init done
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esp8266 connect done
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socket init done
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socket connect done
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send len:18
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recv data:b'This is TCP test!\n'
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send len:18
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recv data:b'This is TCP test!\n'
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send len:18
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recv data:b'This is TCP test!\n'
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send len:18
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||||
recv data:b'This is TCP test!\n'
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||||
send len:18
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recv data:b'This is TCP test!\n'
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```
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BIN
doc/image/BearPi_MicroPython/basic_demo_attach_uart.png
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BIN
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BIN
doc/image/BearPi_MicroPython/basic_demo_config1.png
Normal file
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BIN
doc/image/BearPi_MicroPython/basic_demo_config2.png
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