MicroPython應(yīng)用基礎(chǔ)-準(zhǔn)備基于MM32F5的MicroPython開發(fā)板

引言

本文主要面向 2023年全國(guó)大學(xué)生物聯(lián)網(wǎng)設(shè)計(jì)競(jìng)賽安謀科技命題 ，使用星辰處理器的靈動(dòng)MM32F5微控制器開發(fā)板，基于MicroPython開發(fā)應(yīng)用系統(tǒng)。這里講述的操作方法，也適用于靈動(dòng)早年發(fā)布的使用Arm Cortex-M3微控制器的MM32F3微控制器開發(fā)板，以及各種使用MM32F3和MM32F5微控制器設(shè)計(jì)的開發(fā)板。

硬件

除了具有足夠Flash和SRAM的微控制器之外，運(yùn)行MicroPython的電路板上最好有一個(gè)存儲(chǔ)介質(zhì)，用于加載文件系統(tǒng)，進(jìn)一步通過文件系統(tǒng)保存Python腳本，能夠讓電路板上電之后自動(dòng)運(yùn)行。筆者最早使用SD卡作為文件系統(tǒng)的載體，但后來在適配MM32F5微控制器的MicroPython項(xiàng)目中啟用了基于spiflash的LFS文件系統(tǒng)后，就轉(zhuǎn)而使用spiflash作為文件系統(tǒng)的載體。

相對(duì)于使用SD卡，使用spiflash的總體成本更加便宜，而且節(jié)約電路板的面積，并且不用擔(dān)心不小心丟掉SD卡這個(gè)小零件。當(dāng)然，能夠擺脫使用SD卡轉(zhuǎn)而使用spiflash存儲(chǔ)芯片的一個(gè)更重要的原因，是筆者調(diào)通了Thonny IDE同MicroPython聯(lián)動(dòng)，可以通過REPL向MicroPython的文件系統(tǒng)里存Python文件，否則不得不每次把SD卡拔下來通過SD卡讀卡器接到PC上，存好Python腳本文件后再插回電路板。

figure-smartcar-mm32f5-board-protrait
圖x ICAR-F5270開發(fā)板即周邊配套電路板

軟件

搭建MicroPython編譯環(huán)境

基于Windows操作系統(tǒng)搭建MicroPython開發(fā)環(huán)境：

• 安裝Git，從線上的代碼倉庫中獲取MicroPython項(xiàng)目的源碼。
• 安裝msys2，GNU工具集的運(yùn)行環(huán)境，在Windows操作系統(tǒng)上模擬MicroPython原生的Linux編譯環(huán)境。
• 在msys2中安裝make，使用Makefile管理MicroPython工程。
• 在msys2中安裝Python，運(yùn)行編譯MicroPython過程中自動(dòng)提取QSTR的腳本。
• 在msys2中安裝gcc，在MicroPython項(xiàng)目中編譯生成運(yùn)行在PC平臺(tái)的mpy-cross工具，進(jìn)而可將部分Python腳本文件編譯成微控制器平臺(tái)上運(yùn)行MicroPython可以執(zhí)行的字節(jié)碼，最終可打包進(jìn)入將要下載到微控制器中的MicroPython固件中去。
• 安裝arm-eabi-none-gcc并導(dǎo)入msys2，用于編譯MicroPython項(xiàng)目中的C源碼并生成MicroPython固件。
• 安裝Keil MDK和MM32F5微控制器的Keil設(shè)備支持包，用于將編譯創(chuàng)建的MicroPython固件下載到MM32F5微控制器中。
• 安裝Tera Term，一個(gè)常用的開源串口終端軟件，用于同運(yùn)行MicroPython固件的微控制器開發(fā)板進(jìn)行交互，輸入Python腳本并查看運(yùn)行結(jié)果。

獲取MicroPython源碼

其中，在micropython-su/micropython-1.16/ports/mm32f5-lfs-spiflash目錄下，包含了基于MM32F5微控制器的使用spiflash掛載LFS文件系統(tǒng)的適配工程。如圖x所示。

figure-mm32f5-lfs-spiflash-project-in-git-repo
圖x MicroPython項(xiàng)目中的mm32f5-lfs-spiflash工程

編譯MicroPython源碼生成固件

下載MicroPython的代碼倉庫后，在msys2環(huán)境中，切換當(dāng)前目錄到micropython-su/micropython-1.16/mpy-cross目錄下，執(zhí)行make命令，編譯得到PC主機(jī)平臺(tái)上運(yùn)行的MicroPython交叉編譯器，mpy-cross。

Andrew@Andrew-PC MSYS /d/gitrepos/micropython-su/micropython-1.16/mpy-cross  
# make  
Use make V=1 or set BUILD_VERBOSE in your environment to increase build verbosity.  
GEN build/genhdr/mpversion.h  
CC main.c  
LINK mpy-cross  
   text    data     bss     dec     hex filename  
 306417    3784     416  310617   4bd59 mpy-cross

然后再切換到micropython-su/micropython-1.16/ports/mm32f5-lfs-spiflash目錄下，運(yùn)行make BOARD=icar-f5270命令，編譯創(chuàng)建基于MM32F5微控制器的ICAR-F5270開發(fā)板適用的MicroPython固件。

Andrew@Andrew-PC MSYS /d/gitrepos/micropython-su/micropython-1.16/ports/mm32f5-lfs-spiflash  
# make BOARD=icar-f5270  
Use make V=1 or set BUILD_VERBOSE in your environment to increase build verbosity.  
mkdir -p build-icar-f5270/genhdr  
GEN build-icar-f5270/genhdr/mpversion.h  
GEN build-icar-f5270/genhdr/moduledefs.h  
...  
CC ../../lib/libm/wf_lgamma.c  
CC ../../lib/libm/wf_tgamma.c  
CC ../../lib/libm/ef_sqrt.c  
CC ../../drivers/bus/softspi.c  
AS ../../lib/utils/gchelper_m3.s  
CC ../../lib/mm32mcu/mm32f5270/devices/mm32f5277e/startup_mm32f5277e.S  
LINK build-icar-f5270/firmware.elf  
   text    data     bss     dec     hex filename  
 169492     976   10424  180892   2c29c build-icar-f5270/firmware.elf

下載MicroPython固件到電路板

比較穩(wěn)妥的做法，借用Keil MDK，通過DAP-Link向MM32F5微控制器下載編譯好的firmware.hex文件。

在Keil工程的配置選項(xiàng)對(duì)話框的Debug頁面中，指定使用CMSIS-DAP調(diào)試器。在Output頁面中，使用Select Folder for Objects ...指定將要下載文件的路徑位于新創(chuàng)建的build-icar-f5270目錄下。如圖x所示。

figure-keil-daplink-download-1
圖x 借用Keil下載MicroPython固件到芯片

運(yùn)行第一個(gè)樣例工程

啟動(dòng)串口終端軟件，識(shí)別到DAP-Link虛擬出來的UART串口，配置串口通信波特率115200，無校驗(yàn)、8位數(shù)據(jù)、1位停止位，連上UART。

復(fù)位MM32F5電路板，運(yùn)行MicroPython固件的程序。此時(shí)，用戶可以在串口終端軟件的界面中看到MicroPython啟動(dòng)運(yùn)行的提示信息，然后可以試著在串口終端軟件的界面中試著輸入一些Python語句，運(yùn)行程序。如圖x所示。

figure-micropython-repl-welcome
圖x 試用MicroPython的REPL