极海半导体APM32F407系列MCU在RT-Thread上如何使用MicroPython？

1. 认识MicroPython

说起Python，大家都知道这门语言，它是一款非常容易上手的脚本语言。它凭借其丰富的扩展库，具有非常强大的功能，同时它的语法简单而优雅，应用非常广泛。

而MicroPython，就是Micro + Python 的意思，也就是说是 Python 的精简版。它是专门针对微控制器这种资源有限的设备（降低了RAM和ROM的占用），通过Python3 版本进行优化和裁剪之后的精简版，可以看成是 Python 标准库的一个子集。

借助 MicroPython ，我们完全可以通过 Python 这种脚本语言，实现硬件底层的访问和控制，而不用去了解底层寄存器、数据手册、SoC厂的库函数等，就可以轻松的控制硬件，比如 LED灯、LCD显示、读取电压、读取按键等。

2. RT-Thread上的MicroPython

如果手上没有MicroPython官方支持固件的开发板，那么就需要自己来动手制作MicroPython固件了。

但是RT-Thread官方，基于他们的RT-Thread系统上，移植了MicroPython，所以只要是支持了RT-Thread系统的SoC厂商，都可以在搭载了RT-Thread的嵌入式设备上运行MicroPython。并且 MicroPython 底层和硬件绑定时对接了 RT-Thread 驱动框架，通过RT-Thread MicroPython可以很容易的实现对硬件的访问和控制。

注意：RT-Thread MicroPython需要运行在 RT-Thread 3.0 以上的版本。RT-Thread MicroPython软件包可以去他们的github仓库下载。

2.1 支持的硬件模块

根据 RT-Thread 官网的介绍，目前实现的控制模块有：

硬件控制模块：

• Pin

• I2C

• SPI

• UART

• LCD

• RTC

• PWM

• ADC

• WDT

• TIMER

网络功能配置模块：

• wlan

更多的 RT-Thread MicroPython 介绍可以到他们官方的文档中心了解：https://www.rt-thread.org/document/site/#/

2.2 占用资源

RT-Thread MicroPython mini 版本占用资源最大不超过：

• ROM : 190KB

• RAM : 20KB

只要是满足上述要求MCU，都可以运行RT-Thread MicroPython 。

3. 使用RT-Thread MicroPython

3.1 准备

1、RT-Thread源码

2、env使用工具

在使用 RT-Thread MicroPython 之前，首先需要去他们github仓库，把RT-Thread的完整版源码下载下来。

而且还需要下载他们的env使用工具，具体可以到RT-Thread的文档中心了解。

3.2 使用RT-Thread MicroPython软件包

下面以 APM32f407zg-evalboard 的 BSP 包，讲解如何在RT-Thread上开启MicroPython。

3.2.1 打开 RT-Thread MicroPython 软件包

在 APM32F407ZG-evalboard bsp包中，打开env环境，然后输入 menuconfig 命令。然后逐级找到 MicroPython 。 

选中 MicroPython  之后，输入 y 选择该软件包。然后按下回车键进入详细的配置界面。

3.2.2 配置MicroPython运行时的堆栈大小

上面说过运行 RT-Thread MicroPython 至少需要 20KB 的堆栈，所以这里我们设置为 20KB 大小。 

选择 MicroPython 的配置界面，初次配置先分配20KB的堆栈给 MicroPython 运行，如果后续需要运行更多的 Python 代码，可以重新分配。

3.2.3 配置shell线程的堆栈大小

由于我本次的示例，是准备把 MicroPython 通过 RT-Thread 的 shell 命令行输入命令进行启动，所以需要增大 shell 线程的堆栈大小。如果你是直接写代码，通过main线程启动 MicroPython ，那么同样的也需要增大 main 线程的堆栈。

把 shell 线程的堆栈增大到 8KB 。

3.3 在线获取RT-Thread MicroPython和更新mdk工程配置

配置完上面的操作之后，就可以保存退出了。

1、然后先通过 pkgs --update  命令，把 RT-Thread MicroPython 软件包拉取到本地。 

拉取完之后，可以到自己使用的bsp包目录下检查是否多了 .\packages\micropython-v1.13.0 这个目录。如下：

2、然后在 env 命令行中输入 scons --target=mdk5 命令，重新生成mdk5的工程。 

3.4 编译报错问题解决

上面已经配置生成了 mdk5 的工程，我们通过keil打开该工程，然后编译出现了很多错误和警告，如下： 

这些警告大多数都是 MicroPython 一些数据类型不匹配造成的，警告我这里暂时先不去管了，先把错误解决了。

出现的错误，原因就是因为 RT-Thread 系统进入了 5.0 以上的版本之后，它改了很多内容，但是和它适配的一些软件包，可能官方还没来得及改，所以就出现了这些报错，不过没关系，我们自己检查一些更改即可。

3.4.1 RT_WEAK 宏定义更改为小写 rt_weak

首先是 RT_WEAK 这个宏定义，现在的 5.0 意思版本，好像是被更改为了 小写，所以关于  RT-Thread MicroPython 源码的 RT_WEAK ，都需要更改为小写 rt_weak 。 

RT_WEAK 的错误是上面两处。

3.4.2 mpy_main.c 文件的 rt_thread_self()->name 需要改为 rt_thread_self()->parent.name 

3.4.3 list_mem 函数没有定义的链接错误 

关于 list_mem 这个函数本来在 4.0 几的版本，是在RT-Thread 源码的 mem.c 文件定义的，现在它升级到了 5.0 以上的版本，不知道为什么又没有这个函数了。

这个函数的主要作用其实就是列出当前系统的内存使用情况，现在新的RT-Thread系统，去掉了这个函数。那么没办法，我们暂时先注释掉这个函数，或者开启 RT_USING_MEMHEAP_AS_HEAP 这个宏定义，然后使用 list_memheap 这个函数也可以。

下面我暂时先注释掉这个函数。 

最后，就可以编译通过了，如下： 

还有很多的警告，这个是因为 MicroPython 的源码，很多数据类型说不匹配，这个我没有研究怎么才能去掉这些警告。

3.5 MicroPython 简单使用

把上面编译好的源码，下载到 APM32F407-EVAL 的开发板，然后可以在串口终端看到如下的输出信息，输入 help 命令，可以看到系统上已经有了 python 可以使用了。 

输入 python 命令，然后就可以在 python 下面进行编程了。 

可以看到，能够执行一些Python的运算了，说明以及成功把 MicroPython 在 APM32F407 运行起来了。

4. MicroPython控制硬件示例

关于 RT-Thread MicroPython 目前支持哪些硬件外设的控制，以及这些硬件模块都有哪些 Python  函数接口，怎么使用这些接口等等，都可以去RT-Thread 的文档中心中查阅。

下面我就使用 Pin 模块介绍下如何实现 LED 的控制，以及如何读取按键的电平。

4.1 Pin模块接口介绍

1、Pin构造函数定义

class machine.Pin( id, mode = -1, pull = -1，value);

函数参数：

• id ：由用户自定义的引脚名和 Pin设备引脚号组成，如 ("PB15", 31)，"PB15" 为用户自定义的引脚名，31 为 RT-Thread Pin 设备驱动在本次移植中的引脚号。

• mode ：指定引脚模式，可以是以下几种：

• Pin.IN ：输入模式Pin.OUT ：输出模式Pin.OPEN_DRAIN ：开漏模式

• pull ：如果指定的引脚连接了上拉下拉电阻，那么可以配置成下面的状态：

• None ：没有上拉或者下拉电阻。Pin.PULL_UP ：使能上拉电阻。Pin.PULL_DOWN ：使能下拉电阻。

• value ：value 的值只对输出模式和开漏输出模式有效，用来设置初始输出值。

• 比如说，我定义一个 LED 的 Pin对象，那么代码如下：

• led = Pin(("led_red", pin_num("PE4")), Pin.OUT_PP)

ed_red 是你自己自定义的名称，然后 pin_num("PE4") 这个，是RT-Thread的引脚号，对于APM32F407 来说 PA0 引脚号是0，PB15引脚号就是31。Pin.OUT_PP 是输出模式，其他两个参数不需要就可以不指定。

2、Pin模块提供的方法：

4.2 控制LED示例

上面简单介绍了下 Pin 模块的使用，下面我们用该模块控制 LED 闪烁示例。

LED 闪烁的 Python 代码如下： 

import utime as time

from machine import Pin

# 获取引脚号，比如 PA0 引脚号为 0，PB15 引脚号为 31

def pin_num(pin_index):

    return (ord(pin_index[1]) - ord('A')) * 16 + int(pin_index[2:])

# 构造 led 对象

led = Pin(("led_red", pin_num("PE4")), Pin.OUT_PP)

while True:

    led.value(0)  # Set led turn on

    time.sleep(0.5)

    led.value(1)  # Set led turn off

    time.sleep(0.5)

我们在串口终端中启动 Python ，然后把上面的代码复制到 Python 中运行。 

MicroPython会解析并运行上述代码，然后可以看到对应的 LED 灯在闪烁了。

4.3 读取按键

上面已经使用 Pin 模块，输出电平控制 LED 了。下面是 Pin 模块读取按键输入的电平，Python 代码如下： 

from machine import Pin

import utime as time

# 获取引脚号，比如 PA0 引脚号为 0，PB15 引脚号为 31

def pin_num(pin_index):

    return (ord(pin_index[1]) - ord('A')) * 16 + int(pin_index[2:])

# 构造 LED 和 KEY 对象

led = Pin(("led_red", pin_num("PE4")), Pin.OUT_PP)

key_0 = Pin(("key_0", pin_num("PF9")), Pin.IN, Pin.PULL_UP)

while True:

    if key_0.value() == 0:

        led.value(0)

        print("key_0 is pressed")

        time.sleep(0.5)

    else:

        led.value(1)

同样，把上述代码复制到 Python 解析器上面运行，当按下按键的时候，就可以看到LED点亮了，而且在终端中输出按下的信息。 

上面就是Pin模块的使用示例。

另外，如果我们想要把写好的代码，作为一个 Python 文件，让 MicroPython 去执行，那么需要把文件系统加入 MicroPython 中，具体可以看 RT-Thread 文档中心的介绍。