“變化是唯一不變的”是希臘哲學(xué)家赫拉克利特的智慧明珠。這一點(diǎn)在數(shù)字電子世界中最為真實(shí)。C 語(yǔ)言是 1970 年代初期計(jì)算熱潮的產(chǎn)物，自從 BASIC 語(yǔ)言放棄其對(duì)微控制器編程的統(tǒng)治地位以來(lái)，它就一直主導(dǎo)著嵌入式開(kāi)發(fā)。今天風(fēng)向又變了，這次轉(zhuǎn)向了日益流行的 Python 編程語(yǔ)言。MicroPython 在過(guò)去幾年出現(xiàn)，以彌合面向桌面的 CPython 參考語(yǔ)言與相對(duì)有限的微控制器硬件規(guī)格之間的差距。

盡管如此，對(duì)于新手嵌入式開(kāi)發(fā)人員來(lái)說(shuō)，MicroPython 還是有點(diǎn)挑戰(zhàn)。輸入CircuitPython，它是 MicroPython 語(yǔ)言的一個(gè)分支，經(jīng)過(guò)調(diào)整以滿足學(xué)生和其他希望學(xué)習(xí)現(xiàn)代嵌入式系統(tǒng)開(kāi)發(fā)的人的特定需求。自 2017 年夏季首次發(fā)布以來(lái)，由Adafruit Industries主辦的CircuitPython 語(yǔ)言在制造商和教育標(biāo)記中的受歡迎程度一直在穩(wěn)步增長(zhǎng)。

在其當(dāng)前迭代中，即本文的 6.1.0 版，CircuitPython 支持由 Microchip Technology Atmel SAMD21和SAMD51微控制器以及 Nordic Semiconductor nRF52840片上系統(tǒng) (SoC) 提供支持的眾多開(kāi)發(fā)板。以前的 CircuitPython 版本支持流行的 ESP8266 微控制器，但從版本 4 開(kāi)始不再支持。雖然 CircuitPython 在許多方面與 MicroPython 相似，但它確實(shí)去除了復(fù)雜性并為那些剛剛接觸嵌入式電子產(chǎn)品的人提供了更直接的開(kāi)發(fā)工作流程。

CircuitPython 入門

首先，與 MicroPython 一樣，CircuitPython 需要將特殊固件上傳到開(kāi)發(fā)板，稱為 USB 閃存版本 2 或 UF2。許多受支持的開(kāi)發(fā)板都預(yù)裝了固件。但是，所有開(kāi)發(fā)板都提供一種機(jī)制，使系統(tǒng)進(jìn)入引導(dǎo)加載程序模式，從而允許刷新 UF2 固件。UF2 固件特定于每個(gè)開(kāi)發(fā)板，因此請(qǐng)確保下載特定于您的開(kāi)發(fā)板的最新固件。CircuitPython網(wǎng)站使這項(xiàng)任務(wù)變得簡(jiǎn)單。將開(kāi)發(fā)板插入計(jì)算機(jī)并啟用引導(dǎo)加載程序模式后，開(kāi)發(fā)板應(yīng)顯示為名為BOOT的閃存驅(qū)動(dòng)器。只需將之前下載的UF2文件拖入BOOT的根目錄即可駕駛。成功安裝后，將出現(xiàn)一個(gè)名為CIRCUITPY的新驅(qū)動(dòng)器。至此，開(kāi)發(fā)板已經(jīng)為它的第一個(gè)項(xiàng)目做好了準(zhǔn)備。

雖然任何代碼編輯器都可用于編輯 CircuitPython 源文件 (.py )，但建議初學(xué)者使用Mu 編輯器。安裝并運(yùn)行編輯器后，只需單擊“新建”按鈕即可創(chuàng)建一個(gè)空白的 Python 腳本文件。有大量示例代碼可以滿足幾乎所有需求。當(dāng)然，舉世聞名的Blinky LED就是硬件世界的Hello, World。這是一個(gè)閃爍 LED 的示例：

進(jìn)口板

進(jìn)口數(shù)碼

導(dǎo)入時(shí)間

led = digitalio.DigitalInOut(board.D13)

led.direction = digitalio.Direction.OUTPUT

而真實(shí)的：

led.value = 真

時(shí)間.睡眠(0.5)

led.value = 假

時(shí)間.睡眠(0.5)

輸入代碼后，將文件命名為code.py并將其保存到CIRCUITPY驅(qū)動(dòng)器的根目錄。如果您將文件保存在其他地方，例如桌面，只需單擊文件并將其從桌面拖動(dòng)到CIRCUITPY驅(qū)動(dòng)器圖標(biāo)即可。重要說(shuō)明，文件名對(duì) CircuitPython 很重要，因?yàn)橛行┪募菫樘厥饽康谋Ａ舻?。code.py 文件在每次重新加載后運(yùn)行。要建立僅在啟動(dòng)時(shí)運(yùn)行一次的任何設(shè)置函數(shù)，請(qǐng)將該代碼放在名為boot.py的文件中。

CircuitPython 的一個(gè)很好的特性是它可以檢測(cè)到任何時(shí)候添加或更新文件并自動(dòng)重新啟動(dòng)代碼。無(wú)需按下重置按鈕或拔下/重新插入開(kāi)發(fā)板的 USB 電纜。所有源代碼都保留為用戶可讀文件，因此您可以將開(kāi)發(fā)板連接到任何計(jì)算機(jī)并以零配置管理工作進(jìn)行代碼更改。換句話說(shuō)，您始終在設(shè)備上擁有最新的源代碼。

CircuitPython 通過(guò)使用庫(kù)使擴(kuò)展功能變得非常簡(jiǎn)單。在CIRCUITPY驅(qū)動(dòng)器的根文件夾中，應(yīng)該有一個(gè)名為 lib 的文件夾。如果沒(méi)有，使用計(jì)算機(jī)的文件資源管理器從頭開(kāi)始創(chuàng)建文件夾是安全的。這是存儲(chǔ)添加功能或與傳感器和執(zhí)行器交互所需的所有支持文件的地方。CircuitPython 提供標(biāo)準(zhǔn)的庫(kù)包，這些庫(kù)在 CircuitPython 開(kāi)發(fā)人員中很受歡迎。這些庫(kù)文件針對(duì)嵌入式設(shè)備進(jìn)行了顯式優(yōu)化，并以 . MPY文件擴(kuò)展名。確保庫(kù)包的版本號(hào)與您正在使用的 CircuitPython 的版本號(hào)相匹配至關(guān)重要。在升級(jí) CircuitPython 固件時(shí)，不要忘記同時(shí)升級(jí)庫(kù)包。

CircuitPython 與 MicroPython

CircuitPython 和 MicroPython 之間的其他一些主要區(qū)別包括：

所有構(gòu)建都啟用了浮點(diǎn)數(shù)。

不支持并發(fā)。

CircuitPython 中引入了一種安全模式，可在檢測(cè)到硬崩潰或掉電情況時(shí)阻止用戶代碼運(yùn)行。

模塊別名不可用。換句話說(shuō)，uos和utime模塊不能作為os和time 使用。為了保持 CPython 兼容性，CircuitPython 操作系統(tǒng)和時(shí)間模塊是其 CPython 對(duì)應(yīng)項(xiàng)的子集。因此，CircuitPython 代碼在 CPython 中是可執(zhí)行的，但反之則不一定。

引入存儲(chǔ)模塊來(lái)掛載文件系統(tǒng)。

與其他 Python 版本一樣，CircuitPython 通過(guò)讀取-評(píng)估-打印循環(huán) (REPL) 終端提供交互式編程體驗(yàn)。對(duì)于 CircuitPython，可以在主代碼完成后通過(guò)串行終端連接到電路板并按鍵盤上的任意鍵進(jìn)入 REPL 環(huán)境。輸入 REPL 會(huì)禁用自動(dòng)重新加載功能。

CircuitPython 的另一個(gè)令人興奮的方面是Blinka。雖然 CircuitPython 在微控制器上運(yùn)行，但 Blinka 將 CircuitPython 庫(kù)帶到了微型個(gè)人計(jì)算機(jī)上，這些個(gè)人計(jì)算機(jī)被稱為單板計(jì)算機(jī) (SBC)，例如 Raspberry Pi。對(duì)于那些來(lái)自桌面開(kāi)發(fā)人員背景的人，Blinka 使 MicroPython 成為可在面向桌面的 Python 版本中運(yùn)行的 pip 可安裝 Python 庫(kù)，從而使使用與 SBC 相同的庫(kù)與各種傳感器和執(zhí)行器交互成為可能用于微控制器。

Python，Python，無(wú)處不在

CircuitPython 是進(jìn)入嵌入式系統(tǒng)軟件開(kāi)發(fā)“Python 化”的激動(dòng)人心的入口。它的設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，加上強(qiáng)大的功能集，使其成為教育工作者和創(chuàng)客等人的誘人編程語(yǔ)言。CircuitPython 還為專業(yè)人士提供了獨(dú)特的機(jī)會(huì)。對(duì)于嵌入式工程師來(lái)說(shuō)，學(xué)習(xí) Python 等強(qiáng)大語(yǔ)言的機(jī)會(huì)有助于教授桌面和 Web 應(yīng)用程序技能。對(duì)于傳統(tǒng)的桌面應(yīng)用程序軟件開(kāi)發(fā)人員，CircuitPython 提供了一種將他們的編碼技能從 PC 遷移到嵌入式系統(tǒng)的方法。

無(wú)論您的經(jīng)驗(yàn)如何，CircuitPython 都是嵌入式開(kāi)發(fā)領(lǐng)域值得一提的新編程語(yǔ)言。它的獨(dú)特功能使嵌入式開(kāi)發(fā)入門變得輕而易舉，同時(shí)還提供了一些新概念，這些概念也應(yīng)該會(huì)吸引資深程序員。CircuitPython 是嵌入式開(kāi)發(fā)編程語(yǔ)言傳奇歷史中一個(gè)受歡迎的新成員。

我們想知道您是否有使用 CircuitPython 的經(jīng)驗(yàn)？在Twitter 上與我們聯(lián)系并與我們分享您的 CircuitPython 支持的項(xiàng)目！有興趣開(kāi)始使用 CircuitPython，請(qǐng)查看此Adafruit CircuitPython 入門工具包。

審核編輯黃昊宇