MicroPython簡介

早期 Python 在嵌入式系統(tǒng)中的應(yīng)用并未得到廣泛推廣，主要受到硬件成本、運(yùn)行性能、開發(fā)習(xí)慣等因素的限制。隨著半導(dǎo)體技術(shù)和制造工藝的快速發(fā)展，芯片的升級(jí)換代速度日益加快，芯片的功能和存儲(chǔ)器容量不斷增強(qiáng)，成本逐漸降低，為 Python在低端嵌入式系統(tǒng)上的應(yīng)用提供了可能性。

MicroPython由英國劍橋大學(xué)教授 Damien George（達(dá)米安·喬治）發(fā)明。MicroPython使用GNU C進(jìn)行開發(fā)，實(shí)現(xiàn)在微控制器上 Python3 的基本功能，具備完善的解析器、編譯器、虛擬機(jī)和類庫等。在保留Python 語言主要特性的基礎(chǔ)上，對(duì)嵌入式系統(tǒng)的底層進(jìn)行了出色的封裝，將常用功能都封裝到庫中，甚至為一些常用的傳感器和硬件編寫了專門的驅(qū)動(dòng)。用戶只需通過調(diào)用這些庫和函數(shù)，就能快速控制LED小燈、舵機(jī)、多種傳感器、SD卡文件系統(tǒng)、UART、I2C、SPI通信總線等實(shí)現(xiàn)各種功能，而不用再去研究底層外設(shè)模塊的使用方法。這不但降低了開發(fā)難度，而且減少了重復(fù)開發(fā)工作，縮短了開發(fā)周期。

MicroPython 最早被應(yīng)用在 STM32F4 微控制器平臺(tái)上。隨著社區(qū)開發(fā)者的不斷努力，它逐漸被移植到 STM32L4、STM32F7、ESP8266、ESP32、CC3200、dsPIC33FJ256、MK20DX256、microbit、MSP432、XMC4700、RT8195、IMXRT 等眾多硬件平臺(tái)上。

MicroPython 系統(tǒng)結(jié)構(gòu) ：

它是由微控制器（系統(tǒng)底層硬件）、MicroPython固件和用戶程序三大部分組成。其中，硬件和MicroPython固件是最基礎(chǔ)且相對(duì)不變的部分，而用戶程序則可以隨時(shí)變更，可以存放多個(gè)用戶程序到系統(tǒng)中，隨時(shí)調(diào)用或切換，這是使用MicroPython 的一個(gè)特色。
微控制器硬件就如同一個(gè)沒有安裝操作系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)，只有下載了程序后才能實(shí)現(xiàn)其他的功能。MicroPython 的功能就像嵌入式系統(tǒng)的操作系統(tǒng)（它不同于FreeRTOS、ucOS這樣的實(shí)時(shí)系統(tǒng)，用戶程序不能單獨(dú)修改，因?yàn)橄到y(tǒng)和用戶程序是一體的，需要編譯后運(yùn)行）。只有先安裝了MicroPython系統(tǒng)（固件），才能運(yùn)行各種MicroPython程序。
目前 MicroPython 源代碼支持不同微控制器平臺(tái)，這需要開發(fā)者自己編譯對(duì)應(yīng) MCU 的
MicroPython 固件，并將固件下載到微控制器中才能運(yùn)行MicroPython。

Thonny開發(fā)軟件的安裝

Thonny是一款面向Python初學(xué)者的小型集成開發(fā)環(huán)境（IDE）。它的特點(diǎn)是輕量級(jí)，易于使用，且完全基于Python的內(nèi)置圖形庫tkinter開發(fā)。這款I(lǐng)DE可以幫助初學(xué)者更快地上手 Python，避免在環(huán)境設(shè)置上浪費(fèi)過多的時(shí)間。它能夠讓初學(xué)者更好地理解每一行代碼的運(yùn)行細(xì)節(jié)，并且解決了初學(xué)者可能會(huì)遇到的一些繁雜的環(huán)境問題。如果不是初學(xué)者，請(qǐng)選擇PyDev和Pycharm等工具。

點(diǎn)擊[Thonny]到官網(wǎng)下載安裝

根據(jù)自己的電腦系統(tǒng)下載相應(yīng)的版本，本文以Windows為例

下載好安裝包后，雙擊一步步的安裝，安裝完成后雙擊桌面圖表進(jìn)入Thonny主界面

ESP32-S3的Thonny開發(fā)軟件的設(shè)置

查看自己的ESP32-S3開發(fā)板上的USB轉(zhuǎn)串口芯片安裝好對(duì)應(yīng)的驅(qū)動(dòng)，常見的USB轉(zhuǎn)串口芯片有，CH343、CH340、CP2102、FT232等，可到芯片官網(wǎng)下載。如下圖中開發(fā)板使用的是CH343。

安裝成功后可在電腦設(shè)備管理器中查看

Thonny軟件中打開 配置解釋器 選項(xiàng)卡

選擇好MicroPython（ESP32）解釋器和USB轉(zhuǎn)串口的端口號(hào)

下載ESP32-S3 MicroPython固件

點(diǎn)擊[MicroPython]官網(wǎng)，進(jìn)入ESP32-S3固件下載頁面


根據(jù)自己開發(fā)板上的ESP32-S3模組型號(hào)來選擇下載哪一個(gè)固件，本實(shí)驗(yàn)開發(fā)板使用的ESP32-S3模組與ESP32-S3-WROOM-1-N16R8兼容的，而ESP32-S3-WROOM-1-N16R8模組的PSRAM使用的是Octal
SPI，所以選擇下圖的固件版本。注意是.bin文件

下載完后我們會(huì)得到一個(gè)ESP32_GENERIC_S3-SPIRAM_OCT-20250809-v1.26.0.bin文件，然后將此文件燒錄到ESP32-S3開發(fā)板中。
1.使用Thoony工具燒錄
在Thonny工具中，選擇“ 運(yùn)行 ”菜單中的“ 配置解釋器 ”選項(xiàng)，然后點(diǎn)擊“ 安裝或者更新microPython（esptool） ”如下圖，進(jìn)入固件燒錄界面

選擇加載好剛下好的固件和端口號(hào)，點(diǎn)擊安裝，等待燒錄完成


關(guān)閉 Thonny選項(xiàng) 燒錄界面，重新進(jìn)入 運(yùn)行 >> 配置解釋器 再次進(jìn)入 Thonny選項(xiàng) 界面選擇好 MicroPython ESP32 與 USB Single Serial @ COM218點(diǎn)確定 并按下開發(fā)板上的復(fù)位按鍵，即可啟動(dòng)MicroPython固件了。最后，在Shell交互窗口上看到固件的信息，如下圖所示，表示已成功燒錄。

2.使用flash_download_tool工具燒錄
選擇下載芯片

選擇好固件，填寫好下載到芯片內(nèi)的地址，并在方框里打勾，選擇好串口號(hào)COM和下載波特率，點(diǎn)擊START開始進(jìn)行下載，直到下載完成，波特率設(shè)置的太高偶爾會(huì)下載不進(jìn)，此時(shí)可以降低波特率下載

驗(yàn)證下載MicroPython應(yīng)用程序可否在ESP32-S3上運(yùn)行

下面為一個(gè)ESP32-S3的IO1引腳上LED的閃燈MicroPython應(yīng)用程序

from machine import Pin
import time

"""
 * @brief       程序入口
 * @param       無
 * @retval      無
"""
if  __name__ == '__main__':
    
    # 初始化LED并輸出高電平
    led = Pin(1,Pin.OUT,value = 1)
    
    while True:
        
        led.value(0)                    # 設(shè)置GPIO1輸出低電平
        time.sleep_ms(500)              # 延時(shí)500ms
        led.value(1)                    # 設(shè)置GPIO1輸出高電平
        time.sleep_ms(500)              # 延時(shí)500ms

打開Thonny新建一個(gè)文件，并將上述代碼復(fù)制到編輯界面中，右下角選擇好MicroPython（ESP32）解釋器和USB轉(zhuǎn)串口的端口號(hào)，就出彈出了MicroPython設(shè)備，說明Thonny和ESP32-S3開發(fā)板建立了連接，此時(shí)左邊側(cè)邊欄里面出現(xiàn)了boot.py文件就是我們剛燒錄好的MicroPython（ESP32）啟動(dòng)固件，然后點(diǎn)擊運(yùn)行當(dāng)前腳本，LED的閃燈MicroPython應(yīng)用程序就在開發(fā)板上運(yùn)行了（但沒有下載到ESP32-S3卡筏板中），此時(shí)可以觀察到與板子連接的LED燈模塊在閃爍


點(diǎn)擊保存選項(xiàng)，會(huì)彈出如下圖提示框，我們選擇保存到MicroPython設(shè)備，文件名稱任意，文件后綴為 .py 此時(shí)就會(huì)把應(yīng)用程序下載到ESP32-S3開發(fā)板中了，左邊側(cè)邊欄里面出現(xiàn)了main.py文件就是我們剛燒錄好的LED的閃燈MicroPython應(yīng)用程序。按一下ESP32-S3開發(fā)板的復(fù)位鍵，有觀察到LED在閃爍，說明應(yīng)用程序在執(zhí)行了。

總結(jié)

通過搭建Thonny IDE開發(fā)環(huán)境，我們了解了如何給ESP32-S3燒錄MircoPython固件和MircoPython應(yīng)用程序。更多的內(nèi)容請(qǐng)點(diǎn)擊參考MicroPython開發(fā)文檔

審核編輯 黃宇