[MM32生态] 基于PikaScript在MM32平台上部署Python开发环境_mm32 标准库问题_21ic电子工程师的博客

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MicroPython是Python3的精简实现，包括Python标准库的一小部分，经过优化可在微控制器和受限的环境中运行，在官方提供了相应的开发板，但最低的配置都需要32KB的SRAM空间和4KB的STACK空间，对MCU的性能也有绝对的要求，基于STM32F103的MicroPython开发板在某宝上几乎没有，最少也得STM32F4及以上系列的才玩得动，那我想在资源有限的MCU上运行Python程序，难道就不配吗？

想要在一个MCU上运行Python程序，一般步骤如下：首先得需要一个Linux环境（大多数人选择通过虚拟机来安装Linux）、然后需要更新相应的命令工具并下载交叉编译工具和编译器（交叉编译器选择gcc-arm-none-eabi、编译器选择gcc）、接着需要下载MicroPython源代码，生成固件程序（建议选择官方已经支持的开发板，否则需要自行实现和移植）、最后通过烧录工具或者使用USB的DFU模式烧录程序到MCU、至此才可以开始使用Python编程来实现应用功能；期间一步都不能错哦……但对于做MCU嵌入式开发的工程师来说，我们常用的都是KEIL、IAR这些IDE集成开发环境，难道一定得按照上面步骤一步步来吗，就不能使用KEIL来开发、调试了？

PiKaScript 应运而生

PiKaScript可以为资源受限的MCU提供极易部署和拓展的Python脚本支持。PiKaScript不需要操作系统和文件系统，支持裸机运行，最低可运行在RAM≥4KB，FLASH≥32KB的MCU中，而且还支持KEIL、IAR等IDE集成开发环境。此外PiKaScript是完全开源的（https://github.com/pikasTech/pikascript），采样的是MIT协议，允许修改和商用，但是要注意保留原作者的署名即可。

部署 PikaScript 到 MM32 平台

PikaScript可以在所有支持libc的裸机和操作系统上运行，只需要编译器能够支持C99标准即可。当前PikaScript仅支持32位和64位内核的MCU，暂不支持8位内核的MCU；考虑到拓展模块的资源占用情况，如果是ARM内核的MCU推荐最低应该配备64KB FLASH和8KB SRAM，如果是RISC内核的MCU推荐最低应该配备128KB FLASH和8KB SRAM。

准备模板工程

我当前使用的IDE集成开发环境是KEIL MDK，在部署PikaScript到MM32之前，我们需要新建一个基于MM32 MCU的模板工程，这个模板工程只需要实现printf功能的串口初始化即可，重载fputc和fgetc这两个函数，为后面实现功能做准备，至此我们就完成了部署PikaScript的第一步。

获取 PikaScript 源码和工具集

我在模板工程中的Source文件夹中新建立一个PikaScript文件夹作为PikaScript部署路径；然后我们需要到GIT上去下载PikaScript包管理器：pikaPackage.exe，将这个包管理器存放在PikaScript文件夹下，通过这个包管理器我们可以轻松地拉取指定版本的源码和模块；接下来我们在PikaScript文件夹下新建一个requestment.txt文件，然后写入如下内容：

pikascript-core==v1.8.6

PikaStdLib==v1.8.6

如上内容表示使用1.8.6版本的pikascript解释器内核和1.8.6版本的标准库，解释器内核和标准库是必选项，且这两个版本号需要保持一致，而其它的模块则是可以有选择性的添加；在初始部署时，尽可能的只添加解释器内核和标准库即可，这样可以遇到兼容性的问题；版本号可以通过http://pikascript.com/这个网址来查看，当然你也可以通过这个网址来自动生成工程……

现在PikaScript文件夹下就有了pikaPackage.exe和requestment.txt这两个文件，双击运行pikaPackage.exe就可以拉取requestment.txt文件中指定版本的源码和模块了。拉取过程如下所示：

在源码和模块拉取结果后，PikaScript文件夹就多了不少文件，如下图所示：

其中pikascript-api文件夹下存放的是模块API相关文件，在预编译前这个文件夹是空的，pikascript-core文件夹下存放的是内核相关文件，pikascript-lib文件夹下存放的是模块库，rust-msc-latest-win10.exe是预编译器。然后我们在PikaScript文件夹新建一个main.py文件，然后写入：

import PikaStdLib

print('Hello PikaScript!')

其中import PikaStdLib表示导入标准库，而且标准库是必需要导入的；而print('Hello PikaScript!')则是用来测试pikascript是否正常启动。

预编译模块

pikascript预编译器可以把python模块预编译为.c和.h文件；接下来我们运行PikaScript文件夹下的rust-msc-latest-win10.exe预编译器，它会将main.py和导入的模块预编译为pikascript的API文件，预编译后的文件存放在pikascript-api文件夹下；我们打开pikascript-api文件夹会发现多了很多.c和.h的文件，这就说明预编译成功运行了。

我们使用KEIL软件模板工程，在模板工程中添加3个Group，分别命名为：pikascript-api、pikascript-core、pikascript-lib，这也是PikaScript文件夹下的3个文件夹名，如下图所示：

然后将这3个文件夹下的所有.c源码文件分别添加到上面的3个Group当中，如下图所示：

然后设置KEIL编译器的Include Path，如下图所示：

调整堆栈大小

我们可以在启动文件中修改堆和栈的大小，也可以通过修改建议SCF文件来修改堆和栈的大小；对于PikaScript的部署建议分配4KB的栈空间和16KB的堆空间；如下图所示：

启动 PikaScript

在main.c中添加PikaScript的头文件和启动代码，在代码中通过重载fgetc函数结合libc实现了getchar函数功能，再通过覆用pikascript中读取用户输入字节的底层接口函数__platform_getchar()，加上启动PickScript Shell后，即实现了程序代码的交互式运行；代码如下所示：

void MCU_InitClock ( void )

/* 使能内部高速时钟 HSI */

RCC->CR |= RCC_CR_HSION_MASK;

/* 等待内部高速时钟 HSI 稳定 */

while (RCC_CR_HSIRDY_MASK != (RCC->CR & RCC_CR_HSIRDY_MASK));

/* 选择 HSI 输出用作系统时钟 */

RCC->CFGR = RCC_CFGR_SW( 0u );

/* 等待系统时钟选择状态稳定 */

while (RCC_CFGR_SWS( 0u ) != (RCC->CFGR & RCC_CFGR_SWS_MASK));

/* 复位除 HSI 之外的所有时钟 */

RCC->CR = RCC_CR_HSION_MASK;

RCC->CIR = RCC->CIR; /* 清除中断标志位 */

RCC->CIR = 0u ; /* 禁卡相应的中断 */

/* PWR/DBG 时钟使能 */

RCC->APB1ENR |= ( 1u << 28u );

/* 如果系统时钟需要达到最大频率 120MHz 时 , 需要将 VOS 设置为 1.7V */

PWR->CR1 = (PWR->CR1 & ~PWR_CR1_VOS_MASK) | PWR_CR1_VOS( 3u );

/* 使能外部高速时钟 HSE */

RCC->CR |= RCC_CR_HSEON_MASK;

/* 等待外部高速时钟 HSE 稳定 */

while (RCC_CR_HSERDY_MASK != (RCC->CR & RCC_CR_HSERDY_MASK));

/* PLL1 = HSE * (MUL + 1) / (DIV + 1)

= 12MHz * 20 / 2

= 120MHz

RCC->PLL1CFGR = RCC_PLL1CFGR_PLL1SRC( 1 ) | /* 0:HSI 作为 PLL1 时钟源 , 1:HSE 作为 PLL1 时钟源 */

RCC_PLL1CFGR_PLL1MUL( 19 )| /* PLL1 倍频系数 */

RCC_PLL1CFGR_PLL1DIV( 1 ) | /* PLL1 分频系数 */

RCC_PLL1CFGR_PLL1LDS( 1 ) | /* PLL1 锁定检测器精度选择 : 高精度 */

RCC_PLL1CFGR_PLL1ICTRL( 3 ); /* PLL1 输入时钟源大于等于 8MHz 时，推荐设置值为 2'b11

PLL1 输入时钟源小于 8MHz 时，推荐设置值为 2'b01 */

/* 使能 PLL1 */

RCC->CR |= RCC_CR_PLL1ON_MASK;

/* 等待 PLL1 稳定 */

while ((RCC->CR & RCC_CR_PLL1RDY_MASK) == 0 );

/* FLASH 时钟使能 */

RCC->AHB1ENR |= ( 1u << 13u );

FLASH->ACR = FLASH_ACR_LATENCY( 4u ) | /* 0 : 零个等待状态 , 当 0MHz < SYSCLK <= 24MHz

1 : 一个等待状态 , 当 24MHz < SYSCLK <= 48MHz

2 : 二个等待状态 , 当 48MHz < SYSCLK <= 72MHz

3 : 三个等待状态 , 当 72MHz < SYSCLK <= 96MHz

4 : 四个等待状态 , 当 96MHz < SYSCLK <= 120MHz */

FLASH_ACR_PRFTBE_MASK; /* 预取缓冲区开启 */

/* 时钟配置 */

RCC->CFGR = RCC_CFGR_HPRE( 0 ) | /* AHB 预分频系数 , HCLK

0xxx : SYSCLK 不分频

1000 : SYSCLK 2 分频

1001 : SYSCLK 4 分频

1010 : SYSCLK 8 分频

1011 : SYSCLK 16 分频

1100 : SYSCLK 64 分频

1101 : SYSCLK 128 分频

1110 : SYSCLK 256 分频

1111 : SYSCLK 512 分频 */

RCC_CFGR_PPRE1( 0x4 ) | /* APB1 预分频系数 , PCLK1

0xx : HCLK 不分频

100 : HCLK 2 分频

101 : HCLK 4 分频

110 : HCLK 8 分频

111 : HCLK 16 分频 */

RCC_CFGR_PPRE2( 0x4 ) | /* APB2 预分频系数 , PCLK2

0xx : HCLK 不分频

100 : HCLK 2 分频

101 : HCLK 4 分频

110 : HCLK 8 分频

111 : HCLK 16 分频 */

RCC_CFGR_MCO( 7 ); /* MCO 输出时钟源选择

000x : 没有时钟输出

0010 : LSI 时钟输出

0011 : LSE 时钟输出

0100 : SYSCLK 时钟输出

0101 : HSI 时钟输出

0110 : HSE 时钟输出

0111 : PLL1 时钟输出

1000 : PLL2 时钟输出 */

/* ADC1 预分频 ( 频率范围 15MHz - 48MHz)

= PCLK2 / (PRE + 2), 要求 PRE 为偶数 , 使占空比为 50%

= 60MHz / ( 2 + 2)

= 15MHz */

RCC_SetADCClockDiv(ADC1, 2 );

/* ADC1 calibration 时钟分频 ( 频率范围 187.5kHz - 1.5MHz)

= PCLK2 / (PRECAL + 2), 要求 PRECAL 为偶数 , 使占空比为 50%

= 60MHz / (58 + 2)

= 1MHz */

RCC_SetADCClockDiv(ADC1, 58 );

/* 选择 PLL 输出用作系统时钟 */

RCC->CFGR = (RCC->CFGR & ~RCC_CFGR_SW_MASK) | RCC_CFGR_SW( 2 );

/* 等待系统时钟选择状态稳定 */

while ((RCC->CFGR & RCC_CFGR_SWS_MASK) != RCC_CFGR_SWS( 2 ));

void MCU_InitUART1 ( void )

GPIO_Init_Type GPIO_InitStructure;

UART_Init_Type UART_InitStructure;

/* 先配置 GPIO, 再配置 UART 参数 , 否则 UART ENABLE 后会有一个 0xFF 的异常字节 */

RCC_EnableAHB1Periphs(RCC_AHB1_PERIPH_GPIOB, true );

GPIO_PinAFConf(GPIOB, GPIO_PIN_6, GPIO_AF_7); /* PB6 <-> UART1_TX */

GPIO_PinAFConf(GPIOB, GPIO_PIN_7, GPIO_AF_7); /* PB7 <-> UART1_RX */

GPIO_InitStructure.Pins = GPIO_PIN_6;

GPIO_InitStructure.PinMode = GPIO_PinMode_AF_PushPull;

GPIO_InitStructure.Speed = GPIO_Speed_50MHz;

GPIO_Init(GPIOB, &GPIO_InitStructure);

GPIO_InitStructure.Pins = GPIO_PIN_7;

GPIO_InitStructure.PinMode = GPIO_PinMode_In_Floating;

GPIO_InitStructure.Speed = GPIO_Speed_50MHz;

GPIO_Init(GPIOB, &GPIO_InitStructure);

RCC_EnableAPB2Periphs(RCC_APB2_PERIPH_UART1, true );

UART_InitStructure.ClockFreqHz = CLOCK_APB2_FREQ;

UART_InitStructure.BaudRate = 115200 ;

UART_InitStructure.WordLength = UART_WordLength_8b;

UART_InitStructure.StopBits = UART_StopBits_1;

UART_InitStructure.Parity = UART_Parity_None;

UART_InitStructure.XferMode = UART_XferMode_RxTx;

UART_InitStructure.HwFlowControl = UART_HwFlowControl_None;

UART_Init(UART1, &UART_InitStructure);

UART_Enable(UART1, true );

int fputc ( int ch, FILE *f)

UART_PutData(UART1, ( uint8_t )ch);

while ((UART_GetStatus(UART1) & UART_STATUS_TX_DONE) == 0 );

return ch;

int fgetc (FILE *f)

while ((UART_GetStatus(UART1) & UART_STATUS_RX_DONE) == 0u );

return UART_GetData(UART1);

void InitSystem ( void )

MCU_InitClock();

MCU_InitUART1();

int main ( void )

InitSystem();

printf ( "\r\n" );

printf ( "\r\nPikaScript PLUS-F5270(MM32F5277E9P) %s %s" , __DATE__, __TIME__);

printf ( "\r\n" );

printf ( "\r\n------------------------------------------------------------------" );

printf ( "\r\n| |" );

printf ( "\r\n| ____ _ __ _____ _ __ |" );

printf ( "\r\n| / __ \\ (_) / /__ ____ _ / ___/ _____ _____ (_) ____ / /_ |" );

printf ( "\r\n| / /_/ // / / //_// __ `/ \\__ \\ / ___// ___// / / __ \\ / __/ |" );

printf ( "\r\n| / ____// / / ,< / /_/ / ___/ // /__ / / / / / /_/ // /_ |" );

printf ( "\r\n| /_/ /_/ /_/|_| \\__,_/ /____/ \\___//_/ /_/ / .___/ \\__/ |" );

printf ( "\r\n| /_/ |" );

printf ( "\r\n| PikaScript - An Ultra Lightweight Python Engine |" );

printf ( "\r\n| |" );

printf ( "\r\n| [ https://github.com/pikastech/pikascript ] |" );

printf ( "\r\n| [ https://gitee.com/lyon1998/pikascript ] |" );

printf ( "\r\n| |" );

printf ( "\r\n------------------------------------------------------------------" );

printf ( "\r\n" );

PikaObj *pikaMain = pikaScriptInit();

goto main_loop;

main_loop:

pikaScriptShell(pikaMain);

/* after exit() from pika shell */

NVIC_SystemReset();

char __platform_getchar( void )

return getchar();

编译程序无误后，我们将代码下载到MM32芯片，将MM32的UART通过USB转TTL工具连接到电脑，打开MobaXterm终端软件进行调试，芯片上电启动后如下图所示：

在线运行 Python 脚本程序

在MobaXterm终端软件中我们输入如下图所示代码后，敲入回车键后Python代码就自动解析执行了，并输出相对应的结果：

如果出现如下图所示的error提示，请检查一下MM32对于堆栈大小的配置情况，适当的调整一下就可以了：

后续将继续来实现和分享通过串口来下载Python脚本并运行Python程序的功能、以及基于一块开发板来实现对模块的开发、调用、应用的全方位实现；通过对Python的支持，让更多的精力投入到应用功能的开发中去，同时也让资源相对不富裕的MCU有了施展的平台。

模板工程： PikaScript.zip (665.18 KB)

PikaScript模板工程： PikaScript_Template.zip (8.2 MB)
---------------------
作者：xld0932
链接：https://bbs.21ic.com/icview-3232352-1-1.html
来源：21ic.com
此文章已获得原创/原创奖标签，著作权归21ic所有，任何人未经允许禁止转载。

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