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            用Python語言控制單片機

            作者:時間:2018-08-03來源:網絡收藏

              早年,雖然是一款比較容易上手的腳本語言,而且有強大的社區支持,一些非計算機專業領域的人都選它作為入門語言。遺憾的是,它不能實現一些非常底層的操控,所以在硬件領域并不起眼。

            本文引用地址:http://www.snowlakeshores.com/article/201808/390003.htm

              然而今時不同往日!

              硬件圈同樣非常關注!

              說到用于硬件開發。很多人可能想到的是樹莓派等支持linux系統的(樹莓派和Arduino應用Python的的例子實在是多,比如,利用Raspberry Pi的硬件和Python語言來完成一個機器人制作。),然而現在Python已經完全可以脫離系統,直接進行單片機的開發了。

              用Python語言控制單片機

              MicroPython是在單片機上可以跑的Python,你可以通過Python腳本語言開發單片機程序。MicroPython基于ANSI C,語法跟Pyton 3基本一致,擁有自家的解析器、編譯器、虛擬機和類庫等。目前它支持基于32-bit的ARM處理器,比如STM32F405、STM32f407等,也就是說ARM處理器STM32F405上直接可運行Python語言,用Python語言來控制單片機。

              借助Micro Python,用戶完全可以通過Python腳本語言實現硬件底層的訪問和控制,比如說控制LED燈泡、LCD顯示器、讀取電壓、控制電機、訪問SD卡等。

              下面這篇美國EDN發布的文章,介紹了Python在實時嵌入式系統中扮演的角色:Python's role in developing real time embedded systems。

              Python具有良好的跨平臺性,比如Linux和Windows,或是諸如Raspberry Pi等單板計算機。不過,隨著Python的日益普及,人們可能會問,在實時嵌入式系統中是否也有Python的一席之地。答案是肯定的。下面是開發人員發現Python在實時嵌入式系統開發中有可能扮演的五個主要角色。

              作用# 1設備調試和控制

              在嵌入式軟件開發過程中,開發人員常常需要分析總線通信量,如USB、SPI或I2C。有的分析僅僅是出于調試目的,但有時則需要控制總線分析儀并發送信息至嵌入式系統。許多總線分析儀和通信工具都有友好的用戶接口,可以用來控制工具。他們通常還提供一種方法來開發腳本,也可以用來控制工具。Python是一種普遍支持的腳本語言,有時則是一些工具的接口,或是用來控制工具。

              作用# 2–自動化測試

              通過Python控制工具在嵌入式系統中發送和接收消息的能力,使得利用Python構建自動化測試(包括回歸測試)成為可能。Python腳本可以設置嵌入式系統進入不同的狀態,設置配置文件,并測試所有可能的干擾以及系統與外部環境的相互作用。使用Python開發自動化測試的好處是,回歸測試可以開發持續測試并訓練系統。任何的代碼變動導致的bug或不合格的結果都將被實時的檢測出來。

              作用# 3–數據分析

              通過Web簡單地搜索Python庫,你會發現,有許多免費強大的Python庫都可以用來開發應用程序。Python可以用來接收非常重要的嵌入式系統數據,然后存儲到數據庫或是本地進行分析。開發者還可以使用Python開發實時可視化功能來展現臨界參數,或是存儲這些參數用于后續分析。使用Python進行數據分析的優點之一是當基礎性工作完成之后,新功能的植入會顯得比較簡單。

              作用# 4–實時軟件

              Python已經證實了自己的強大性和易使用性,甚至發現它是作為一門編程語言進入實時嵌入式系統。是的,嵌入式軟件本身就是用Python寫的而不是C/C++。用于實時軟件最廣泛的Python版本是MicroPython,大多是設計在ARM Cortex-M3/4微控制器上運行。MicroPython并不孤立。Synapse和OpenMV公司在嵌入式系統中既使用MicroPython也使用他們自己的Python port。對MicroPython感興趣的讀者可能對DesignNews(EDN的姐妹機構)的繼續教育課程也感興趣。

              作用# 5–學習面向對象編程

              Python是一門免費的編程語言,可以跨多個平臺使用,對于學生和非編程人員而言比較簡單。該語言與C語言不同,它也是現代式的,并且可以在自由形態的腳本類型中結構化,或是作為一個復雜的面向對象的體系結構。Python本身也很靈活。甚至還有這種情景:沒有編程經驗的電氣工程師可以利用Python寫出有用的測試腳本或用最少的時間實施電板檢查。

              Python的學習曲線并不陡峭,熟悉Python學習曲線的開發人員發現,當你有了其它語言的基礎之后,學習Python比學習任意其他的編程語言都要簡單。出于這些原因,當開發人員看到Python扮演著編程孵化器角色,并吸收其它缺乏經驗的工程師對宜早不宜遲的設計周期做出貢獻時,不應該感到驚訝。

              什么?Python+FPGA!?

              夏宇聞老師幾個月前在微信上推薦了一個帖子,說的是有人用Digilent的PYNQ-Z1板卡實現了超強的加速性能。

              早年,關于FPGA的開發都是基于硬件描述語言,從開始的VHDL到現在更為流行的Verilog,軟件應用也從由最開始的匯編語言發展到現在的c/c++實現,這些都是目前為大多數FPGA開發者所熟悉的FPGA發展路程。上個月,IEEE收錄了一篇關于使用Python開發FPGA應用的論文。

              在美國納帕舉行的第25屆關于可編程計算機器領域IEEE國際討論會上,一篇名為“評估通過Python快速開發異構處理器FPGA應用性能”的短篇論文獲得了最佳短篇論文獎。這篇論文主要討論了Python開發FPGA應用的優勢和效率,論文中針對Digilent的PYNQ-Z1板卡(內部集成一個Xilinx Zynq SoC),通過支持Python編程和Jupyter Notebooks框架的PYNQ開發環境,應用Python對此板卡進行開發編程,并最終評估開發結果的優勢和效率。值得一提的是,發表這篇論文的作者都是業界大佬,包括高級計算機科學家AndrewG.Schmidt、計算機科學家Gabriel Weise以及來自美國南加州大學工程技術科學協會的研究室主任Matthew French。在論文中,Matthew French教授主要就利用PYNQ開發環境,應用Python語言對Xilinx Zynq器件進行編程應用開發時對FPGA器件的影響、性能結果以及瓶頸影響進行了評估。此外,各位教授就基于Python的開發結果與已經存在的基于C語言的開發及手動開發結果進行了比較分析。

              在論文中,各位教授還對PYNQ開發環境的優缺點進行了闡述:

              首先來說,PYNQ應用開發框架是一個開源的開發環境,提供了標準的可以約束芯片I/O引腳的“Overlay”比特流,同時,開發人員可以在此開發環境中,利用Python對FPGA進行快速編程開發。此外,PYNQ開發環境內部集成標準的編程范式,支持HDMI和視頻流的輸出輸出,同時具有兩組12pin的PMOD連接器和一個兼容Arduino的連接器(可以連接或配置為Arduino系列板卡)。其中,默認的overlay中實例化了多個可以驅動多I/O接口的微Blaze處理器核,也可以配置一些支持圖像濾波功能和試驗SIMT(單指令,多線程)編程軟邏輯GPU的overlay。同時,PYNQ也提供了支持比特流編程的API和可擴展的通用Python庫和包,并且可以通過存儲映射I/O(MMIO)直接尋址可編程邏輯單元,另外還支持DMA交易(不需要經過器件驅動和核模塊之間的不斷握手確認)。

              其次,就目前來說,PYNQ還不支持任何高級的綜合,也無法將Python應用直接移植到FPGA中。這就意味著,開發者依然原型必須使用FPGA來創建一個設計,即當PYNQ提供一個支持板卡IO接口的Overlay框架以時,任何用戶邏輯依然必須由開發者親自創建并綜合。不過,開發者仍然可以使用高級綜合工具或上面提到的Python-to-HDL工程來完成這個任務,但是最終,開發者依然需要基于此設計并創建一個整合了Python代碼比特流文件。

              也正是由于PYNQ存在這方面的缺陷,論文的作者并沒有簡單依賴現存的PYNQ API接口和overlay,他們開發出一個基于Redsharc項目的特定應用程序內核進行研究。

              結果如何呢?論文最后,作者對給出了Python開發Zynq應用的各項評估結果。結果中給出了通過c/c++實現這項研究的一般圖像處理管道性能,以及定制的硬件加速器和Python實現的性能結果(下圖所示),幫助我們更好地理解了Python + FPGA開發環境的性能和能。表中可以看出,結果十分明顯,通過PYNQ實現較c實現速度提高了30倍之多,更甚者,從結果中可以看出,當Python實現時有更加有效的可用庫時,比如OpenCV,其性能可以增長更多。



              Python軟件實現和FPGA性能潛力的結合是一個非常有意義的工作,將會開創出一個類似于樹莓派和Arduino的廣大的開發者社區。Python+FPGA是一個廣闊的未經勘察過的領域——一個全新的更加高效的開發空間——通過PYNQ開發環境將會吸引更多的系統開發者加入的領域。

              日前在賽靈思OPENHW2017創新大賽暨教師峰會上,北京理工大學嵩天副教授《Python編程語言和PYNQ在中國》的演講,科普了Python編程風靡全球的原因。

              Python編程語言舉例,只用了21行代碼就完成了一個圖像素描的處理,Python大大提升了開發效率。





              人工智能和機器學習走熱,讓 Python 從眾多編程語言中脫穎而出。






              還等什么呢?

              人生苦短,我用Python

              附11大編程語言薪資排行榜

              編程語言有很多,但并非每一種的需求或工資都相同。人工智能和機器學習走熱,讓 Python 從眾多編程語言中脫穎而出。下文將綜合各種信源,以不同編程語言在美國市場的相關薪資水平、人氣和前景,為你提供一些參考。

              薪資水平

              使用國外招聘網站 Indeed.com 將編程語言的薪資水平劃分為 9 檔:基于這個結果,Ruby/Ruby on Rails 看起來會讓你掙得最多,而 Python,C++,iOS 和 Java 也是體面的選擇。如果薪資是你的主要關注點,那么也許 C,PHP 和 SQL 不是最理想的選擇……



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