MicroPython应用基础-准备MicroPython开发板

MicroPython应用基础-准备基于MM32F5的MicroPython开发板

引言

本文主要面向2023年全国大学生物联网设计竞赛安谋科技命题，使用星辰处理器的灵动MM32F5微控制器开发板ICAR-F5270，基于MicroPython开发应用系统。这里讲述的操作方法，也适用于灵动早年发布的使用Arm Cortex-M3微控制器的MM32F3微控制器开发板，以及各种使用MM32F3和MM32F5微控制器设计的开发板。

硬件

除了具有足够Flash和SRAM的微控制器之外，运行MicroPython的电路板上最好有一个存储介质，用于加载文件系统，进一步通过文件系统保存Python脚本，能够让电路板上电之后自动运行。笔者最早使用SD卡作为文件系统的载体，但后来在适配MM32F5微控制器的MicroPython项目中启用了基于spiflash的LFS文件系统后，就转而使用spiflash作为文件系统的载体。相对于使用SD卡，使用spiflash的总体成本更加便宜，而且节约电路板的面积，并且不用担心不小心丢掉SD卡这个小零件。当然，能够摆脱使用SD卡转而使用spiflash存储芯片的一个更重要的原因，是笔者调通了Thonny IDE同MicroPython联动，可以通过REPL向MicroPython的文件系统里存Python文件，否则不得不每次把SD卡拔下来通过SD卡读卡器接到PC上，存好Python脚本文件后再插回电路板。

图x Smart-F5270开发板即周边配套电路板

参考文献：

• MM32F5277E9P核心板原理图：https://download.csdn.net/download/suyong_yq/87825895
• MM32F5277E9P扩展板原理图：https://download.csdn.net/download/suyong_yq/87825898
• spiflash存储模块的pcb项目资料（包含原理图、生产PCB的gerber文件，以及KiCAD工程文件）：https://download.csdn.net/download/suyong_yq/87825903

软件

搭建MicroPython编译环境

基于Windows操作系统搭建MicroPython开发环境：

• 安装Git，从线上的代码仓库中获取MicroPython项目的源码。
• 安装msys2，GNU工具集的运行环境，在Windows操作系统上模拟MicroPython原生的Linux编译环境。
  • 在msys2中安装make，使用Makefile管理MicroPython工程。
  • 在msys2中安装Python，运行编译MicroPython过程中自动提取QSTR的脚本。
  • 在msys2中安装gcc，在MicroPython项目中编译生成运行在PC平台的mpy-cross工具，进而可将部分Python脚本文件编译成微控制器平台上运行MicroPython可以执行的字节码，最终可打包进入将要下载到微控制器中的MicroPython固件中去。
• 安装arm-eabi-none-gcc并导入msys2，用于编译MicroPython项目中的C源码并生成MicroPython固件。
• 安装Keil MDK和MM32F5微控制器的Keil设备支持包，用于将编译创建的MicroPython固件下载到MM32F5微控制器中。
• 安装Tera Term，一个常用的开源串口终端软件，用于同运行MicroPython固件的微控制器开发板进行交互，输入Python脚本并查看运行结果。

参考文献：

• 《基于Windows系统搭建micropython原生开发环境》，https://blog.csdn.net/suyong_yq/article/details/112797556
• 《手工打造基于MM32F5微控制器的MicroPython开发板》，https://blog.csdn.net/suyong_yq/article/details/125905933

获取MicroPython源码

获取在MM32F5微控制器上适配MicroPython的源码工程：

• https://gitee.com/suyong_yq/micropython-su

其中，在micropython-su/micropython-1.16/ports/mm32f5-lfs-spiflash目录下，包含了基于MM32F5微控制器的使用spiflash挂载LFS文件系统的适配工程。如图x所示。

图x MicroPython项目中的mm32f5-lfs-spiflash工程

编译MicroPython源码生成固件

下载MicroPython的代码仓库后，在msys2环境中，切换当前目录到micropython-su/micropython-1.16/mpy-cross目录下，执行make命令，编译得到PC主机平台上运行的MicroPython交叉编译器，mpy-cross。

Andrew@Andrew-PC MSYS /d/gitrepos/micropython-su/micropython-1.16/mpy-cross
# make
Use make V=1 or set BUILD_VERBOSE in your environment to increase build verbosity.
GEN build/genhdr/mpversion.h
CC main.c
LINK mpy-cross
   text    data     bss     dec     hex filename
 306417    3784     416  310617   4bd59 mpy-cross

然后再切换到micropython-su/micropython-1.16/ports/mm32f5-lfs-spiflash目录下，运行make BOARD=icar-f5270命令，编译创建基于MM32F5微控制器的ICAR-F5270开发板适用的MicroPython固件。

Andrew@Andrew-PC MSYS /d/gitrepos/micropython-su/micropython-1.16/ports/mm32f5-lfs-spiflash
# make BOARD=icar-f5270
Use make V=1 or set BUILD_VERBOSE in your environment to increase build verbosity.
mkdir -p build-icar-f5270/genhdr
GEN build-icar-f5270/genhdr/mpversion.h
GEN build-icar-f5270/genhdr/moduledefs.h
...
CC ../../lib/libm/wf_lgamma.c
CC ../../lib/libm/wf_tgamma.c
CC ../../lib/libm/ef_sqrt.c
CC ../../drivers/bus/softspi.c
AS ../../lib/utils/gchelper_m3.s
CC ../../lib/mm32mcu/mm32f5270/devices/mm32f5277e/startup_mm32f5277e.S
LINK build-icar-f5270/firmware.elf
   text    data     bss     dec     hex filename
 169492     976   10424  180892   2c29c build-icar-f5270/firmware.elf

下载MicroPython固件到电路板

比较稳妥的做法，借用Keil MDK，通过DAP-Link向MM32F5微控制器下载编译好的firmware.hex文件。

在Keil工程的配置选项对话框的Debug页面中，指定使用CMSIS-DAP调试器。在Output页面中，使用Select Folder for Objects ...指定将要下载文件的路径位于新创建的build-icar-f5270目录下。如图x所示。

图x 借用Keil下载MicroPython固件到芯片

参考文献：

• 《使用DAP-Link单独下载可执行文件到MM32F5微控制器》，https://blog.csdn.net/suyong_yq/article/details/125041701

运行第一个样例工程

启动串口终端软件，识别到DAP-Link虚拟出来的UART串口，配置串口通信波特率115200，无校验、8位数据、1位停止位，连上UART。

复位MM32F5电路板，运行MicroPython固件的程序。此时，用户可以在串口终端软件的界面中看到MicroPython启动运行的提示信息，然后可以试着在串口终端软件的界面中试着输入一些Python语句，运行程序。如图x所示。

图x 试用MicroPython的REPL

参考文献：

• 《手工打造基于MM32F5微控制器的MicroPython开发板》，https://blog.csdn.net/suyong_yq/article/details/125905933