MicroPython：微控制器上的MicroPython

最新推荐文章于 2025-06-07 18:36:30 发布

原子星

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分类专栏： micropython 物联网开发文章标签： python 物联网嵌入式硬件

本文链接：https://blog.youkuaiyun.com/superatom01/article/details/135434293

MicroPython是为在微控制器上运行而设计的，受微控制器硬件资源的限制，传统计算机程序员对这部分可能不太熟悉，特别是RAM和非易失性存储器“磁盘”（闪存）容量的限制，本文提供了一些方法，可以充分利用这些有限的资源。由于MicroPython运行于各种架构，因此提供的方法是通用的：在某些情况下可能需要上从特定平台的文档中获取详细信息。

闪存

在Pyboard上，解决容量问题最简单的方法就是安装一个Micro SD卡，但在某些情况可能会不太现实，比如没有SD卡插槽、成本或功耗过高等原因，因此必须使用芯片上的闪存。固件和MicroPython子系统都存储在板载闪存，剩余的容量可供程序使用，由于闪存物理体系结构的原因，这部分剩余容量可能无法作为文件系统访问，在这种情况下，可以将用户模块和固件合并构建来利用这部分空间，构建后把固件刷到设备上。

有两种方法可以实现合并构建：冻结模块和冻结字节码。冻结模块把Python源代码与固件存在一起，冻结字节码使用交叉编译器将源代码转换为字节码，然后与固件一起存储。这两种情况都可以使用import引入模块。

import mymodule

生成的冻结模块和字节码与平台相关，构建固件的说明可以在源代码树相关部分的 README文件中找到。

生成的步骤如下：

克隆MicroPython仓库
获取固件构建（平台专用）工具链
交叉编译
将需要冻结的模块放到指定的目录（取决于模块是比冻结为源代码还是字节码）。
构建固件，可能需要一个特定的命令来构建两种类型的冻结代码。
将固件刷入设备。

内存（RAM）

在减少内存使用量时，需要考虑两个阶段：编译和执行。除了内存消耗外，还有一个被称为堆碎片的问题。一般来说，最好尽量减少重复创建和销毁对象。其原因将在有关堆的章节中阐述。

编译阶段

模块被导入后，MircoPython将源码编译为字节码，然后由MicroPython虚拟机(VM)执行。字节码存储在内存中，所以编译器自身占用部分内存，当编译完成后这部分内存就会被释放。

如果导入大量的模块，可能会出现内存不足导致无法编译的情况，此时导入语句将抛出内存异常。

模块在导入时实例化全局对象会占用内存，这可能会影响到编译器的后续操作。比较好的做法是在所有模块导入完成后再执行代码，这样能让编译器最大化使用内存。

如果编译所有模块时仍然内存不足，方案之一是可以通过预编译模块来应对。MicroPython有对Python模块交叉编译的能力（请参考mpy-cross目录下的README文件内容），编译后的字节码文件以.mpy为扩展名，可以将其复制到文件系统并以常规方式导入。另外，也可以把部分或全部模块作为冻结字节码来实现，因为字节码可以直接运行，所以在大多数平台会更节省内存。

执行阶段

下面是一些在执行阶段减少内存使用的技术：

常量

MicroPython提供了const关键字，可以这样用：

from micropython import const
ROWS = const(33)
_COLS = const(0x10)
a = ROWS
b = _COLS

针对这两种把常量赋值给变量的方式，编译器会通过替换常量的字面值来避免对常量名称进行编码查询，这可以节省字节码从而节省内存。不过，ROWS的值会至少占用两个机器字，在全局字典中键和值各占一个。这在字典中是必须得因为其他模块可能会引入并使用它。在名称前面加下划线可以节省内存，如：_COLS，该标识符在模块外不可见，因此不会占用内存。

const()的参数可以任意值或表达式，在编译时会被计算为常量，如：0x100、1<<8或(True, "string", b"bytes")，它甚至可以包含其他已定义的常量标识符，如：1 << BIT。

常量数据结构

如果常量数据很多并且平台支持从闪存执行，可以考虑下面的方式节省内存：把数据放在Python模块可以找到的地方并且已经冻结为字节码，数据必须被定义为bytes对象，编译器“知道”字节对象是不变的，并确保对象保留在闪存，而不是复制到内存，struct模块可以辅助完成bytes类型与Python其他内置类型的转换。

当考虑到冻结字节码的影响，注意在Python的字符串、浮点数、字节、整数、复数和元组不变。因此，他们将被冻结到闪存（对于元组，需要所有的元素不可变），在下面这行：