MicroPython 开发ESP32应用教程 之 线程介绍及实例分析

MicroPython ESP32 线程(Thread)基础

MicroPython 在 ESP32 上支持线程(Thread)功能,通过 _thread 模块实现。线程允许程序并发执行多个任务,适合处理需要同时运行的场景,例如传感器数据采集和网络通信。

线程模块导入与基本方法

_thread 模块提供线程管理的核心功能。需注意 MicroPython 的线程实现可能因硬件和固件版本不同而有所差异。

import _thread
import time

def thread_function(name):
    for i in range(5):
        print("Thread {}: Count {}".format(name, i))
        time.sleep(1)

_thread.start_new_thread(thread_function, ("Thread-1",))

运行结果:

Thread Thread-1: Count 0
Thread Thread-1: Count 1
Thread Thread-1: Count 2
Thread Thread-1: Count 3
Thread Thread-1: Count 4

 

线程同步与锁机制

多线程操作共享资源时需使用锁(Lock)避免竞争条件。_thread 模块提供简单的锁实现。

lock = _thread.allocate_lock()
shared_data = 0

def safe_increment():
    global shared_data
    with lock:
        shared_data += 1
        print("Shared data:", shared_data)

_thread.start_new_thread(safe_increment, ())

运行结果:Shared data: 1

ESP32 线程实例分析

以下实例展示如何在 ESP32 上使用线程处理传感器数据上传和 LED 控制:

import _thread
import time
from machine import Pin

led = Pin(2, Pin.OUT)  # ESP32 板载 LED
data_lock = _thread.allocate_lock()
sensor_data = []

def sensor_thread():
    while True:
        simulated_data = time.ticks_ms()  # 模拟传感器数据
        with data_lock:
            sensor_data.append(simulated_data)
        time.sleep(0.5)

def network_thread():
    while True:
        with data_lock:
            if sensor_data:
                print("Uploading data:", sensor_data.pop(0))
        time.sleep(1)

def led_thread():
    while True:
        led.value(not led.value())
        time.sleep(0.2)

_thread.start_new_thread(sensor_thread, ())
_thread.start_new_thread(network_thread, ())
_thread.start_new_thread(led_thread, ())

线程注意事项

ESP32 的 MicroPython 线程存在以下限制:

  • 线程数量受内存限制
  • 全局解释器锁(GIL)可能导致并非真正的并行
  • 异常处理需谨慎,未捕获的异常可能导致线程崩溃

以下代码展示如何增强线程健壮性:

def robust_thread():
    try:
        while True:
            # 线程主要逻辑
            time.sleep(1)
    except Exception as e:
        print("Thread error:", e)
    finally:
        print("Thread exiting")

_thread.start_new_thread(robust_thread, ())

线程优先级与调度

MicroPython 的线程调度通常是抢占式的,但具体行为取决于底层实现。开发者无法直接设置线程优先级,需通过延时控制来协调线程执行。

import _thread
import time


def high_freq_task(name,interval):
    while True:
        # 高频任务
        print(name)
        time.sleep(interval)

def low_freq_task(name,interval):
    while True:
        print(name)
        time.sleep(interval)

_thread.start_new_thread(high_freq_task, ("High_Freq_Thread",1))
_thread.start_new_thread(low_freq_task, ("Low_Freq_Thread",5))


运行结果:
High_Freq_Thread
High_Freq_Thread
High_Freq_Thread
High_Freq_Thread
Low_Freq_Thread
High_Freq_Thread
High_Freq_Thread
High_Freq_Thread
High_Freq_Thread
High_Freq_Thread
Low_Freq_Thread

参数说明:从上面例程及运行结果,我们很容易知道,第一个参数是线程名称,后面的参数就比较灵活,甚至可以不需要任何参数。

 实例分析

下面代码是我们真实项目中的部分代码:

import _thread as thread

lock = thread.allocate_lock()


def configwifi_task(name):
    if wlan.ssid and wlan.password:
        with lock:
            wlansts = wlan.check_wifi()
        if not wlansts :
            with lock:
                tft.showstring("正在连接到 " + wlan.ssid,Chat_X_Posi,Chat_Hint_Y_Posi,color(0,0xff,0))
            try:
                with lock:
                    wlan.wlan.connect(wlan.ssid,wlan.password)
                max_wait = 10
                while max_wait > 0:
                    with lock:
                        wlansts = wlan.check_wifi()
                    if wlansts:
                        break
                    max_wait -= 1
                    text = "等待连接……" + "{:02d}".format(max_wait)
                    tft.showstring(text,Chat_X_Posi,Chat_Hint_Y_Posi + 20,color(0,0xff,0))
#                    print(text)
                    time.sleep(1)
                with lock:
                    wlansts = wlan.check_wifi()
                    tft.fill(color(0,0,0))
                    tft.battery_status(H_Pixel - 20,0,20,12,percent)
                    tft.show()
                    
                if not wlansts:
                    tft.showstring("连接失败",Chat_X_Posi,Chat_Hint_Y_Posi,color(0,0xff,0))
            except Exception as e:
#                print(e)
                tft.showstring("连接失败",Chat_X_Posi,Chat_Hint_Y_Posi,color(0,0xff,0))


    thread.start_new_thread(configwifi_task,("wificonnect",))   

 先简单说明一下,启动这个线程的原因。我们的项目需要用到WIFI,开始的时候,我们程序启动后直接连接WIFI,但很快发现,WIFI连接有时需要较长时间,甚至有时会接连失败,这就导致我们需要等待较长时间,才能进行后续的操作,所以我们建立了一个专门用于连接WIFI的线程。

之所以把这个线程拿出来作实例讲解,是因为我们刚开始的时候犯了个大错,我们没有添加线程锁机制,导致程序崩溃,启动直接崩溃,最要命的是,我们做这个之前没有备份,差不多3天修改添加的代码全在板上,电脑上最新的代码是3天前的。所以特意拿这部分代码出来做实例,提醒大家线程锁机制的重要性。

启用线程时,多个线程中都有访问的硬件资源一定要添加锁机制。

该线程本身的功能非常简单,就是连接WIFI,并等待10秒,连接成功则立即结束线程,否则提示连接失败结束线程。

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