由于Python有強(qiáng)大的社區(qū)支持，且是一款比容易入門的腳本語(yǔ)言，因此一些非IT領(lǐng)域的人都選它作為入門語(yǔ)言。但是它不能進(jìn)行一些底層的操控，在硬件領(lǐng)域并不起眼。然而那都是若干年之前的事情了。隨著硬件性能的不斷提升，編程開發(fā)語(yǔ)言的優(yōu)劣開始變得不那么明顯。

如今在硬件圈同樣非常關(guān)注Python

如下是樹莓派的板子，樹莓派能干啥？

在這部分內(nèi)容開始之前，先帶大家回顧一段《生活大爆炸》里的情節(jié)。在第一季開播時(shí)，這部劇里就有非常炫酷的一幕——幾個(gè)室友湊在一起用電腦遠(yuǎn)程控制了家里的家居。提到的遠(yuǎn)程控制都是指自己控制自己的設(shè)備，而不是別人的，請(qǐng)注意千萬(wàn)不要非法操作。

樹莓派和Arduino應(yīng)用Python的的例子實(shí)在是多，比如，利用Raspberry Pi的硬件和Python語(yǔ)言來(lái)完成一個(gè)機(jī)器人制作。實(shí)際上如今，Python可以直接進(jìn)行單片機(jī)的開發(fā)了！

用Python語(yǔ)言開發(fā)STM32單片機(jī)

MicroPython基于ANSI C，語(yǔ)法跟Pyton 3基本一致，可以通過Python腳本語(yǔ)言開發(fā)單片機(jī)程序。它擁有自家的解析器、編譯器、虛擬機(jī)和類庫(kù)等。我們熟悉的ARM處理器，像STM32F405、STM32f407等上面可以直接運(yùn)行Python語(yǔ)言。用戶完全可以實(shí)現(xiàn)硬件底層的訪問和控制，LED流水燈、LCD顯示、電壓檢測(cè)、電機(jī)控制、SD卡訪問等都是輕松玩轉(zhuǎn)。

Python應(yīng)用在在實(shí)時(shí)嵌入式系統(tǒng)中

眾所周知，Python跑在Linux與Windows上都沒問題，諸如Raspberry Pi等單板計(jì)算機(jī)也不在話下。這么牛？在實(shí)時(shí)嵌入式系統(tǒng)中是否也有Python的一席之地？答案是肯定的。

Python在實(shí)時(shí)嵌入式系統(tǒng)開發(fā)中的主要應(yīng)用如下：

設(shè)備調(diào)試和控制

在嵌入式軟件開發(fā)過程中，開發(fā)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(diào)試目的，但有時(shí)則需要控制總線分析儀并發(fā)送信息至嵌入式系統(tǒng)。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(lái)控制工具。他們通常還提供一種方法來(lái)開發(fā)腳本，也可以用來(lái)控制工具。Python是一種普遍支持的腳本語(yǔ)言，有時(shí)則是一些工具的接口，或是用來(lái)控制工具。

自動(dòng)化測(cè)試

通過Python控制工具在嵌入式系統(tǒng)中發(fā)送和接收消息的能力，使得利用Python構(gòu)建自動(dòng)化測(cè)試（包括回歸測(cè)試）成為可能。Python腳本可以設(shè)置嵌入式系統(tǒng)進(jìn)入不同的狀態(tài)，設(shè)置配置文件，并測(cè)試所有可能的干擾以及系統(tǒng)與外部環(huán)境的相互作用。使用Python開發(fā)自動(dòng)化測(cè)試的好處是，回歸測(cè)試可以開發(fā)持續(xù)測(cè)試并訓(xùn)練系統(tǒng)。任何的代碼變動(dòng)導(dǎo)致的bug或不合格的結(jié)果都將被實(shí)時(shí)的檢測(cè)出來(lái)。

數(shù)據(jù)分析

通過Web簡(jiǎn)單地搜索Python庫(kù)，你會(huì)發(fā)現(xiàn)，有許多免費(fèi)強(qiáng)大的Python庫(kù)都可以用來(lái)開發(fā)應(yīng)用程序。Python可以用來(lái)接收非常重要的嵌入式系統(tǒng)數(shù)據(jù)，然后存儲(chǔ)到數(shù)據(jù)庫(kù)或是本地進(jìn)行分析。開發(fā)者還可以使用Python開發(fā)實(shí)時(shí)可視化功能來(lái)展現(xiàn)臨界參數(shù)，或是存儲(chǔ)這些參數(shù)用于后續(xù)分析。使用Python進(jìn)行數(shù)據(jù)分析的優(yōu)點(diǎn)之一是當(dāng)基礎(chǔ)性工作完成之后，新功能的植入會(huì)顯得比較簡(jiǎn)單。

實(shí)時(shí)軟件

Python已經(jīng)證實(shí)了自己的強(qiáng)大性和易使用性，甚至發(fā)現(xiàn)它是作為一門編程語(yǔ)言進(jìn)入實(shí)時(shí)嵌入式系統(tǒng)。是的，嵌入式軟件本身就是用Python寫的而不是C/C++。用于實(shí)時(shí)軟件最廣泛的Python版本是MicroPython，大多是設(shè)計(jì)在ARM Cortex-M3/4微控制器上運(yùn)行。MicroPython并不孤立。Synapse和OpenMV公司在嵌入式系統(tǒng)中既使用MicroPython也使用他們自己的Python port。對(duì)MicroPython感興趣的讀者可能對(duì)DesignNews（EDN的姐妹機(jī)構(gòu)）的繼續(xù)教育課程也感興趣。

學(xué)習(xí)面向?qū)ο缶幊?/p>

Python是一門免費(fèi)的編程語(yǔ)言，可以跨多個(gè)平臺(tái)使用，對(duì)于學(xué)生和非編程人員而言比較簡(jiǎn)單。該語(yǔ)言與C語(yǔ)言不同，它也是現(xiàn)代式的，并且可以在自由形態(tài)的腳本類型中結(jié)構(gòu)化，或是作為一個(gè)復(fù)雜的面向?qū)ο蟮捏w系結(jié)構(gòu)。Python本身也很靈活。甚至還有這種情景：沒有編程經(jīng)驗(yàn)的電氣工程師可以利用Python寫出有用的測(cè)試腳本或用最少的時(shí)間實(shí)施電板檢查。

Python的學(xué)習(xí)曲線并不陡峭，熟悉Python學(xué)習(xí)曲線的開發(fā)人員發(fā)現(xiàn)，當(dāng)你有了其它語(yǔ)言的基礎(chǔ)之后，學(xué)習(xí)Python比學(xué)習(xí)任意其他的編程語(yǔ)言都要簡(jiǎn)單。出于這些原因，當(dāng)開發(fā)人員看到Python扮演著編程孵化器角色，并吸收其它缺乏經(jīng)驗(yàn)的工程師對(duì)宜早不宜遲的設(shè)計(jì)周期做出貢獻(xiàn)時(shí)，不應(yīng)該感到驚訝。

Python+FPGA？

據(jù)說(shuō)是有人用Digilent的PYNQ-Z1板卡實(shí)現(xiàn)了超強(qiáng)的加速性能。

FPGA的開發(fā)都是基于硬件描述語(yǔ)言，從開始的VHDL到現(xiàn)在更為流行的Verilog，軟件應(yīng)用也從由最開始的匯編語(yǔ)言發(fā)展到現(xiàn)在的C/C++實(shí)現(xiàn)，這些都是目前為大多數(shù)FPGA開發(fā)者所熟悉的FPGA發(fā)展路程。

然而最近IEEE收錄了一篇關(guān)于使用Python開發(fā)FPGA應(yīng)用的論文。

各位教授就基于Python的開發(fā)結(jié)果與已經(jīng)存在的基于C語(yǔ)言的開發(fā)及手動(dòng)開發(fā)結(jié)果進(jìn)行了比較分析。在論文中，各位教授還對(duì)PYNQ開發(fā)環(huán)境的優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行了闡述：

首先來(lái)說(shuō)，PYNQ應(yīng)用開發(fā)框架是一個(gè)開源的開發(fā)環(huán)境，提供了標(biāo)準(zhǔn)的可以約束芯片I/O引腳的“Overlay”比特流，同時(shí)，開發(fā)人員可以在此開發(fā)環(huán)境中，利用Python對(duì)FPGA進(jìn)行快速編程開發(fā)。

通過C/C++實(shí)現(xiàn)這項(xiàng)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(shí)現(xiàn)的性能結(jié)果，幫助我們更好地理解了Python + FPGA開發(fā)環(huán)境的性能和能。結(jié)果，通過PYNQ實(shí)現(xiàn)較c實(shí)現(xiàn)速度提高了30倍之多，當(dāng)Python實(shí)現(xiàn)時(shí)有更加有效的可用庫(kù)時(shí)，比如OpenCV，其性能可以增長(zhǎng)更多。

Python軟件實(shí)現(xiàn)和FPGA性能潛力的結(jié)合是一個(gè)非常有意義的工作，將會(huì)開創(chuàng)出一個(gè)類似于樹莓派和Arduino的廣大的開發(fā)者社區(qū)。