MicroPython 内核开发由于本教程内容主要聚焦于应用 MicroPython 编写传感器模块驱动程序和简单程序开发以及如何使用树莓派 Pico 入门 MCU 编程因此对本节内容仅作简单概述。首先我们需要了解基本名词源码就是 MicroPython 本身的程序代码用 C 语言和 Python 写的我们要先拿到这些代码才能后续研究和修改构建环境你电脑上需要安装的“工具套装”用来把源码“翻译成”硬件能直接运行的程序也就是“固件”编译器把你写的 Python 代码转换成一种“中间代码”字节码的工具硬件上的 MicroPython 解释器能直接读懂字节码内存管理MicroPython 在硬件上运行时如何“管理内存空间”比如存储变量、程序数据避免内存浪费或溢出C 扩展用 C 语言给 MicroPython 新增功能因为 C 语言运行快、更贴近硬件比如新增一个控制特定传感器的功能模块移植把 MicroPython“适配”到新的硬件上比如一款新的单片机让这款硬件也能运行 MicroPython。关于 MicroPython 内核开发具体内容可以参考https://docs.micropython.org/en/latest/develop/index.html。图 2.20 MicroPython 内部开发指南结构说明图图 2.20 MicroPython 内部开发指南结构说明图MicroPython Internals 这章是为想从入门到能动手贡献代码的开发者准备的实操型教程。它从最基础的源码获取、构建环境搭建讲起逐步带你理解编译器如何把 Python 代码变成字节码、运行时如何管理对象和内存以及如何用 C 写扩展模块或把 MicroPython 移植到新的硬件平台。主要包括以下内容入门Getting Started使用 git 获取源码git 是管理代码的工具就像“代码版百度云”能方便获取和更新源码列出依赖项与构建工具如何构建 cross-compilermpy-crossmpy-cross跨编译器能在你的电脑上为其他设备比如单片机生成可运行的代码以及在不同目标的端口Unix、Windows、STM32不同“端口”就是不同的适配平台上编译固件。还包括如何生成文档、运行测试套件验证修改后的代码是否正常工作、额外的 make 目标make 是自动化构建工具“目标”就是要完成的具体任务、以及本地使用 CI 脚本ci.sh自动检查代码是否符合规范的脚本。提供工程目录/文件结构告诉你源码文件夹里每个文件、文件夹的作用说明和如何编写测试的指南。编译器The Compiler涵盖从词法token把 Python 代码拆成最小的“语法单位”比如关键词、变量名、语法grammarPython 代码的书写规则到解析parsing检查代码是否符合语法规则生成语法树以及编译流程的各个阶段。说明编译器的多轮传递first/second/third/fourth passes编译器处理代码的多步流程逐步优化并生成字节码、如何发出字节码生成中间代码与可选的本地代码生成直接生成硬件能运行的机器码运行更快也讲如何新增语法规则或词法 token便于扩展 Python 语法或实现新的语言特性比如给 Python 加一个新的关键词。内存管理与对象模型Memory Management说明 MicroPython 的对象模型MicroPython 里的一切比如变量、列表、函数本质都是“对象”这里讲这些对象的底层结构、对象的分配策略与内存分配细节如何给对象分配内存空间介绍字符串驻留string interning / QSTR机制一种优化内存的方式把常用的字符串“缓存”起来避免重复存储既有编译时生成也有运行时生成的方式还讨论映射/字典的实现细节开放寻址、线性探测等字典是 Python 里的键值对结构这里讲 MicroPython 如何高效实现字典。模块与 C 扩展Implementing a Module / C API如何实现核心模块core moduleMicroPython 自带的基础模块比如 math以及一般模块的步骤。公共 C API 的使用方法C 语言的接口供你用 C 语言写代码扩展 MicroPython、如何在 C 中扩展 MicroPython、外部 C 模块的结构与示例。讨论把 native machine code 本地机器码硬件能直接运行的代码放进.mpy文件的机制、支持的特性与限制包括如何定义、编译和在 MicroPython 中调用 native/c 模块涵盖在构建模块时使用 Picolibc 的方法与更多示例Picolibc 是一款适合嵌入式设备的轻量级 C 语言库。优化与特殊功能冻结字节码frozen bytecode等优化手段把常用的 Python 模块直接打包进固件不用每次运行都重新加载减少内存占用并加速启动代码或运行时的其它优化策略也会在这一部分覆盖。移植Porting MicroPython从最小可运行的固件开始说明如何针对新平台构建 MicroPython port适配新硬件的过程包含 stdin/stdout 的支持等stdin/stdout 就是标准输入输出比如通过串口接收和发送数据提供配置说明、构建与运行步骤以及如何把模块加入到目标端口中让新硬件能使用新增的功能模块