{"id":774,"date":"2021-04-08T14:26:05","date_gmt":"2021-04-08T14:26:05","guid":{"rendered":"https:\/\/picockpit.com\/raspberry-pi\/?p=774"},"modified":"2023-11-23T02:13:08","modified_gmt":"2023-11-23T02:13:08","slug":"c-extension-for-micropython-on-raspberry-pi-pico","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/picockpit.com\/raspberry-pi\/de\/c-erweiterung-fur-micropyth-auf-raspberry-pi-pico\/","title":{"rendered":"C-Erweiterung f\u00fcr MicroPython auf Raspberry Pi Pico"},"content":{"rendered":"

Dies ist eine Anleitung, wie man eine einfache C-Erweiterung f\u00fcr MicroPython auf dem Raspberry Pi Pico schreibt und ausf\u00fchrt. Ich werde die Gr\u00fcnde f\u00fcr die Erweiterung von MicroPython behandeln, wie man das Erweiterungsmodul schreibt, wie man es kompiliert und wie man es auf dem Pico installiert. Wenn Sie mehr \u00fcber dieses Thema lesen m\u00f6chten, lesen Sie bitte https:\/\/docs.micropython.org\/en\/latest\/develop\/extendingmicropython.html<\/a><\/p>\n\n\n\n

Einf\u00fchrung<\/h2>\n

Warum MicroPython erweitern?<\/h3>\n

Es kann mehrere Gr\u00fcnde geben, warum Sie MicroPython erweitern m\u00f6chten. Da es sich um eine abgespeckte Version von Python handelt, ist MicroPython nicht sehr leistungsf\u00e4hig, wenn es um rechenintensive Aufgaben geht (\u00e4hnlich wie Python). C hingegen ist f\u00fcr solche Aufgaben sehr gut geeignet. Eine C-Erweiterung f\u00fcr Micropython erm\u00f6glicht es Ihnen, diese Berechnungen in C durchzuf\u00fchren und die Ergebnisse in MicroPython zu verwenden. Dies kann einige Prozesse um Gr\u00f6\u00dfenordnungen beschleunigen.<\/p>\n

Ein zweiter Grund k\u00f6nnte sein, dass Sie Hardware, die eine C-API verwendet, von MicroPython aus ansprechen wollen. <\/p>\n

Arten von MicroPython C-Erweiterungen<\/h3>\n

Es gibt zwei verschiedene M\u00f6glichkeiten, MicroPython zu erweitern: externe C-Module und nativer Maschinencode in .mpy-Dateien.<\/p>\n

Um ein externes C-Modul auszuf\u00fchren, m\u00fcssen Sie es in die MicroPython-Firmware rekompilieren. Dies ist ein ziemlich komplizierter Prozess, weshalb sich dieser Leitfaden auf die zweite Alternative konzentriert. Wenn Sie jedoch an diesem Ansatz interessiert sind, k\u00f6nnen Sie auf diesen Webseiten mehr dar\u00fcber lesen:                https:\/\/docs.micropython.org\/en\/latest\/develop\/cmodules.html<\/a>                      https:\/\/www.raspberrypi.org\/forums\/viewtopic.php?t=300352<\/a><\/p>\n

Die .mpy ist eine Datei, die kompilierten nativen Maschinencode enth\u00e4lt und dynamisch gelinkt werden kann. Das macht es viel flexibler, da Sie nicht die gesamte MicroPython-Firmware neu kompilieren m\u00fcssen.<\/p>\n\n\n\n

Schreiben Sie das Erweiterungsmodul<\/h2>\n\n\n\n

Das Schreiben des Erweiterungsmoduls ist der einfachste Teil der Erweiterung von MicroPython. Ich werde Ihnen anhand eines einfachen Beispiels zeigen, wie es geht. Zu Beginn erstellen wir ein neues Verzeichnis namens factfib<\/em>. \u00d6ffnen Sie ein neues Terminalfenster, wechseln Sie in das neue Verzeichnis und erstellen Sie eine neue Datei namens factfib.c<\/em>. Wenn Sie das Verzeichnis auf einem Raspberry Pi unter Dekstop erstellt haben, sieht der Befehl wie folgt aus.<\/p>\n\n\n\n

<\/circle><\/circle><\/circle><\/g><\/svg><\/span><\/path><\/path><\/svg><\/span>
cd<\/span> <\/span>~\/<\/span>Desktop<\/span>\/<\/span>factfib<\/span><\/span>\n<\/span>\ntouch<\/span> <\/span>factfib<\/span>.<\/span>c<\/span><\/span><\/code><\/pre><\/div>\n\n\n\n
\u00d6ffnen Sie factfib.c<\/em><\/span> in Ihrem bevorzugten Texteditor und geben Sie den folgenden Code ein:<\/span><\/span><\/span><\/p>\n\n\n\n
<\/circle><\/circle><\/circle><\/g><\/svg><\/span><\/path><\/path><\/svg><\/span>
#<\/span>include<\/span> <\/span>"<\/span>py\/dynruntime.<\/span>h<\/span><\/span>\n<\/span>\nSTATIC<\/span> <\/span>mp_int_t<\/span> <\/span>factorial_helper<\/span>(<\/span>mp_int_t<\/span> <\/span>x<\/span>) <\/span>{<\/span><\/span>\n   <\/span>if<\/span> (<\/span>x<\/span> <\/span><<\/span> <\/span>1<\/span>) <\/span>{<\/span><\/span>\n      <\/span>return<\/span> <\/span>1<\/span>;<\/span><\/span>\n   <\/span>}<\/span><\/span>\n   <\/span>return<\/span> <\/span>x<\/span>*<\/span>factorial_helper<\/span>(<\/span>x<\/span>-<\/span>1<\/span>)<\/span>;<\/span><\/span>\n}<\/span><\/span>\n<\/span>\nSTATIC<\/span> <\/span>mp_obj_t<\/span> <\/span>factorial<\/span>(<\/span>mp_obj_t<\/span> <\/span>x_obj<\/span>) <\/span>{<\/span><\/span>\n   <\/span>mp_int_t<\/span> <\/span>x<\/span> <\/span>=<\/span> <\/span>mp_obj_get_int<\/span>(<\/span>x_obj<\/span>)<\/span>;<\/span><\/span>\n   <\/span>mp_int_t<\/span> <\/span>rslt<\/span> <\/span>=<\/span> <\/span>factorial_helper<\/span>(<\/span>x<\/span>)<\/span>;<\/span><\/span>\n   <\/span>return<\/span> <\/span>rslt<\/span>;<\/span><\/span>\n}<\/span><\/span>\n<\/span>\nSTATIC<\/span> <\/span>MP_DEFINE_CONST_FUN_OBJ_1<\/span>(<\/span>factorial_obj<\/span>,<\/span> <\/span>factorial<\/span>)<\/span>;<\/span><\/span>\n<\/span>\nSTATIC<\/span> <\/span>mp_int_t<\/span> <\/span>fibonacci_helper<\/span>(<\/span>mp_int_t<\/span> <\/span>x<\/span>) <\/span>{<\/span><\/span>\n   <\/span>if<\/span> (<\/span>x<\/span> <\/span><=<\/span> <\/span>0<\/span>) <\/span>{<\/span><\/span>\n      <\/span>return<\/span> <\/span>0<\/span>;<\/span><\/span>\n   <\/span>}<\/span><\/span>\n   <\/span>else<\/span> <\/span>if<\/span> (<\/span>x<\/span> <\/span>==<\/span> <\/span>1<\/span>) <\/span>{<\/span><\/span>\n      <\/span>return<\/span> <\/span>1<\/span>;<\/span><\/span>\n   <\/span>}<\/span><\/span>\n   <\/span>else<\/span> <\/span>{<\/span><\/span>\n      <\/span>return<\/span> (<\/span>fibonacci_helper<\/span>(<\/span>x<\/span>-<\/span>1<\/span>) <\/span>+<\/span> <\/span>fibonacci_helper<\/span>(<\/span>x<\/span>-<\/span>2<\/span>))<\/span>;<\/span><\/span>\n   <\/span>}<\/span><\/span>\n}<\/span><\/span>\n<\/span>\nSTATIC<\/span> <\/span>mp_obj_t<\/span> <\/span>fibonacci<\/span>(<\/span>mp_obj_t<\/span> <\/span>x_obj<\/span>) <\/span>{<\/span><\/span>\n   <\/span>mp_int_t<\/span> <\/span>x<\/span> <\/span>=<\/span> <\/span>mp_obj_get_int<\/span>(<\/span>x_obj<\/span>)<\/span>;<\/span><\/span>\n   <\/span>mp_int_t<\/span> <\/span>rslt<\/span> <\/span>=<\/span> <\/span>fibonacci_helper<\/span>(<\/span>x<\/span>)<\/span>;<\/span><\/span>\n   <\/span>return<\/span> <\/span>mp_obj_new_int<\/span>(<\/span>rslt<\/span>)<\/span>;<\/span><\/span>\n}<\/span><\/span>\n<\/span>\nSTATIC<\/span> <\/span>MP_DEFINE_CONST_FUN_OBJ_1<\/span>(<\/span>fibonacci_obj<\/span>,<\/span> <\/span>fibonacci<\/span>)<\/span>;<\/span><\/span>\n<\/span>\nmp_obj_t<\/span> <\/span>mpy_init<\/span>(<\/span>mp_obj_fun_bc_t<\/span> <\/span>*<\/span>self<\/span>,<\/span> <\/span>size_t<\/span> <\/span>n_args<\/span>,<\/span> <\/span>size_t<\/span> <\/span>n_kw<\/span>,<\/span> <\/span>mp_obj_t<\/span> <\/span>*<\/span>args<\/span>) <\/span>{<\/span><\/span>\n   <\/span>MP_DYNRUNTIME_INIT_ENTRY<\/span><\/span>\n<\/span>\n   <\/span>mp_store_global<\/span>(<\/span>MP_QSTR_factorial<\/span>,<\/span> <\/span>MP_OBJ_FROM_PTR<\/span>(<\/span>&<\/span>factorial_obj<\/span>))<\/span>;<\/span><\/span>\n   <\/span>mp_store_global<\/span>(<\/span>MP_QSTR_fibonacci<\/span>,<\/span> <\/span>MP_OBJ_FROM_PTR<\/span>(<\/span>&<\/span>fibonacci_obj<\/span>))<\/span>;<\/span><\/span>\n<\/span>\n   <\/span>MP_DYNRUNTIME_INIT_EXIT<\/span><\/span>\n}<\/span><\/span><\/code><\/pre><\/div>\n\n\n\n
Lassen Sie mich den obigen Code erkl\u00e4ren: In MicroPython und Python ist jede Variable ein Objekt. Daher stellen wir sie in C als mp_obj_t<\/em>. Aber ein C-Programm kann nur mit Variablen vom Typ C arbeiten, weshalb wir das Objekt in einen C-Typ umwandeln m\u00fcssen. Dies wird Marshalling genannt und MicroPython bietet Funktionen, um jeden C-Typ aus einem Objekt zu extrahieren.<\/p>\n\n\n\n
Bauen Sie die Erweiterung<\/h2>\n\n\n\n
Wir bauen die Erweiterung mit Hilfe eines Makefiles in eine .mpy-Datei ein. Aber wir m\u00fcssen zuerst ein paar Dinge einrichten. Stellen Sie sicher, dass Ihr Terminal noch im factfib<\/em> Verzeichnis. Klonen Sie dann das MicroPython-GitHub-Repository.<\/p>\n\n\n\n
<\/circle><\/circle><\/circle><\/g><\/svg><\/span><\/path><\/path><\/svg><\/span>
sudo<\/span> <\/span>apt<\/span>-<\/span>get<\/span> <\/span>install<\/span> <\/span>build<\/span>-<\/span>essential<\/span> <\/span>libreadline<\/span>-<\/span>dev<\/span> <\/span>libffi<\/span>-<\/span>dev<\/span> <\/span>git<\/span> <\/span>pkg<\/span>-<\/span>config<\/span> <\/span>gcc<\/span>-<\/span>arm<\/span>-<\/span>none<\/span>-<\/span>eabi<\/span> <\/span>libnewlib<\/span>-<\/span>arm<\/span>-<\/span>none<\/span>-<\/span>eabi<\/span><\/span>\n<\/span>\ngit<\/span> <\/span>clone<\/span> <\/span>--<\/span>recurse<\/span>-<\/span>submodules<\/span>\u00a0https<\/span>:<\/span>\/\/github.com\/micropython\/micropython.git<\/span><\/span>\n<\/span>\npip3<\/span>\u00a0<\/span>install<\/span>\u00a0<\/span>'<\/span>pyelftools>=0.25<\/span>'<\/span><\/span><\/code><\/pre><\/div>\n\n\n\n
Diese Installationen werden eine Weile dauern. Wenn Sie Zeit sparen wollen und wissen, was Sie tun, m\u00fcssen Sie nur die Verzeichnisse \/py und \/tools aus dem Micropython-Repository klonen und sie in ein Mikropython<\/em> Ordner innerhalb des factfib<\/em> Ordner (\u00fcberspringen Sie den zweiten Befehl).<\/p>\n\n\n\n
W\u00e4hrend die Installation l\u00e4uft, k\u00f6nnen wir die Zeit nutzen, um das Makefile zu schreiben. F\u00fchren Sie einfach<\/p>\n\n\n\n
<\/circle><\/circle><\/circle><\/g><\/svg><\/span><\/path><\/path><\/svg><\/span>
touch<\/span> <\/span>Makefile<\/span><\/span><\/code><\/pre><\/div>\n\n\n\n
und \u00f6ffnen Sie die neu erstellte Datei in einem Texteditor.<\/p>\n\n\n\n
<\/circle><\/circle><\/circle><\/g><\/svg><\/span><\/path><\/path><\/svg><\/span>
MPY_DIR<\/span> <\/span>=<\/span> <\/span>micropython<\/span><\/span>\n<\/span>\nMOD<\/span> <\/span>=<\/span> <\/span>factfib<\/span><\/span>\n<\/span>\nSRC<\/span> <\/span>=<\/span> <\/span>factfib<\/span>.<\/span>c<\/span><\/span>\n<\/span>\nARCH<\/span> <\/span>=<\/span> <\/span>armv7m<\/span><\/span>\n<\/span>\ninclude<\/span> <\/span>$<\/span>(<\/span>MPY_DIR<\/span>)<\/span>\/<\/span>py<\/span>\/<\/span>dynruntime<\/span>.<\/span>mk<\/span><\/span><\/code><\/pre><\/div>\n\n\n\n
Sie haben vielleicht bemerkt, dass wir die Option ARCH <\/em>Variable zu armv7m<\/em> obwohl der Pico armv6m<\/em>. Wir m\u00fcssen dies tun, weil die armv6m<\/em> Architektur wird (zum Zeitpunkt, an dem ich diesen Artikel schreibe) nicht von der dynruntime.mk<\/em> Werkzeug.<\/p>\n\n\n\n
Aber zum Gl\u00fcck k\u00f6nnen wir immer noch eine funktionierende Erweiterung f\u00fcr den Pico kompilieren. Wir m\u00fcssen nur die dynruntime.mk <\/em>Datei, die sich unter micropython\/py\/dynruntime.mk. <\/em>\u00d6ffnen Sie es und suchen Sie unter Architecture configuration in armv7m die Variable CFLAGS (sollte Zeile 64 sein). \u00c4ndern Sie -mcpu=cortex-m3<\/em> zu -mcpu=cortex-m0<\/em> und speichern Sie die Datei.<\/p>\n\n\n
\n
\"chnge<\/figure>\n<\/div>\n\n\n
Nachdem alles installiert ist, f\u00fchren Sie<\/p>\n\n\n\n
<\/circle><\/circle><\/circle><\/g><\/svg><\/span><\/path><\/path><\/svg><\/span>
make<\/span><\/span><\/code><\/pre><\/div>\n\n\n\n
und die factfib.mpy<\/em> Datei erstellt werden.<\/p>\n\n\n\n
Installieren und testen Sie die Erweiterung<\/h2>\n\n\n\n
Der letzte Schritt ist das Installieren und Testen. Hierf\u00fcr nutzen wir das Dateisystem, das Micropython auf dem Raspberry Pi Pico erstellt. Zuerst m\u00fcssen wir den Pico mit der MicroPython-Firmware flashen. Der einfachste Weg, dies zu tun, ist die Verwendung der Thonny IDE (vorinstalliert auf Raspbian\/Raspberry Pi OS).<\/p>\n\n\n\n
Wenn Sie keinen Raspberry Pi zum Programmieren Ihres Pico verwenden oder wenn Sie MicroPython noch nie auf dem Pico verwendet haben, lesen Sie bitte die Anleitung \"Erste Schritte mit MicroPython\" von Raspberry Pi https:\/\/www.raspberrypi.org\/documentation\/rp2040\/getting-started\/#getting-started-with-micropython<\/a><\/p>\n\n\n\n
Wenn Sie Windows verwenden, sollten Sie sich diesen Blog-Beitrag \u00fcber den Raspberry Pi Pico und MicroPython unter Windows ansehen https:\/\/picockpit.com\/raspberry-pi\/raspberry-pi-pico-and-micropython-on-windows\/<\/a><\/p>\n\n\n\n
Schlie\u00dfen Sie Thonny, nachdem Sie Ihren Pico mit der MicroPython-Firmware geflasht haben, und installieren Sie rshell. Wir verwenden rshell f\u00fcr den Zugriff auf das Dateisystem von der Kommandozeile aus.<\/p>\n\n\n\n
<\/circle><\/circle><\/circle><\/g><\/svg><\/span><\/path><\/path><\/svg><\/span>
sudo<\/span> <\/span>pip3<\/span> <\/span>install<\/span> <\/span>rshell<\/span><\/span>\nrshell<\/span> <\/span>--<\/span>version<\/span><\/span><\/code><\/pre><\/div>\n\n\n\n
Dies gibt die rhsell-Version aus, wenn alles richtig eingestellt ist. Ziehen Sie dann den Pico ab und stecken Sie ihn wieder ein (ohne die BOOTSEL-Taste zu halten), um sicherzustellen, dass nichts versucht, auf das Dateisystem zuzugreifen. Jetzt m\u00fcssen wir Folgendes ausf\u00fchren<\/p>\n\n\n\n
<\/circle><\/circle><\/circle><\/g><\/svg><\/span><\/path><\/path><\/svg><\/span>
rshell<\/span> <\/span>-<\/span>p<\/span> <\/span>\/<\/span>dev<\/span>\/<\/span>ttyACM0<\/span> <\/span>--<\/span>buffer<\/span>-<\/span>size<\/span> <\/span>512<\/span><\/span>\n<\/span>\ncp<\/span> <\/span>factfib<\/span>.<\/span>mpy<\/span> <\/span>\/<\/span>pyboard<\/span>\/<\/span>factfib<\/span>.<\/span>mpy<\/span><\/span><\/code><\/pre><\/div>\n\n\n\n
Um die Installation zu testen, k\u00f6nnen Sie entweder rshell oder die Thonny-IDE verwenden, um Ihre .py<\/em> Dateien auf dem Pico, aber ich werde zeigen, wie man den MicroPython-Interpreter \u00fcber das Minicom benutzt.<\/p>\n\n\n\n
Dr\u00fccken Sie also zuerst Strg+c<\/em> um rshell zu verlassen und dann minicom \u00fcber<\/p>\n\n\n\n
<\/circle><\/circle><\/circle><\/g><\/svg><\/span><\/path><\/path><\/svg><\/span>
sudo<\/span> <\/span>apt<\/span> <\/span>install<\/span> <\/span>minicom<\/span><\/span><\/code><\/pre><\/div>\n\n\n\n
jetzt k\u00f6nnen wir auf die Picos REPL zugreifen (Read-eval-print-Schleife)<\/p>\n\n\n\n
<\/circle><\/circle><\/circle><\/g><\/svg><\/span><\/path><\/path><\/svg><\/span>
minicom<\/span> <\/span>-<\/span>o<\/span> <\/span>-<\/span>D<\/span> <\/span>\/<\/span>dev<\/span>\/<\/span>ttyACM0<\/span><\/span><\/code><\/pre><\/div>\n\n\n\n
Die drei schlie\u00dfenden spitzen Klammern >>> zeigen an, dass der MicroPython-Interpreter l\u00e4uft. Jetzt k\u00f6nnen wir unsere Erweiterung importieren und wie gewohnt mit ihr arbeiten.<\/p>\n\n\n\n
<\/circle><\/circle><\/circle><\/g><\/svg><\/span><\/path><\/path><\/svg><\/span>
>>><\/span> <\/span>import<\/span> <\/span>factfib<\/span> <\/span>as<\/span> <\/span>ff<\/span><\/span>\n<\/span>\n>>> <\/span>ff<\/span>.<\/span>factorial<\/span>(5)<\/span><\/span>\n<\/span>\n>>> 120<\/span><\/span>\n<\/span>\n>>> <\/span>ff<\/span>.<\/span>fibonacci<\/span>(7)<\/span><\/span>\n<\/span>\n>>> 13<\/span><\/span><\/code><\/pre><\/div>\n\n\n\n
Herzlichen Gl\u00fcckwunsch! Sie haben Ihre erste MicroPython C-Erweiterung f\u00fcr den Pico erstellt! Der n\u00e4chste Schritt ist zu lernen, wie man komplexere Module schreibt und kompiliert. Ein guter Anfang ist es, zu testen, wie das Marshalling von Listen und Dicts funktioniert (siehe die Marshalling-Webseite von oben). <\/p>\n\n\n\n
Wenn Sie Fragen zu diesem Beitrag haben, k\u00f6nnen Sie gerne einen Kommentar schreiben.<\/p>\n
Diese Webseite von Oliver Robson ist sehr hilfreich f\u00fcr Marshalling https:\/\/mpy-c-gen.oliverrobson.tech\/<\/a>. Au\u00dferdem finden Sie Marshalling-Beispiele in der MicroPython-Dokumentation https:\/\/docs.micropython.org\/en\/latest\/develop\/natmod.html<\/a>. Ich empfehle Ihnen, diesen Artikel zu lesen, wenn Sie weitere Erkl\u00e4rungen ben\u00f6tigen.<\/p>\n\n\n\n