מהי MicroPython?
MicroPython (מיקרו פייתון) היא שפת תכנות ופלטפורמת תוכנה בקוד פתוח המביאה את פשטות
התכנות של שפת Python לפיתוח מיקרו-בקרים ולמערכות משובצות.
MicroPython מאפשרת למפתחים לכתוב קוד של Python שיכול לפעול על מיקרו-בקרים, שהם מכשירים קטנים ובעלי הספק נמוך
הנפוצים בשימוש ביישומים משובצים שונים, כמו IoT, רובוטיקה ופרויקטי אלקטרוניקה.
להלן כמה תכונות והיבטים מרכזיים של MicroPython:
תאימות Python: פלטפורמת MicroPython שואפת להיות תואמת לתחביר וסמנטיקה של Python 3,
מה שאומר שניתן להתאים תוכניות פייתון רבות לרוץ על מיקרו-בקרים עם שינויים מינימליים.
קלת משקל: MicroPython תוכננה להיות קומפקטית ויעילה, מה שהופך אותה מתאימה למכשירים
עם משאבים מוגבלים מבחינת זיכרון וכוח עיבוד.
תמיכה בחומרה: היא מספקת תמיכה למגוון רחב של מיקרו-בקרים ולוחות פיתוח,
כולל לוחות פופולריים כמו ESP8266, ESP32 ופלטפורמות שונות מבוססות ARM.
REPL אינטראקטיבי: MicroPython כוללת לולאת Read-Eval-Print (REPL) המאפשרת למפתחים
לבצע באופן אינטראקטיבי קוד Python על המיקרו-בקר, דבר שימושי לניפוי באגים ופיתוח מהיר.
ספריות ומודולים: הויא מגיעה עם סט של ספריות ומודולים מובנים המותאמים למשימות ספציפיות למיקרו-בקר,
כגון שליטה בפיני GPIO, עבודה עם חיישנים וטיפול בפרוטוקולי תקשורת כמו UART, SPI ו-I2C.
Cross-Platform: ניתן לפתח ולהריץ את MicroPython במערכות הפעלה שונות, כולל Windows, macOS ו-Linux.
דבר זה מקל על כתיבה ובדיקת קוד במחשב שולחני או מחשב נייד לפני פריסתו למיקרו-בקר.
קוד פתוח: MicroPython היא תוכנת קוד פתוח, מה שאומר שקוד המקור שלה זמין באופן חופשי לבדיקה ושינוי על ידי הקהילה.
MicroPython צברה פופולריות בקהילות המייקרים וה-IoT מכיוון שהיא מאפשרת למפתחים לעבוד עם מיקרו-בקרים
תוך שימוש בשפת תכנות מוכרת וחזקה כמו Python, מה שמקל על יצירת מערכות משובצות ואבות טיפוס.
היא גם אפשרה פיתוח מהיר ויצירת אב טיפוס עבור מגוון רחב של יישומים משובצים.
מי צריך MicroPython?
MicroPython משמשת קבוצות שונות אשר מעורבות בפיתוח של מערכות משובצות ופרויקטים של IoT.
הנה כמה דוגמאות למי שיכול למצוא שימוש ב-MicroPython:
מייקרים: יוצרים וחובבים שנהנים לבנות פרויקטים עם מיקרו-בקרים ומחשבים עם לוח יחיד יכולים ליהנות מקלות השימוש
ומתחביר Python של MicroPython.
היא מאפשרת להם ליצור אבטיפוס במהירות ולפתח מערכות משובצות ללא צורך בלימוד שפות מורכבות.
מפתחי IoT: מפתחים שעובדים על פרויקטים של IoT צריכים לתכנת מכשירים קטנים
ובעלי הספק נמוך שאוספים ומשדרים נתונים.
MicroPython מפשטת את פיתוח ה-IoT על ידי מתן שפת תכנות ברמה גבוהה למכשירים כאלה,
ומאפשרת למפתחים להתמקד ביישומים שלהם במקום להתמודד עם פרטי חומרה ברמה נמוכה.
סטודנטים ואנשי חינוך: MicroPython יכולה להיות כלי הוראה רב ערך עבור סטודנטים ומחנכים בקורסי מדעי המחשב, אלקטרוניקה והנדסה.
הפשטות שלה ותאימות Python הופכות אותה לנגישה ללימוד היסודות של תכנות משובץ.
סטארטאפים: סטארט-אפים ועסקים קטנים העובדים על IoT ומוצרי מערכות משובצות
מוצאים את MicroPython מועילה מכיוון שהיא יכולה להאיץ את תהליך הפיתוח ולהפחית את עקומת הלמידה עבור צוותי הפיתוח שלהם.
היא יכולה לעזור להם להביא מוצרים לשוק מהר יותר.
יצירת אב טיפוס ופיתוח מהיר: MicroPython מתאימה היטב ליצירת אב טיפוס מהיר ופיתוח של מערכות משובצות ואבות טיפוס של IoT.
היא מאפשרת למפתחים לחזור על רעיונות במהירות ולבחון רעיונות ללא צורך בחומרה נרחבת.
מהנדסי מערכות משובצות: מהנדסי מערכות משובצות מנוסים ואנשי מקצוע מוצאים ערך ב-MicroPython
כאשר עובדים על פרויקטים עם מועדים צפופים.
היא יכולה לעזור להם לייעל את תהליך הפיתוח ולצמצם את הזמן המושקע בפיתוח קושחה.
חוקרים ומדענים: חוקרים ומדענים שצריכים לשלב חיישנים והתקני איסוף נתונים בניסויים שלהם
יכולים להפיק תועלת מהפשטות והרבגוניות של MicroPython בשליטה והתממשקות עם רכיבי חומרה שונים.
חשוב לציין שבעוד ש-MicroPython מציעה יתרונות במונחים של קלות שימוש ופיתוח מהיר,
ייתכן שהיא לא תתאים לכל יישומי המערכת המשובצת.
עבור יישומים עתירי משאבים בזמן אמת, שימוש בשפות מסורתיות יותר כמו C או C++ עדיין מועדפות.
בחירת שפת התכנות והפלטפורמה תלויה בדרישות ובאילוצים הספציפיים של הפרויקט.
איך MicroPython עובדת?
MicroPython פועלת על ידי אספקת מתורגמן Python ומערכת של ספריות ומודולים המותאמים עבור מיקרו-בקרים ומערכות משובצות.
להלן סקירה כללית של אופן הפעולה של MicroPython:
מתורגמן Python: בבסיסה, MicroPython כוללת מתורגמן Python שנועד לפעול על מיקרו-בקרים וחומרה אחרת המוגבלת במשאבים.
מתורגמן זה מפרש ומפעיל את קוד Python בדיוק כמו מתורגמן Python סטנדרטי הפועל על מחשב.
העברה לחומרה: MicroPython מועברת לפלטפורמות מיקרו-בקר ספציפיות או ללוחות פיתוח.
העברה כוללת התאמת המתורגמן והספריות של MicroPython לעבודה עם ארכיטקטורת החומרה,
הציוד ההיקפי ומגבלות הזיכרון של פלטפורמת היעד.
זה כולל כתיבת מנהלי התקנים וקוד ברמה נמוכה לאינטראקציה עם רכיבי חומרה כמו פיני GPIO, חיישנים וממשקי תקשורת.
REPL (Read-Eval-Print Loop): פלטפורמת MicroPython כוללת REPL (Read-Eval-Print Loop) אינטראקטיבי,
המאפשר למפתחים להתחבר למיקרו-בקר דרך חיבור טורי או רשת ולהפעיל קוד Python באופן אינטראקטיבי.
ה-REPL הוא כלי רב ערך עבור איתור באגים והתנסות בחומרה.
ספריות ומודולים: MicroPython מספקת סט של ספריות ומודולים מובנים המותאמים במיוחד לפיתוח מיקרו-בקר ומערכות משובצות.
ספריות אלו מכסות מגוון רחב של משימות, כגון שליטה בפיני GPIO, עבודה עם חיישנים,
ניהול פרוטוקולי תקשורת (UART, SPI, I2C) וטיפול בפעולות קבצים.
גישה למיקרו-בקר: אחת מתכונות המפתח של MicroPython היא היכולת שלה לגשת ולשלוט בתכונות החומרה של מיקרו-בקרים.
זה כולל קריאה וכתיבה של פיני GPIO דיגיטליים ואנלוגיים, הפקת אותות PWM (Pulse Width Modulation)
והתממשקות עם חיישנים והתקנים חיצוניים.
פיתוח חוצה פלטפורמות: ניתן לפתח את MicroPython על מחשב שולחני או נייד באמצעות סביבת פיתוח סטנדרטית של Python.
מפתחים יכולים לכתוב ולבדוק קוד במחשב שלהם לפני העברתה למיקרו-בקר היעד.
גישת פיתוח חוצת פלטפורמות זו מפשטת את תהליך הפיתוח.
פריסה: לאחר שפותחה ונבדקת קושחת ה-MicroPython, היא מועלית לזיכרון ההבזק של המיקרו-בקר.
לאחר תהליך זה, המיקרו-בקר יכול להפעיל את קוד ה-MicroPython באופן עצמאי.
אינטראקציה עם ציוד היקפי: קוד MicroPython יכול לקיים אינטראקציה עם ציוד היקפי וחיישנים שונים
המחוברים למיקרו-בקר על ידי שימוש בספריות ובמודולים שמסופקים על ידי MicroPython.
דבר זה מאפשר למפתחים לפתח אפליקציות שקוראות נתונים מחיישנים, שולטות במפעילים,
מתקשרות ברשתות ומבצעות משימות שונות אחרות.
MicroPython מאפשרת למפתחים לכתוב קוד Python עבור מיקרו-בקרים ומערכות משובצות על ידי אספקת מתורגמן Python,
ספריות והעברת חומרה ספציפית.
היא מגשרת על הפער בין שפת התכנות הי לבל Python לחומרה בלואו לבל,
ומקלה על מפתחים לעבוד עם פלטפורמות מיקרו-בקר וליצור יישומים משובצים.
יישום MicroPython
MicroPython מיושמת באמצעות שילוב של רכיבי תוכנה, כולל מתורגמן Python, ספריות וקוד ספציפי לפלטפורמה.
להלן סקירהשל הרכיבים המעורבים ביישום MicroPython:
מתורגמן Python: בליבתה של MicroPython נמצא מתורגמן Python, שאחראי על ניתוח וביצוע קוד Python.
המתורגמן מפרש את קוד המקור של Python ומתרגם אותו לקוד מכונה או בתים שניתן להפעיל במיקרו-בקר היעד או במערכת המשובצת.
שכבת יציאה: כדי לגרום ל-MicroPython לעבוד על מיקרו-בקר או לוח פיתוח ספציפי, נדרשת שכבת יציאה.
שכבה זו כוללת קוד ספציפי לפלטפורמה שמתממשק עם החומרה ומתאים את MicroPython לארכיטקטורה ולציוד ההיקפי
של המיקרו-בקר המסוים.
העברה כוללת את המשימות הבאות:
תצורה: הגדרת דגלי מהדר, פריסת זיכרון ופרמטרים ספציפיים לחומרה.
HAL (Hardware Abstraction Layer): יצירת מנהלי התקנים והפשטות עבור רכיבי חומרה
כגון פיני GPIO, UART, SPI, I2C, טיימרים ו-ADC (ממיר אנלוגי לדיגיטלי).
ניהול זיכרון: ניהול משאבי זיכרון ביעילות, במיוחד בסביבות מוגבלות.
חבילת תמיכה בלוח (BSP): מתן קוד אתחול ותצורה ספציפי ללוח.
מודולים מובנים: MicroPython כוללת סט של מודולים וספריות מובנים המותאמים לשימוש במיקרו-בקר.
מודולים אלה מכסים היבטים שונים של מערכות משובצות, כולל I/O, תקשורת, חיישנים ועוד.
כמה מודולים נפוצים שמסופקים על ידי MicroPython כוללים machine(לבקרת חומרה), uio(עבור פעולות קלט/פלט),
ujson(עבור ניתוח JSON), usocket(עבור רשת) ו- time(עבור תזמון ועיכובים).
קומפילציה צולבת: קוד המקור של Python וספריות MicroPython צריכות להיות מורכבות לפורמט בינארי
שיכול לפעול על מיקרו-בקר היעד.
זה כולל קומפילציה צולבת, כאשר מהדר המתאים לארכיטקטורת המיקרו-בקר משמש ליצירת קובץ ההפעלה הבינארי.
הבזק: לאחר הידור הקושחה של MicroPython, יש לבצע הבזק או לטעון אותה בזיכרון ההבזק של המיקרו-בקר.
תהליך זה כולל שימוש בכלים ייעודיים, חומרת מתכנת או סביבות פיתוח ספציפיות לפלטפורמת המיקרו-בקר.
REPL ופיתוח אינטראקטיבי: MicroPython כוללת לולאת Read-Eval-Print (REPL)
המאפשרת למפתחים לבצע באופן אינטראקטיבי קוד Python במיקרו-בקר היעד.
ה-REPL הוא כלי חיוני לניפוי באגים ופיתוח מהיר.
יישום משתמש: מפתחים כותבים את קוד היישום שלהם ב-Python באמצעות הספריות והמודולים של MicroPython.
קוד זה יוצר אינטראקציה עם החומרה באמצעות ממשקי ה-API והספריות של MicroPython.
תקשורת וקישוריות: MicroPython תומכת בשיטות תקשורת שונות, כולל UART, SPI, I2C
ופרוטוקולי רשת כמו Wi-Fi ו-Bluetooth, בהתאם ליכולות המיקרו-בקר.
דבר זה מאפשר תקשורת עם מכשירים ורשתות אחרים.
הרחבה של ספריות ומודולים: מפתחים יכולים להרחיב את MicroPython על ידי כתיבת מודולים וספריות משלהם
ב-Python כדי לתמוך בחומרה או בפונקציונליות מותאמים אישית.
MicroPython מיושמת על ידי שילוב של מתורגמן Python עם קוד ספציפי לפלטפורמה (שכבת הפורטים)
ומערכת של ספריות ומודולים מיוחדים לפיתוח מיקרו-בקר.
יישום זה מאפשר למפתחים לכתוב קוד Python עבור מערכות משובצות ולהפעיל אותו במגוון רחב של פלטפורמות מיקרו-בקר.
מערכות נפוצות בשימוש MicroPython
ניתן להשתמש ב-MicroPython במגוון פלטפורמות של מיקרו-בקרים ולוחות פיתוח,
מה שהופך אותה לבחירה רב-תכליתית לפיתוח מערכות משובצות.
חלק מפלטפורמות המיקרו-בקר הנפוצות ולוחות הפיתוח התואמים ל-MicroPython כוללים:
ESP8266: ה-ESP8266 הוא מודול Wi-Fi פופולרי בעלות נמוכה המשמש לפרויקטי IoT.
MicroPython נמצאת בשימוש נפוץ בלוחות פיתוח מבוססי ESP8266 כמו NodeMCU ו-Wemos D1 Mini.
ESP32: ה-ESP32 הוא יורש חזק יותר ל-ESP8266 ומציע קישוריות Wi-Fi ו-Bluetooth.
MicroPython נתמכת היטב בלוחות פיתוח מבוססי ESP32 כמו ESP32 DevKitC ו-ESP-WROOM-32.
Raspberry Pi Pico: Raspberry Pi Pico הוא לוח מיקרו-בקר שפותח על ידי קרן Raspberry Pi.
הוא כולל את המיקרו-בקר RP2040, ו-MicroPython מתאימה במיוחד לעבודה עם לוח זה.
Pyboard: ה-Pyboard הוא לוח פיתוח מיקרו-בקר שתוכנן במיוחד עבור MicroPython.
הוא כולל מיקרו-בקר STM32 חזק ומהווה בחירה מצוינת ללמידה ויצירת אב טיפוס עם MicroPython.
לוחות Adafruit CircuitPython: Adafruit מציעה מגוון של לוחות מיקרו-בקרים המריצים את CircuitPython,
שהיא גרסה של MicroPython המותאמת לחומרה של Adafruit.
לוחות אלו נתמכים היטב ומעוצבים לנוחות שימוש.
לוחות תואמים ל-Arduino: בעוד ש-MicroPython תוכננה בתחילה כתחליף למערכת Arduino בפלטפורמות מסוימות,
יש גם יציאות MicroPython זמינות עבור לוחות מסוימים התואמים ל-Arduino, מה שמאפשר למפתחים להשתמש ב-Python לתכנות.
BBC micro:bit: ה-BBC micro:bit הוא לוח מיקרו-בקר קטן וחינוכי המשמש בבתי ספר ולהוראת תכנות.
MicroPython היא אחת משפות התכנות הנתמכות ב-micro:bit.
לוחות שונים מבוססי STM32: פלטפורמת MicroPython הועברה לעבוד עם מגוון לוחות פיתוח מבוססי מיקרו-בקר STM32,
מה שמציע למפתחים אפשרויות נוספות עבור הפרויקטים שלהם.
חומרה מותאמת אישית: בנוסף ללוחות הפיתוח הפופולריים, ניתן להעביר את MicroPython לעיצובי חומרה מותאמים אישית
המבוססים על ארכיטקטורות מיקרו-בקרים שונות, בתנאי שהחומרה תהיה זמינה.
אלו הם רק חלק מפלטפורמות המיקרו-בקר הנפוצות ולוחות הפיתוח התואמים ל-MicroPython.
אופי הקוד הפתוח של MicroPython ופיתוח הקהילה הפעיל גורמים לכך שהיא ממשיכה להרחיב את תמיכתה בפלטפורמות חומרה שונות,
מה שהופך אותה לנגישה למגוון רחב של מפתחי מערכות משובצות.
עלויות פיתוח MicroPython
MicroPython היא פרויקט תוכנה בקוד פתוח, וככזה, היא זמינה ללא תשלום.
אפשר להוריד את הקושחה, קוד המקור והדקומנטציה של MicroPython מהאתר הרשמי של MicroPython או ממערכת
GitHub ללא עלות.
להלן כמה היבטים של העלות של MicroPython:
תוכנה : תוכנת MicroPython עצמה זמינה להורדה ושימוש בחינם.
אתה יכול לקבל את הקושחה עבור מיקרו-בקר היעד או לוח הפיתוח שלך,
יחד עם כל הספריות והמודולים הדרושים, מבלי לשלם דמי רישוי כלשהם.
כלי פיתוח : לצורך פיתוח, תזדקק לעורך קוד או סביבת פיתוח משולבת (IDE) כדי לכתוב את קוד ה-MicroPython שלך.
ישנם עורכי קוד פתוחים וחינמיים רבים זמינים, כגון Visual Studio Code, Thonny או Mu,
שבהם אתה יכול להשתמש לפיתוח MicroPython ללא עלות נוספת.
חומרה : בעוד ש-MicroPython היא חינמית, תזדקק לחומרה תואמת כדי להפעיל את תוכניות ה-MicroPython שלך.
עלות החומרה תהיה תלויה במיקרו-בקר או בלוח הפיתוח הספציפי שתבחר.
המחירים יכולים להשתנות באופן משמעותי, החל מכמה דולרים עבור לוחות בסיסיים ועד אפשרויות יקרות יותר עם תכונות נוספות.
אביזרים וחיישנים : בהתאם לדרישות הפרויקט שלך, ייתכן שתצטרך אביזרים נוספים, חיישנים או מודולים כדי להתממשק עם החומרה שלך.
העלות של רכיבים אלו תשתנה בהתאם לסוג.
שירותים ותמיכה אופציונליים : ארגונים או ספקים מסוימים מציעים שירותים אופציונליים, תמיכה או הדרכה הקשורים ל-MicroPython,
שמגיעים עם עלויות נלוות.
עם זאת, אלה אינם נדרשים לתחילת העבודה עם MicroPython.
MicroPython עצמה היא קוד פתוח וחינמי לשימוש.
העלויות הקשורות לפרויקטים של MicroPython כוללות בעיקר את החומרה שתבחר, כל רכיב נוסף שאתה צריך,
והכלים שבהם אתה משתמש לפיתוח.
זוהי אפשרות חסכונית לפיתוח מערכות משובצות ו-IoT, במיוחד עבור חובבים, יצרנים ופרויקטים בקנה מידה קטן.
שאלות ותשובות בנושא MicroPython
ש: אילו סוגי פרויקטים מתאימים ל-MicroPython?
ת: MicroPython מתאימה למגוון רחב של פרויקטים, כולל התקני IoT, רובוטיקה, אוטומציה ביתית, יישומי חיישנים,
פרויקטים חינוכיים ויצירת אב טיפוס של מערכות משובצות.
ש: אילו פלטפורמות מיקרו-בקר תואמות ל-MicroPython?
ת: MicroPython תואמת לפלטפורמות מיקרו-בקרים שונות, כולל ESP8266, ESP32, Raspberry Pi Pico, Pyboard,
לוחות Adafruit CircuitPython, BBC micro:bit ועוד. ניתן גם להעביר אותה לעיצובי חומרה מותאמים אישית.
ש: האם אני יכול להשתמש ב-MicroPython עבור פרויקטים מסחריים?
ת: כן, אתה יכול להשתמש ב-MicroPython עבור פרויקטים מסחריים.
היא בקוד פתוח ומאפשרת שימוש אישי ומסחרי כאחד.
רק חשוב לשים לב לכל דרישות רישוי ספציפיות עבור ספריות או מודולים שבהם אתה משתמש.
ש: מהם היתרונות של שימוש ב-MicroPython לפיתוח משובץ?
ת: כמה יתרונות של השימוש ב-MicroPython כוללים מחזור פיתוח קצר יותר, ניפוי באגים קל יותר,
הפשטות והקריאה של Python וקהילה גדולה של מפתחים ומשאבים.
ש: האם יש מגבלות לשימוש ב-MicroPython?
ת: ייתכן ש-MicroPython לא תתאים ליישומים עתירי משאבים או בזמן אמת.
יש לה גם מגבלות מבחינת ספריות זמינות וביצועים בהשוואה לשפות ברמה נמוכה יותר כמו C או C++ עבור משימות מסוימות.
ש: היכן אוכל למצוא תיעוד ומשאבים עבור MicroPython?
ת: האתר הרשמי של MicroPython ומאגר GitHub מספקים תיעוד, הדרכות ופורום קהילה.
ישנם גם משאבים מקוונים רבים, ספרים ופורומים המוקדשים לפיתוח MicroPython.
ש: האם MicroPython תומכת ברשת ובקישוריות לאינטרנט?
ת: כן, MicroPython כוללת ספריות לרשתות, המאפשרות לך ליצור התקני IoT שיכולים להתחבר לרשתות Wi-Fi,
לתקשר באמצעות MQTT, HTTP או פרוטוקולים אחרים ולקיים אינטראקציה עם שירותים מקוונים.
ש: האם יש מגבלות מבחינת זיכרון ואחסון בעת שימוש ב-MicroPython?
ת: כן, MicroPython מיועדת לסביבות מוגבלות במשאבים, כך שהזיכרון והאחסון הזמינים במיקרו-בקר שלך מוגבלים.
דבר זה חיוני לניהול הזיכרון ביעילות ויש לשקול אילוצי אחסון בעת פיתוח יישומים.
