MicroPython माइक्रोकंट्रोलर्स के लिए पायथन प्रोग्रामिंग भाषा का एक कार्यान्वयन है जो छोटे कंप्यूटिंग उपकरणों के साथ काम करने के लिए परिचित वाक्यविन्यास और प्रोग्रामिंग सिद्धांतों का उपयोग करके इस भाषा के दर्शकों को सक्षम बनाता है।

अपने काम में, मैं प्रोटोटाइप के लिए माइक्रोपिथॉन का उपयोग करता हूं, विचारों का परीक्षण करता हूं और छोटे स्टैंड बनाता हूं। REPL और सरल वाक्यविन्यास के लिए धन्यवाद, MicroPython DIY परियोजनाओं के लिए और प्रोग्रामिंग सिखाने के लिए भी बहुत अच्छा है।

जब वास्तविक दुनिया के साथ कंप्यूटर की बातचीत की बात आती है, तो मैं हमेशा उनकी बातचीत की गति में दिलचस्पी रखता हूं। कुछ मामलों में, माइक्रोप्रोसेसर प्रौद्योगिकी का उपयोग, उदाहरण के लिए चीजों के इंटरनेट के क्षेत्र में, डिवाइस की प्रतिक्रिया की गति इतनी महत्वपूर्ण नहीं है। जब अलार्म सायरन चालू होता है तो बहुत अंतर नहीं होता है: गति का पता लगाने या 10 मिलीसेकंड के बाद 10 माइक्रोसेकंड।

लेकिन कुछ पहलुओं में, गति और प्रतिक्रिया का समय महत्वपूर्ण है और सवाल यह है कि MicroPython का उपयोग करने की उपयुक्तता पर सवाल उठता है। इसलिए मैंने थोड़ा शोध किया, जो कि माइक्रोपिथॉन डेमियन जॉर्ज के निर्माता के भाषण से वीडियो से प्रेरित था। मुझे आश्चर्य हुआ कि माइक्रोप्रोथॉन में लिखा गया कार्यक्रम कितनी जल्दी इनपुट प्रभाव का जवाब देगा।

प्रयोगात्मक डिवाइस ESP8266 माइक्रोकंट्रोलर होगा, बोर्ड पर MicroPython संस्करण esp8266-2018511-v1.9.4 के साथ NodeMcu बोर्ड पर।



मैं बटन दबाऊंगा और माइक्रोप्रोसेसर के दूसरे पैर पर दबाने और 3.3 V की उपस्थिति के बीच आस्टसीलस्कप पर समय अंतर दर्ज करूंगा। प्रत्येक माप 15 बार किया जाता है, औसत लिया जाता है (रेखांकन में सचित्र) और मानक विचलन की गणना की जाती है (रेखांकन में काली पट्टी)।

टेस्ट नंबर 1।

यदि आप इस समस्या को "सिर पर" हल करते हैं, तो कार्यक्रम बहुत तुच्छ दिखता है:

import machine import time o = machine.Pin(5, machine.Pin.OUT) #D1 out i = machine.Pin(4, machine.Pin.IN) #D2 in while 1: if i.value(): o.value(1) time.sleep(0.1) o.value(0) 

इस तरह के कार्यक्रम के साथ एक विशिष्ट तरंग इस तरह दिखता है:



यहां और अन्य तरंगों पर, "ब्लू" सिग्नल बटन के साथ पिन है, "ग्रीन" प्रतिक्रिया पिन है। 15 पुनरावृत्तियों के साथ, निम्नलिखित चित्र प्राप्त किया जाता है:



औसतन, प्रतिक्रिया समय लगभग 310 माइक्रोसेकंड है, अधिकतम 356 μs है, बहुत तेज़ नहीं है, लेकिन कुछ अनुप्रयोगों के लिए यह काफी स्वीकार्य है।

टेस्ट नंबर 2

आप व्यवधान से निपटने के माध्यम से मानक कोड "बॉक्स से बाहर" को गति दे सकते हैं।

 import machine import time o = machine.Pin(5, machine.Pin.OUT) #D1 out i = machine.Pin(4, machine.Pin.IN) #D2 in def f(_): o.value(1) time.sleep(0.1) o.value(0) i.irq(trigger=machine.Pin.IRQ_RISING, handler=f) 

और चित्र इस प्रकार है:




और अधिकतम प्रतिक्रिया समय 306 μs है।

इंटरप्ट का उपयोग करने से लगभग 20% की गति में वृद्धि होती है, लेकिन साथ ही प्रतिक्रिया समय में बड़े पैमाने पर फैलता है।

टेस्ट नंबर 3

यदि प्राप्त गति पर्याप्त नहीं है, तो अगला कदम @ micropython.native निर्माण का उपयोग करना है, जो पायथन कोड को मूल मशीन कोड में परिवर्तित करना संभव बनाता है। लेकिन कुछ सीमाएँ हैं ।

कोड विकल्प:

 import machine import time o = machine.Pin(5, machine.Pin.OUT) #D1 out i = machine.Pin(4, machine.Pin.IN) #D2 in @micropython.native def f(): while 1: if i.value(): o.value(1) time.sleep(0.1) o.value(0) f() 

तरंग पर विशिष्ट प्रतिक्रिया पैटर्न:



पिछली पद्धति की तुलना में, त्वरण लगभग दोगुना है:



सबसे लंबी प्रतिक्रिया समय 128 μs है।

टेस्ट नंबर 4

एक "तेज" MicroPython की खोज में अगला कदम @ micropython.viper निर्माण का उपयोग करना है और सीधे माइक्रोप्रोसेसर रजिस्टरों का उपयोग करना है (रजिस्टर पते यहां मिल सकते हैं ।

 import time @micropython.viper def f(): O = ptr32(0x60000300) #  GPIO ESP8266 while 1: s = ((O[6] & 0x10) >> 4) #    4  if s: O[1] = 0x20 # 5  time.sleep(0.1) O[2] = 0x20 # 5  f() 

और इसके परिणामस्वरूप, प्रतिक्रिया में तेजी आई:



प्रतिक्रिया समय बहुत छोटा है और अन्य तरीकों (अधिकतम 820 एनएस) के साथ तुलना नहीं की जा सकती है:





यदि यह पर्याप्त नहीं है, तो आप @ micropython.asm_thumb डेकोरेटर के माध्यम से कोडांतरक आवेषण का उपयोग कर सकते हैं। इस पद्धति के साथ, अजगर विशेष रूप से नहीं रहता है (और पायथन के उच्च-स्तरीय लाभ खो जाते हैं), और यदि उच्च गति की आवश्यकता होती है, तो अन्य हार्डवेयर का उपयोग करना बेहतर होता है, उदाहरण के लिए एफपीजीए (जहां पायथन भी उपयोगी हो सकता है, यहां और यहां देखें)।

UART

यदि किसी घटना के बाद बहुत सारी जानकारी प्रसारित करने की आवश्यकता है, तो आप धारावाहिक UART के इंटरफ़ेस का उपयोग कर सकते हैं।

उदाहरण के लिए दो कार्यान्वयन विकल्प लें।

पहले बाधा से निपटने के माध्यम से है:

 import machine i = machine.Pin(4, machine.Pin.IN) #D2 in ua = machine.UART(1) ua.init(1000000) def f(_): ua.write(b'\x01') i.irq(trigger=machine.Pin.IRQ_RISING, handler=f) 

और प्रतिक्रिया तरंग:



अधिकतम प्रतिक्रिया समय 248 μs है।
और वाइपर के माध्यम से दूसरा परीक्षण:

 import machine import time i = machine.Pin(4, machine.Pin.IN) #D2 in ua = machine.UART(1) ua.init(1000000) @micropython.viper def f(): O = ptr32(0x60000300) while 1: if ((O[6] & 0x10) >> 4): ua.write(b'\x01') time.sleep(0.1) f() 

और दूसरी परीक्षा में तरंग:



इस कोड के साथ अधिकतम प्रतिक्रिया समय 71 μs है।
दो परीक्षणों में औसत प्रतिक्रिया समय:



दूसरे परीक्षण में इनपुट प्रभाव का तेजी से पता लगाने के कारण प्रतिक्रिया का त्वरण प्राप्त किया जाता है।

निष्कर्ष

MicroPython आपको उन चीजों का उपयोग करने की अनुमति देता है जो उच्च-स्तरीय भाषाओं (OOP, अपवाद हैंडलिंग, सूची और तानाशाही comprahansions, आदि) की विशेषता हैं, जब माइक्रोकंट्रोलर प्रोग्रामिंग करते हैं, और यदि आवश्यक हो, तो "क्लासिक" पायथन कोड को तेज करें।