第1章  MicroPython簡介 1
1.1  嵌入式軟件語言 1
1.2  MicroPython案例 3
1.2.1  用例1—DIY項目 5
1.2.2  用例2—快速原型 5
1.2.3  用例3—小批量生產產品 6
1.3  評估MicroPython是否適合 7
1.4  選擇合適的開發平臺 8
1.4.1  調查可用的架構 8
1.4.2  確定感興趣的開發板 9
1.4.3  利用KT矩陣選擇開發板 12
1.5  MicroPython的開發過程和策略 13
1.6  有用的開發資源 16
1.7  本章小結 16
1.8  本章練習 17
1.9  進一步閱讀 17
第2章  管理實時任務 19
2.1  技術需求 19
2.2  實時調度的需求條件 19
2.3  MicroPython調度技術 20
2.3.1  輪流調度 21
2.3.2  使用定時器的周期性調度 24
2.3.3  MicroPython線程機制 28
2.3.4  事件驅動調度 31
2.3.5  合作式調度 31
2.4  使用asyncio的協同多任務處理 31
2.4.1  asyncio簡介 32
2.4.2  基於協作多任務的LED示例 33
2.4.3  關於asyncio的進一步討論 35
2.5  本章小結 36
2.6  本章練習 36
2.7  進一步閱讀 36
第3章  針對I/O擴展器編寫MicroPython驅動程序 37
3.1  技術需求 37
3.2  RGB按鈕I/O擴展器項目要求 38
3.2.1  硬件需求 38
3.2.2  軟件需求 38
3.3  硬件和軟件架構設計 39
3.3.1  硬件架構 39
3.3.2  詳細的硬件設計 40
3.3.3  選擇一個按鈕 41
3.3.4  I/O擴展器原理圖 41
3.3.5  軟件架構 42
3.4  項目構建 45
3.4.1  構建硬件 45
3.4.2  構建I/O擴展器驅動程序 46
3.4.3  構建RGB驅動程序 47
3.4.4  構建RGB按鈕驅動程序 48
3.5  測試和驗證 49
3.5.1  開發測試用例 49
3.5.2  編寫應用程序 52
3.6  本章小結 58
3.7  本章練習 58
3.8  進一步閱讀 58
第4章  開發應用程序測試框架 59
4.1  技術需求 59
4.2  測試框架簡介 59
4.3  測試框架的需求 61
4.3.1  硬件需求 61
4.3.2  軟件需求 62
4.4  測試框架設計 63
4.4.1  測試框架的硬件體繫結構 63
4.4.2  測試框架的軟件體繫結構 64
4.5  構建測試框架 67
4.5.1  編寫測試架構 67
4.5.2  測試PCA8574 69
4.6  運行測試框架 71
4.7  本章小結 72
4.8  本章練習 73
4.9  進一步閱讀 73
第5章  自定義MicroPython內核啟動代碼 75
5.1  技術需求 75
5.2  MicroPython內核概述 76
5.2.1  下載MicroPython內核 76
5.2.2  MicroPython內核的組織方式 77
5.2.3  STM32L475E_IOT01A端口 77
5.3  訪問啟動代碼 83
5.4  將MicroPython模塊添加至內核中 90
5.5  將自定義內核部署至開發板上 92
5.5.1  編譯後的輸出文件 93
5.5.2  對開發板編程 94
5.5.3  測試更新後的內核 96
5.6  本章小結 98
5.7  本章練習 98
5.8  進一步閱讀 98
第6章  自定義調試工具以可視化傳感器數據 99
6.1  技術需求 99
6.2  調試和可視化嵌入式繫統 100
6.3  可視化工具的需求 100
6.3.1  硬件需求 100
6.3.2  軟件需求 101
6.4  可視化工具的設計 101
6.4.1  可視化工具的硬件架構 102
6.4.2  可視化工具的軟件架構 103
6.5  構建可視化工具 104
6.5.1  安裝項目庫 105
6.5.2  在MicroPython中設置串行數據流 105
6.5.3  利用命令行參數打開COM端口 108
6.5.4  利用Matplotlib創建用戶界面 110
6.5.5  繪制輸入數據流 112
6.6  測試並運行可視化工具 115
6.7  本章小結 117
6.8  本章練習 118
6.9  進一步閱讀 118
第7章  使用手勢控制設備 119
7.1  技術需求 119
7.2  手勢控制器簡介 119
7.3  手勢控制器的需求 120
7.3.1  硬件需求 121
7.3.2  軟件需求 121
7.4  硬件和軟件設計 121
7.4.1  硬件架構 122
7.4.2  詳細的硬件設計 122
7.4.3  軟件架構 124
7.5  構建手勢控制器 125
7.5.1  APDS-9960操作理論 125
7.5.2  分析手勢數據 128
7.5.3  APDS-9960手勢驅動程序 131
7.5.4  APDS-9960手勢類構造函數 133
7.5.5  APDS-9960手勢類檢測方法 135
7.5.6  手勢控制器應用程序 138
7.6  測試手勢控制器 140
7.7  本章小結 141
7.8  本章練習 142
7.9  進一步閱讀 142
第8章  基於Android的自動化和控制 143
8.1  技術需求 143
8.2  傳感器節點項目需求 143
8.2.1  硬件需求 144
8.2.2  軟件需求 144
8.3  硬件和軟件設計 145
8.3.1  硬件架構 145
8.3.2  軟件架構 146
8.4  構建傳感器節點 146
8.4.1  在ESP32上安裝MicroPython 147
8.4.2  安裝ESP32閃存工具 147
8.4.3  利用MicroPython對ESP32編程 147
8.4.4  利用LED測試MicroPython 149
8.4.5  設置WebREPL 150
8.4.6  利用Anaconda簡化應用程序開發 152
8.4.7  安裝uasyncio 154
8.4.8  編寫傳感器節點應用程序 154
8.5  測試傳感器節點 161
8.5.1  Android套接字服務器 161
8.5.2  向傳感器節點發出命令 163
8.5.3  測試命令 163
8.6  本章小結 164
8.7  本章練習 165
8.8  進一步閱讀 165
第9章  利用機器學習構建物體檢測應用程序 167
9.1  技術需求 167
9.2  機器學習簡介 167
9.2.1  智能繫統需求 169
9.2.2  從雲端到邊緣的機器學習 171
9.3  物體檢測需求 172
9.3.1  硬件需求 172
9.3.2  軟件需求 173
9.4  物體檢測設計和理論 174
9.4.1  CIFAR-10和CIFAR-100數據集 174
9.4.2  機器學習模型語言 176
9.4.3  TFLu 176
9.4.4  CMSIS-NN 177
9.4.5  硬件 178
9.5  在OpenMV相機上實現並測試物體檢測 178
9.5.1  OpenMV IDE 179
9.5.2  實現預訓練的CIFAR-10網絡 181
9.5.3  利用TensorFlow模型進行人物檢測 183
9.6  本章小結 187
9.7  本章練習 187
9.8  進一步閱讀 188
9.9  參考資料 188
第10章  MicroPython的未來 189
10.1  不斷發展的MicroPython 189
10.2  Pyboard D-series 190
10.2.1  Pyboard D-series硬件 190
10.2.2  Pyboard D-series軟件 193
10.3  真實世界中的MicroPython 196
10.3.1  DIY/創客示例項目 197
10.3.2  專業示例項目 197
10.4  MicroPython的發展趨勢 198
10.5  進一步討論 199
10.6  參考資料 199
附錄A 201

傳統上，嵌入式繫統開發人員在編程時主要使用C語言，一些走在前沿的開發人員還會使用C 語言。在過去的10年裡，設計和構建嵌入式繫統的方式及軟件開發的方式發生了很大的變化。Python語言已經成為許多計算機和服務器應用程序開發的主導語言，許多年輕和新進的開發人員會首先學習Python，而不是其他語言。這使得Python成為開發嵌入式繫統的獨特而有趣的選擇。
本書探討了開發人員如何利用Python開發基於精簡版Python（即MicroPython）的應用程序。MicroPython早在2013年就出現了，並且一直在穩步發展，圍繞MicroPython形成了一個活躍和創新的社區。MicroPython允許開發人員在更高的抽像層次上工作，使其專注於應用程序，而將低層處理器細節留在接口後面，這使得即使是非軟件開發人員也可以輕松地快速編寫控制硬件和與硬件接口的應用程序。
本書將引領讀者了解使用MicroPython開發應用程序的背景，並幫助讀者熟悉一些設計模式，進而針對項目形成自己的想法。
適用讀者
本書適用於嵌入式繫統開發人員或任何對使用MicroPython構建嵌入式繫統感興趣的讀者。
這裡，希望讀者對電子學和Python有一些基本的了解，若具有一些MicroPython的實驗經驗，將會給學習帶來幫助。
作者在本書中試圖強化軟件開發過程，一些設計自己的產品或使用開源軟件的開發人員往往缺少這方面的知識。無論讀者目前的技能水平如何，都將了解在何處和何時使用MicroPython、哪些技術和模式可以直接應用於自己的項目，以及如何擴展本書中的項目。
本書內容
第1章將引領讀者了解嵌入式軟件開發及MicroPython的適用範圍。本章將討論如何決定使用哪種語言，以及一些通用的最佳實踐方案。
第2章將討論開發人員在基於MicroPython的繫統中使用的，用於調度任務的不同   技術。
第3章將解釋如何為外部設備編寫驅動程序。
第4章將介紹用於測試基於MicroPython的應用程序的不同方法，並為對此類操作感興趣的讀者提供了幾種不同的選擇。
第5章通過檢查和更改MicroPython內核，幫助讀者了解MicroPython的幕後操作。本章內容重點關注開發人員在生產繫統時可能需要修改的啟動代碼。
第6章將幫助讀者探索如何將傳感器和調試信息從設備傳輸到計算機，然後可視化繫統上產生的結果。這對於監視關鍵變量、調試語句或僅僅創建傳感器儀表板非常重要。
第7章將介紹如何將手勢傳感器與開發板連接，並編寫一個檢測手勢的應用程序。
第8章將學習如何使用ESP32微控制器創建一個傳感器節點，該節點可以傳輸傳感器數據並從Android模板接收命令。該方法很容易擴展到物聯網（IoT）應用程序和設備控制上。
第9章演示了使用MicroPython支持的OpenMV相機模塊構建一個可以檢測圖像中對像的應用程序。
第10章探討了MicroPython的未來，以及我們在未來幾年可能看到的方向。
軟件/硬件支持
本書假定讀者對Python有基本的了解，並且構建過一些嵌入式繫統項目。更有經驗的嵌入式軟件開發人員將能夠快速學習如何編寫基於MicroPython的應用程序。同時，假設讀者了解流程圖和基本的接線圖，並了解如何使用Git存儲庫及在自己的計算機上安裝軟件。本書涉及的軟件/硬件及操作繫統需求如表0.1所示。
表0.1  本書涉及的軟件/硬件及操作繫統需求
本書涉及的軟件/硬件 操作繫統需求
PyCharm Windows，Linux，macOS
PuTTY Windows，Linux，macOS
Linux Virtual Machine Windows，Linux，macOS
Python 3.x Windows，Linux，macOS
Anaconda Terminal Windows，Linux，macOS
Simple TCP Socket Tester Windows，Linux，macOS
續表    
本書涉及的軟件/硬件 操作繫統需求
OpenMV IDE Windows，Linux，macOS
Pyboard —
RobotDyn I2C 8-bit PCA8574 I/O擴展器 —
Adafruit RGB Pushbutton PN: 3423 —
STM32L4 IoT Discovery Node —
Robotdyn I2C 8-bit PCA8574 I/O擴展器 —
USB to UART Converter —
Adafruit ADPS9960分線板 —
支持MicroPython的開發板 —
ESP32 WROVER-B —
OpenMV Camera Module —
書中項目並不一定是按順序設計的。考慮到這一點，建議讀者在查看自己最感興趣的項目之前，按順序閱讀前兩章。這兩章介紹了MicroPython的背景知識及如何調度任務。同時，鼓勵讀者閱讀最後一章，其中介紹了pyboard-D，這可能是在大多數實驗中可選擇使用的開發板。
下載示例代碼
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（3）單擊Code Downloads。
（4）在搜索欄中輸入本書的名稱並遵循後續指令操作。
在文件下載完畢後，確保使用下列軟件的最新版本解壓或析取文件。
? Windows：WinRAR/7-Zip。
? macOS：Zipeg/iZip/UnRarX。
? Linux：7-Zip/PeaZip。
本書的代碼也托管在GitHub上，對應網址為PacktPublishing/MicroPython-Projects。如果代碼更新，這些代碼也將在現有的GitHub存儲庫上更新。
另外，讀者還可訪問https://github.com/PacktPublishing/。其中包含豐富的書籍和視頻目錄的其他代碼包。
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本書約定
本書在文本方面采用了一些約定。
代碼塊如下所示。

def system_init():
    print("Initializing system ...") 
    print("Starting application ...")

當希望強調特定的代碼部分時，相關代碼行或條目設置為粗體，如下所示。

try:
    PushButton = RGB_Button.DeviceIO.Read()
except Exception as e:
    sys.print_exception(e)
    print("Exiting application ...")
    sys.exit(0)

命令行輸入或輸出如下所示。

pip install pySerial

 圖標表示警告或重要的注意事項。
 圖標表示提示信息和操作技巧。
 
讀者反饋和客戶支持
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對此，讀者可向customercare@packtpub.com發送郵件，並以書名作為郵件標題。
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