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从 machine 到 rp2：MicroPython 相关模块一文速览

news 2026/7/31 20:11:00

我们可以把 MicroPython 的系统结构比作智能手机的运行体系：手机硬件对应微控制器硬件，手机的操作系统（如 Android/iOS）对应 MicroPython 固件，而我们安装的 APP 对应用户编写的 MicroPython 程序。固件是整个系统的核心，负责衔接硬件和用户程序，就像手机系统衔接硬件和 APP 一样。在了解系统结构前，先搞懂几个关键的基础知识点：

固件：是烧录到微控制器闪存中的预编译程序包，包含 MicroPython 解释器、核心库和硬件驱动，相当于嵌入式设备的 “操作系统内核 + 运行环境”。
REPL（交互式解释器）：全称是 “读取 - 求值 - 打印 - 循环”，简单说就是 MicroPython 的 “实时命令行”—— 输入一行代码，立刻执行并返回结果，方便调试和快速测试代码。
引导加载程序（Bootloader）：微控制器通电后第一个运行的小程序，负责把闪存中的固件加载到内存（RAM）中运行，相当于硬件的 “开机启动器”。
垃圾回收器（GC）：MicroPython 自带的内存管理工具，会自动清理不再使用的变量、对象等内存占用，避免嵌入式设备因内存不足卡死，是针对微控制器小内存的优化设计。

1.MicroPython 的系统结构

一个 MicroPython 系统的典型结构如下：

图 2.5 MicroPython 系统典型结构图

它包括用户程序、MicroPython 固件和微控制器硬件构成，固件和硬件是最基础、固定的部分，我们只能对用户程序进行编写和修改。MicroPython 固件就类似于一个嵌入式的操作系统，主要用于运行用户程序并提供 REPL 命令解释器。

专用的 MicroPython 开发板，如 pyboard、树莓派 pico 等可以直接烧录官方提供的固件运行源代码；
MicroPython 支持的其他类型开发板，需要自己编译源代码，产生固件；
如果是兼容 MicroPython 的开发板，需要自己移植 MicroPython 系统。

在使用 MicroPython 进行 MCU 的编程之前，我们需要首先烧录特定 MCU 芯片对应的 MicroPython 固件，烧录完成后，我们将编写好的 MicroPython 程序上传到单片机中，然后重启 MCU：

设备通电后，引导加载程序负责将 MicroPython 的固件从闪存中加载到 RAM 中，固件包含解释器和基本的运行时环境；
在 MicroPython 开始执行 Python 代码之前，它会初始化必要的硬件和外设，包括设置时钟、初始化 GPIO、配置外设等；
MicroPython 会查找并执行预定义的启动脚本（如 main.py），这个脚本可以包含用户自定义的初始化代码或程序逻辑，MicroPython 的解释器首先将 Python 代码编译成字节码，这一过程在设备上动态完成，避免了需要预编译的复杂过程；
编译后的字节码由 MicroPython 解释器执行。解释器将字节码转换成具体的操作，并在硬件上运行这些操作；
MicroPython 在微控制器中管理堆栈和内存，其自带的垃圾回收器（GC）也会定期清理不再使用的对象，以释放内存空间；
一旦启动脚本执行完毕，MicroPython 进入 REPL 模式，等待用户输入命令或代码。