怎样运用Python开发嵌入式ARM的界面
Python是一种跨平台的计算机程序设计语言。是一种面向对象的动态类型语言，最初被设计用于编写自动化脚本（shell），随着版本的不断更新和语言新功能的添加，越来越多被用于独立的、大型项目的开发1）。 简介随着Python在互联网人工智能领域的流行，大家也慢慢感受到Python开发的便利，本文就基于嵌入式ARM平台，介绍使用Python配合PyQT5模块来开发图形化应用程序。本文所演示的ARM平台来自于Toradex 基于NXP iMX6 ARM处理器的Apalis iMX6 ARM嵌入式平台。2. 准备a）。 Apalis iMX6Q ARM核心版配合Apalis Evaluation Board载板，连接调试串口UART1（载板X29）到开发主机方便调试。更多关于Apalis iMX6配合Apalis EvaluaTIon Board载板的说明请参考Datasheet和开发上手指南。b）。 Apalis iMX6Q 默认的Linux BSP是不包含Python，QT等支持的，需要重新编译。。/ 基于Toradex Linux BSP release V2.8。/ 参考这里搭建Openembedded 编译环境，然后适配下面patch，用于使本文测试需要的 libsoc适配 Python3。https://github.com/simonqin09/libsoc-examples/blob/master/python/0005-libsoc-python3-support.patch。/ 修改 build/conf/local.conf 文件，增加需要的组件--------------------------#IMAGE_INSTALL_append = “ python3 python3-pip python3-libsoc python3-pyqt5 rng-tools ”--------------------------。/ 适配下面patch，在标准image bb文件中增加QT5的支持https://github.com/simonqin09/libsoc-examples/blob/master/python/0003-angstrom-qt5-lxde-image.patch。/ 重新编译image--------------------------$ bitbake -k angstrom-qt5-lxde-image--------------------------。/ 新生成的image位于 deploy/images/apalis-imx6/ 目录，参考这里的说明更新到Apalis iMX6模块上面3）。 Python GPIO中断测试程序a）。 首先我们先不包含图形界面，单独通过Python来完成简单的GPIO中断测试程序，本程序通过调用 libsoc 来完成GPIO控制，关于libsoc的使用和说明请参考这里。b）。 Apalis EvaluaTIon Board载板硬件连接配置如下，X4 GPIO05（MXM3_11）对应系统中的GPIO号码是170，作为按键输入使用;X4 GPIO06（MXM3_13）对应系统中的GPIO号码是169，作为输出驱动LED使用。X4 GPIO05 《-》 X34 SW5X4 GPIO06 《-》 X34 LED1c）。 源代码请参考如下，分别实现了阻塞模式和非阻塞模式中断相应，实现功能就是按键交替点亮和关闭LED灯。。/ 阻塞模式 – https://github.com/simonqin09/libsoc-examples/blob/master/python/gpiotest_block.py// main 函数作为主函数，实现打开GPIOs，同时设定初始化状态为高电平输出;test_interrupt_handler函数实现中断相应，采用 gpio_in.wait_for_interrupt 为阻塞式中断，捕获中断才会继续进行，捕获中断后做了简单的防误触处理。。/ 非阻塞模式 – https://github.com/simonqin09/libsoc-examples/blob/master/python/gpiotest_nonblock.py// main 函数作为主函数，实现打开GPIOs，同时设定初始化状态为高电平输出;另外，在main函数里面采用gpio_in.start_interrupt_handler来使能中断相应，为非阻塞式;在main函数最后通过while来接收键盘输入实现退出应用;gpio_in.wait_for_interrupt依然作为中断处理函数相应中断并驱动LED状态改变。d）。 将Python代码直接复制到Apalis iMX6上面测试运行结果如下：。/ 阻塞模式下，最后是通过Ctrl-C强制退出程序-----------------------root@apalis-imx6：~# 。/gpiotest_block.pyThe LED iniTIal status is ONThe LED turns OFFinterrupt TImes is 1The LED turns ONinterrupt times is 2^Clibsoc-gpio-debug： Interrupted system callTraceback （most recent call last）：File “。/gpiotest_block.py”， line 54， inmain（gpio_input_id， gpio_output_id）File “。/gpiotest_block.py”， line 45， in maintest_interrupt_handler（gpio_in， gpio_out）File “。/gpiotest_block.py”， line 12， in test_interrupt_handlergpio_in.wait_for_interrupt（-1）File “/usr/lib/python3.5/site-packages/libsoc/gpio.py”， line 118， in wait_for_interruptif api.libsoc_gpio_wait_interrupt（self._gpio， timeout） ！= 0：KeyboardInterrupt-----------------------。/ 非阻塞模式下-----------------------root@apalis-imx6：~# 。/gpiotest_nonblock.pyThe LED initial status is ONplease enter ‘Q’ to quitThe LED turns OFFThe LED turns ONThe LED turns OFFQDo you really want to quit？ yes or noyesroot@apalis-imx6：~#-----------------------4）。 使用PyQt5实现图形化界面GPIO中断程序a）。 硬件配置和连接和上面的测试场景一致。b）。 为了方便开发PyQt5界面，首先通过Qtcreator创建如下QWidget项目UI界面// LED Status 右边的 QFrame 方框以及QLable用于显示LED当前的状态// ‘Turn ON’和’Turn OFF’ 两个PushButton用于通过界面控制LED状态，’Exit’ PushButton用于退出程序。/ 最终的UI源代码参考如下，将对应的mainwindow.ui文件复制到Apalis iMX6 Python应用相同路径下https://github.com/simonqin09/libsoc-examples/blob/master/python/mainwindow.uic）。 程序源代码参考如下：https://github.com/simonqin09/libsoc-examples/blob/master/python/gpiotest_pyqt5.py说明如下：。/ class ApplicationWindow 用于实现Qt5界面以及相关按键操作：// 首先通过 loadUi 函数来加载之前制作好的UI文件 mainwindow.ui，然后初始化界面显示，连接各个按键对应的处理程序// 最后开启一个新的Qthread线程self.thread，用于处理外部GPIO按键中断相应，连接新线程反馈信号的处理程序，最后启动新线程// LedStatusChange 函数为处理新线程反馈回来的LED状态变化信号而同步改变界面显示状态的函数// Button_On_clicked 和 Button_Off_clicked 函数用于根据界面按键的点击来对应改变LED GPIO输出以及界面显示的函数// Button_Exit_clicked 和 closeEvent 函数用于处理退出程序包括子线程的退出等相关的函数。/ class gpioInterrupt 为用于处理GPIO中断同时对于改变LED GPIO输出以及将LED状态变化反馈给界面主程序// 首先定义反馈信号，并初始化所需要使用的GPIO引脚// run 函数部分基本就是上面第3章节的阻塞模式Python应用的代码，这里就不做赘述了d）。 测试运行结果如下：-----------------------root@apalis-imx6：~# 。/gpiotest_pyqt5.pyThe LED initial status is ONset LOWset HIGHThe LED turns OFFbutton clicked for setting LOWThe LED turns ONbutton clicked for setting HIGHroot@apalis-imx6：~#5）。 总结如上述示例，使用Python和PyQt5非常方便了创建一个嵌入式界面应用程序示例，相对于传统C语言开机要配置交叉编译环境，整个流程更加快捷方便，同时在实现比较简单的控制的时候其运行效率也是可以接受的，另外Python还可以集成大量的组件方便开发，就更加简化了比如设计机器视觉、人工智能等领域的嵌入式应用开发流程。
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