0
  • 聊天消息
  • 系統(tǒng)消息
  • 評論與回復
登錄后你可以
  • 下載海量資料
  • 學習在線課程
  • 觀看技術視頻
  • 寫文章/發(fā)帖/加入社區(qū)
會員中心
創(chuàng)作中心

完善資料讓更多小伙伴認識你,還能領取20積分哦,立即完善>

3天內不再提示

【試用報告】RP2040上的MicroPython環(huán)境中多線程編程

電子發(fā)燒友論壇 ? 來源:未知 ? 2023-04-18 09:15 ? 次閱讀

雙核介紹

BPI-Pico-RP2040官方介紹如下:



其核心是RP2040,采用的是ARM Cortex M0+ CPU內核,運行頻率高達 133 MHz。


比一般使用Cortex M0+的MCU更強大的是,RP2040使用了雙核ARM Cortex M0+,既然是雙核的,那么我們就可以在BPI-Pico-RP2040運行多線程程序了,更好的挖掘出其潛力來。


多線程了解

關于什么是多線程,本文不講,大家可以自行查找資料詳細了解。


為了更方便的進行測試,本次所有的實例,都是在python環(huán)境中進行的。


經過了解,circuitpython還不支持多線程,而micropython則已經提供支持。


不過micropython中的多線程還是實驗性質的支持,這從官方文檔中可以了解:MicroPython libraries ? _thread – multithreading support



micropython官方為RP2040提供的最新固件為v1.19.1,其已提供對多線程的支持。


因為micropython的多線程基于CPython中的_thread模塊,所以可以從Python官方文檔了解其具體用法:_thread --- 底層多線程 API


如果是開始使用多線程,那么先關注如下的調用,等熟悉了以后,再深入學習其他的:

  • _thread.start_new_thread(function, args[, kwargs]):開啟一個新線程

  • _thread.allocate_lock():返回一個新的鎖對象

  • lock.acquire(blocking=True, timeout=- 1):申請獲得鎖

  • lock.release():釋放鎖


本文中所有的實例代碼,都可以從以下地址獲?。?/p>

Pico(RP2040)上的MicroPython環(huán)境中多線程編程https://gitee.com/honestqiao/multithread_in_micropython_on_pico


基礎多線程

首先,用一個簡單的micropython程序,來控制板載的LED不同時間點亮和熄滅

# file: multicore_test01.py
import machine
import _thread
import utime


led = machine.Pin(25, machine.Pin.OUT)
led.off()


key = 0
start_time = 0
def run_on_core1():
global start_time
while start_time == 0:
pass


while True:
utime.sleep_ms(300)
print((utime.ticks_us()-start_time)//100000, "led on")
led.on()
utime.sleep_ms(700)

def run_on_core0():
global start_time
start_time = utime.ticks_us()
while True:
utime.sleep_ms(700)
print((utime.ticks_us()-start_time)//100000, "led off")
led.off()
utime.sleep_ms(300)


_thread.start_new_thread(run_on_core1, ( ))
run_on_core0()

(左右移動查看全部內容)


在RP2040的micropython環(huán)境中,程序默認在core0上運行,使用_thread.start_new_thread()啟動新的線程后,將會在core1上運行。


上面的程序運行后,具體輸出結果如下:



在run_on_core1中,先延時300ms,然后點亮led,再延時700ms,然后繼續(xù)循環(huán)


在run_on_core0中,先延時700ms,然后熄滅led,再延時300ms,然后繼續(xù)循環(huán)


從以上的輸出可以看到,點亮和熄滅led,都對應到了對應的時間點。


也許有人會說,這有啥用,我不用多線程,也完全可以在對應的時間點點亮和熄滅LED,用多線程豈不是多此一舉。


上面的例子,是一個基礎的多線程演示,其只是在兩個線程中,控制同一個LED,所以會覺得意義不大。如果我們的程序要同時做兩件不同的事情,那么每件事情在一個core上運行,互不干擾,就很重要的,在后面會有這樣的實例展示。


確認雙線程

在不同的開發(fā)板上,對多線程的支持,也是有差異的。


RP2040上的micropython,只能跑兩個線程,每個線程占用1個core,多了就會出錯。


我們可以用下面的程序進行驗證:

# file: multicore_test02.py


import machine
import _thread
import utime


def thread_1():
while True:
print("thread_1")
utime.sleep_ms(1000)


def thread_2():
while True:
print("thread_2")
utime.sleep_ms(1000)


_thread.start_new_thread(thread_1, ( ))
_thread.start_new_thread(thread_2, ( ))


while True:
print("main")
utime.sleep_ms(1000)

(左右移動查看全部內容)


運行上面的程序后,將會出現如下的錯誤信息



其原因在于,主程序本身,使用了core0,而使用_thread.start_new_thread()創(chuàng)建一個線程時,會自動的使用core1,第二次調用_thread.start_new_thread()再次創(chuàng)建一個線程時,無法再使用core1,所以就會出錯。


在core1上運行的子線程,需要使用_thread.start_new_thread()創(chuàng)建,所以其運行的需要使用一個函數進行調用作為入口。


而程序的主線程,運行在core0上,可以直接在程序主流程中寫運行邏輯,也可以寫一個函數調用,效果是一樣的。


后續(xù)的實例中,我們將使用run_on_core0()和run_on_core1()來區(qū)分在core0、core1的所運行的線程。



線程間交互


全局變量

通常時候,讓兩個線程,分別做各自獨立的事情,可以運行的很好。


但有的時候,我們可能還需要兩個之間,能夠有一些交流。


最簡單的方法,就是使用一個全局變量,然后兩個線程之間,都調用這個全局變量即可。


下面用一個簡單的程序進行演示:

# file: multicore_test03.py
import machine
import _thread
import utime


led = machine.Pin(25, machine.Pin.OUT)
led.off()


status = 0
def run_on_core1():
global status
while True:
if status:
led.on()
else:
led.off()
utime.sleep_ms(100)

def run_on_core0():
global status
while True:
status = 1 if not status else 0
utime.sleep_ms(1000)


_thread.start_new_thread(run_on_core1, ( ))
run_on_core0()

(左右移動查看全部內容)


在上面的程序中,core0上的程序,每隔1秒,將status取反一次。core1上的程序,則根據status的值,來點亮或者熄滅LED。


線程鎖

上面這個程序比較簡單,處理起來的速度很快,所以這么實用,不會有什么問題。


如果我們有一個程序需要兩個線程進行配合,例如主線程進行數據采集分析,而子線程進行數據的呈現,就有可能會出現問題了。


我們看一看下面的程序:

# file: multicore_test04.py
import machine
import _thread
import utime


led = machine.Pin(25, machine.Pin.OUT)
led.off()


status = 0
data = []
def run_on_core1():
global status, data
while True:
if status:
led.on()
else:
led.off()
str_data = ''.join(data)
print("str_data: len=%d content=%s" % (len(str_data), str_data))
utime.sleep_ms(1000)

def run_on_core0():
global status, data
while True:
status = 1 if not status else 0
data = []
for i in range(100):
data.append(str(status))
utime.sleep_ms(10)
utime.sleep_ms(1000)


_thread.start_new_thread(run_on_core1, ( ))
run_on_core0()

(左右移動查看全部內容)


在core0的主線程中,根據status的值,將data設置為100個0或者1;而在core1的子線程中,則將其值合并為字符串輸出出來,輸出的同時,顯示字符串的長度。


運行上面的程序后,實際輸出結果如下:



按說,其長度,要么是空,要么是100,可是實際結果卻會出現不為100的情況呢?


這是因為,core0上的主線程在操作data,core1的子線程也在操作data,兩者都是在同時進行的,而多個控制線程之間是共享全局數據空間,那么就會出現,core0上的主線程處理數據處理到到一半了,core1的子線程已經開始操作了,這樣就會出現問題,數據不完整了。


顯然,這種情況,是我們所不期望的。那要解決這種情況,可以用一個全局變量作為標志,主線程告訴子線程是否處理完成了,一旦處理完成了,子線程就可以開始處理了。


但線程調用庫本身,有更好的辦法,那就是鎖。


我們先看下面的程序:

# file: multicore_test05.py
import machine
import _thread
import utime


led = machine.Pin(25, machine.Pin.OUT)
led.off()


status = 0
data = []
def run_on_core1():
global status, data
while True:
if status:
led.on()
else:
led.off()
lock.acquire()
str_data = ''.join(data)
print("str_data: len=%d content=%s" % (len(str_data), str_data))
lock.release()
utime.sleep_ms(1000)

def run_on_core0():
global status, data
while True:
status = 1 if not status else 0
lock.acquire()
data = []
for i in range(100):
data.append(str(status))
utime.sleep_ms(10)
lock.release()
utime.sleep_ms(1000)


lock = _thread.allocate_lock()
_thread.start_new_thread(run_on_core1, ( ))
run_on_core0()

(左右移動查看全部內容)


在上面的程序中,啟動線程之前,使用 _thread.allocate_lock() 來獲取一個新的鎖,然后在core0的主線程中,處理數據前,使用 lock.acquire() 獲得鎖,處理完成后,再使用lock.release()釋放鎖。


一但一個線程獲得鎖,那么其他線程想要獲得該鎖時,只能等待直到這個鎖被釋放,也就是不能同時獲得,這在python中叫做互斥鎖。


因而,在core1的子線程,要輸出數據的時候,也使用同樣的機制來獲得和釋放鎖。


最終,data改變時,其他地方需要等待改變完成。data輸出時,其他地方也需要等待輸出完成。從而確保了任何時刻,對只有一個地方操作改數據。


運行上面的程序,就能得到理想的輸出了:



運行中啟動線程

前面演示的程序,都是在主線程中,啟動了子線程,然后并行運行。


在實際使用中,還可以在主線程中,按需啟動子線程。

我們先看下面的程序:

# file: multicore_test06.py
import machine
import _thread
import utime


def run_on_core1():
print("[core1] run thread")
utime.sleep_ms(100)


def run_on_core0():
while True:
print("[core0] start thread:")
_thread.start_new_thread(run_on_core1, ( ))
utime.sleep_ms(1000)

run_on_core0()

(左右移動查看全部內容)


在上面的程序中,core0上運行的主線程,會每過1秒啟動一個子線程。子線程在core1上運行完以后,會自動退出。


運行后,輸出如下:



需要特別注意的是,如果子線程還沒有退出,那么再次啟動,將會出現錯誤。


例如我們修改上面的程序的延時如下:

# file: multicore_test07.py
import machine
import _thread
import utime


def run_on_core1():
print("[core1] run thread")
utime.sleep_ms(1000)


def run_on_core0():
while True:
print("[core0] start thread:")
_thread.start_new_thread(run_on_core1, ( ))
utime.sleep_ms(100)

run_on_core0()

(左右移動查看全部內容)


運行后,就會出錯:

[core0] start thread:
[core1] run thread
[core0] start thread:
Traceback (most recent call last):
File "", line 17, in
File "", line 14, in run_on_core0
OSError: core1 in use


其原因就在于,子線程還沒有結束,主線程又再次啟動主線程了。


這在多線程編程中,是需要特別注意的問題。


要解決這個問題,可以使用前面主線程和子線程交互中的方法,例如使用一個全局變量表示子線程是否運行完成,或者使用鎖。


下面是一個使用鎖的程序:

# file: multicore_test08.py
import machine
import _thread
import utime


def run_on_core1():
lock.acquire()
print("[core1] run thread")
utime.sleep_ms(1000)
lock.release()


def run_on_core0():
while True:
print("[core0] start thread:")
lock.acquire()
_thread.start_new_thread(run_on_core1, ( ))
lock.release()
utime.sleep_ms(100)


lock = _thread.allocate_lock()
run_on_core0()

(左右移動查看全部內容)


運行后,輸出如下:

[core0] start thread:
[core1] run thread
[core0] start thread:
[core1] run thread
[core0] start thread:
[core1] run thread
[core0] start thread:
[core1] run thread



多線程的實例


雙線程做pwm和ws2812b

下面,再用一段稍微復雜一點點的程序,演示多線程的使用。

# file: multicore_test09.py
import machine
import _thread
import utime
from ws2812 import WS2812


led = machine.Pin(25, machine.Pin.OUT)
led.off()


BLACK = (0, 0, 0)
RED = (255, 0, 0)
YELLOW = (255, 150, 0)
GREEN = (0, 255, 0)
CYAN = (0, 255, 255)
BLUE = (0, 0, 255)
PURPLE = (180, 0, 255)
WHITE = (255, 255, 255)
COLORS = (BLACK, RED, YELLOW, GREEN, CYAN, BLUE, PURPLE, WHITE)


ws = WS2812(3, 1) #WS2812(pin_num,led_count)
ws.pixels_fill(BLACK)
ws.pixels_show()


def run_on_core1():
while True:
for color in COLORS:
ws.pixels_fill(color)
ws.pixels_show()
utime.sleep_ms(200)

def run_on_core0():
duty = 0
step = 1
count = 0
while True:
led.on()
utime.sleep_ms(duty)
led.off()
utime.sleep_ms(10-duty)

count = count + 1
if count>10:
count = 0
duty = duty + step
if duty >= 10:
step = -1
if duty <= 0 :
step = 1


_thread.start_new_thread(run_on_core1, ( ))
run_on_core0()

(左右移動查看全部內容)


在上面的這段程序中,我們會在core0上運行的主線程中,控制GPIO25的輸出占空比,從而讓板載LED產生類似呼吸燈的效果。同時,還會在core1上運行的子線程中,控制板載WS2812B燈珠變色。


雙線程播放Bad Apple

最后,我們再用經典的Bad Apple,作為這篇文章的結尾。

# file: multicore_test10.py
from machine import SPI,Pin
from ssd1306 import SSD1306_SPI
import framebuf
import _thread
import utime


spi = SPI(1, 100000, mosi=Pin(11), sck=Pin(10))
display = SSD1306_SPI(128, 64, spi, Pin(9),Pin(8), Pin(1))


def run_on_core1():
global fbuf
while True:
if not fbuf == None:
display.fill(0)

lock.acquire()
display.blit(fbuf,19,0)
fbuf = None
lock.release()

display.show()


utime.sleep_ms(100)


def run_on_core0():
global fbuf
while True:
for i in range(1,139):
dirt = 'BAD_APPLE/' + str(i) + '.pbm'
print(i, dirt)
with open(dirt,'rb') as f :
f.readline()
f.readline()
data = bytearray(f.read())

lock.acquire()
fbuf = framebuf.FrameBuffer(data,88,64,framebuf.MONO_HLSB)
lock.release()

utime.sleep_ms(100)


fbuf = None
lock = _thread.allocate_lock()
_thread.start_new_thread(run_on_core1, ( ))
run_on_core0()

(左右移動查看全部內容)


上面的代碼,使用core0上運行的主線程,來從pbm文件中讀取需要呈現的圖片數據,而在core1上運行的子線程中,則使用讀取到的數據輸出到OLED進行顯示。


因為受限于Pico內置存儲的限制,并沒有存儲完整的Bad Apple數據,所以只播放了部分。如果感興趣,可以將數據放置到SD卡上,主線程讀取數據,子線程顯示數據,一樣絲滑流暢。



后記


多線程是個讓人有愛又恨的東西,用好了能有大作用,但是用不好可能會出現莫名其妙的問題,需要好好鉆研。本文只是一些較為基礎的研究,還比較淺顯,對于gc等方面,都尚未涉及,感興趣的讀者可以進一步深入了解。


在鉆研的過程中,參考了不少資料,對所有資料的貢獻者表示感謝。以下為參考到的部分資料列表:

  • 樹莓派Pico迷你開發(fā)板MicroPython多線程編程實踐

  • Multithreaded on Raspberry Pi Pico (MicroPython)

  • Raspberry Pi Pico Dual Core Programming

  • Multi Thread Coding on the Raspberry Pi Pico in Micropython

  • pico-micropython-examples

  • Raspberrypi Pico MicroPython Cookbook

  • MicroPython類庫 ? _thread --- 線程

  • ESP32上驅動OLED屏幕播放你想要的視頻



聲明本文由電子發(fā)燒友社區(qū)發(fā)布,轉載請注明以上來源。如需社區(qū)合作及入群交流,請?zhí)砑游⑿臙EFans0806,或者發(fā)郵箱liuyong@huaqiu.com。


更多熱點文章閱讀

  • 龍芯架構首款面向嵌入式應用的開發(fā)板,2K500開發(fā)應用實例

  • 基于32位RISC-V設計的互聯型微控制器,沁恒微CH32V307開發(fā)樣例

  • RK3568!四核64位ARMv8.2A架構,匯聚編譯源碼及實戰(zhàn)樣例

  • 尺寸僅有21mm*51mm,板邊采用郵票孔設計,合宙 Air105 核心板開發(fā)總結

  • 基于32位RISC-V高集成SoC,ADP-Corvette-T1開發(fā)板樣例及源碼!


原文標題:【試用報告】RP2040上的MicroPython環(huán)境中多線程編程

文章出處:【微信公眾號:電子發(fā)燒友論壇】歡迎添加關注!文章轉載請注明出處。

聲明:本文內容及配圖由入駐作者撰寫或者入駐合作網站授權轉載。文章觀點僅代表作者本人,不代表電子發(fā)燒友網立場。文章及其配圖僅供工程師學習之用,如有內容侵權或者其他違規(guī)問題,請聯系本站處理。 舉報投訴

原文標題:【試用報告】RP2040上的MicroPython環(huán)境中多線程編程

文章出處:【微信號:gh_9b9470648b3c,微信公眾號:電子發(fā)燒友論壇】歡迎添加關注!文章轉載請注明出處。

收藏 人收藏

    評論

    相關推薦

    RP2350 數據手冊及深度了解功能性能特性和開源項目案例

    Raspberry Pi RP2350 是 Raspberry Pi 推出的新一代微控制器,它在上一代 RP2040的基礎上進行了重大改進。本文將深入探討 RP2350 的功能特性、與 RP2
    的頭像 發(fā)表于 12-27 15:10 ?245次閱讀
    <b class='flag-5'>RP</b>2350 數據手冊及深度了解功能性能特性和開源項目案例

    【社區(qū)工程師專題系列第九期】一個狂熱的開源愛好者和傳播者——喬楚

    。 3、BPI-Pico-RP2040 開發(fā)板體驗 RP2040編程 IO (PIO) 使用初探 RP2040
    發(fā)表于 11-19 18:18

    socket 多線程編程實現方法

    在現代網絡編程多線程技術被廣泛應用于提高服務器的并發(fā)處理能力。Socket編程是網絡通信的基礎,而將多線程技術應用于Socket
    的頭像 發(fā)表于 11-12 14:16 ?370次閱讀

    Python多線程和多進程的區(qū)別

    Python作為一種高級編程語言,提供了多種并發(fā)編程的方式,其中多線程與多進程是最常見的兩種方式之一。在本文中,我們將探討Python多線程
    的頭像 發(fā)表于 10-23 11:48 ?408次閱讀
    Python<b class='flag-5'>中</b><b class='flag-5'>多線程</b>和多進程的區(qū)別

    我用了3分鐘,從零實現了單片機的點燈開發(fā)!

    近日,小熊派悄悄的上線了一款新的Pico板,基于樹莓派RP2040芯片的:BearPi-Pico RP2040 樹莓派? 對,你沒看錯!樹莓派不僅是一家優(yōu)秀的開源硬件品牌,更是一家優(yōu)秀的芯片公司
    發(fā)表于 09-27 15:51

    龍芯2K0300蜂鳥板試用報告

    龍芯2K0300蜂鳥板試用報告 一、試用環(huán)境 操作系統(tǒng)和框架:Linux+QT5.15 交叉編譯工具鏈
    發(fā)表于 09-13 18:00

    PLC系統(tǒng)的背板電源保護應用報告

    電子發(fā)燒友網站提供《PLC系統(tǒng)的背板電源保護應用報告.pdf》資料免費下載
    發(fā)表于 09-13 09:10 ?0次下載
    PLC系統(tǒng)<b class='flag-5'>中</b>的背板電源保護應<b class='flag-5'>用報告</b>

    ubuntu上交叉編譯rp2040

    連接到rp2040 ,所以使用另一塊pico作為調試器,需要給pico調試器下載固件,也就是picoprobe 地址 https://github.com/Wiz-IO
    發(fā)表于 08-27 08:00

    樹莓派Pico 2發(fā)布,搭載RP2350雙核RISC-V和Arm Cortex-M33微控制器!

    RP2040 一樣輕松超頻到 250MHz 官方聲稱 RP2350 與 RP2040 在軟件和硬件都是向前兼容的(RP2350 兼容
    發(fā)表于 08-13 10:07

    pico-ice:RP2040 plus Lattice iCE40UP5K FPGA 開發(fā)板 介紹

    RP2040 提供的 FPGA 時鐘,可在 SW 控制下輕松對 FPGA 時鐘進行編程 RP2040 可以對 FPGA 進行編程,還提供直通 UART 功能 通過 SPI 與 FPG
    發(fā)表于 06-28 15:45

    多線程設計模式到對 CompletableFuture 的應用

    最近在開發(fā) 延保服務 頻道頁時,為了提高查詢效率,使用到了多線程技術。為了對多線程方案設計有更加充分的了解,在業(yè)余時間讀完了《圖解 Java 多線程設計模式》這本書,覺得收獲良多。本篇文章將介紹其中
    的頭像 發(fā)表于 06-26 14:18 ?367次閱讀
    從<b class='flag-5'>多線程</b>設計模式到對 CompletableFuture 的應用

    java實現多線程的幾種方式

    Java實現多線程的幾種方式 多線程是指程序包含了兩個或以上的線程,每個線程都可以并行執(zhí)行不同的任務或操作。Java
    的頭像 發(fā)表于 03-14 16:55 ?713次閱讀

    python5種線程鎖盤點

    線程安全是多線程或多進程編程的一個概念,在擁有共享數據的多條線程并行執(zhí)行的程序,
    發(fā)表于 03-07 11:08 ?1599次閱讀
    python<b class='flag-5'>中</b>5種<b class='flag-5'>線程</b>鎖盤點

    基于樹莓派RP2040的解魔方機器人,7秒還原三階魔方

    地望著你,是時候亮出工程師的魔法神器了。今天特別分享@愛跑步的小何大佬的開源佳作——三階魔方還原機器人。三階魔方還原機器人-開源分享-這是一款基于樹莓派RP2040單片機設
    的頭像 發(fā)表于 01-13 08:04 ?1863次閱讀
    基于樹莓派<b class='flag-5'>RP2040</b>的解魔方機器人,7秒還原三階魔方

    基于樹莓派RP2040單片機設計的三階魔方還原機器人

    這是一款基于樹莓派RP2040單片機設計的三階魔方還原機器人,控制和魔方求解都使用單片機完成。對于隨機打亂的三階魔方,平均還原步驟數在21步左右。
    的頭像 發(fā)表于 01-12 13:37 ?1423次閱讀
    基于樹莓派<b class='flag-5'>RP2040</b>單片機設計的三階魔方還原機器人