Hướng dẫn can i use python for embedded systems? - tôi có thể sử dụng python cho các hệ thống nhúng không?

Các ngôn ngữ lập trình C/C ++ chiếm ưu thế lập trình các hệ thống nhúng, mặc dù chúng có một số nhược điểm. Python, mặt khác, có nhiều điểm mạnh làm cho nó trở thành một ngôn ngữ tuyệt vời cho các hệ thống nhúng. Chúng ta hãy nhìn vào những ưu và nhược điểm của từng người, và tại sao bạn nên xem xét Python cho chương trình nhúng.

C/C ++ là các ngôn ngữ được biên dịch, trong khi Python là một ngôn ngữ được giải thích. C/C ++ đã có từ lâu; C được phát triển lần đầu tiên vào năm 1969 và C ++ xuất hiện vào năm 1983. Python IS & nbsp; trẻ hơn được tạo ra vào năm 1989 bởi Guido Van Rossum. Kể từ đó, nó trở thành một trong những ngôn ngữ lập trình nguồn mở phổ biến nhất. Tất cả các bản phát hành Python là nguồn mở và có thể sử dụng tự do và phân phối, ngay cả đối với các dự án thương mại. .

Trường hợp cho Python

Python là ngôn ngữ lập trình giới thiệu phổ biến nhất tại các khoa khoa học máy tính hàng đầu (CS) tại Hoa Kỳ. Theo một nghiên cứu của nhóm Barr, tám trong số mười bộ phận CS hàng đầu hiện đang sử dụng Python để dạy mã hóa. Tranh luận về giá trị của nó nếu bạn muốn, nhưng thực tế đơn giản là ngôn ngữ được hiểu rộng rãi nhất trong nhóm tuyển dụng của những sinh viên tốt nghiệp gần đây là Python. Có nhiều khả năng một sinh viên tốt nghiệp gần đây sẽ hiểu cách viết mã trong Python so với C/C ++.

Các nhà phát triển sở thích có khả năng có một số kinh nghiệm với Python và nhiều khả năng họ sẽ thành thạo Python hơn là C/C ++. Vì chỉ có khoảng 40% các kỹ sư phần mềm máy tính và các nhà phân tích hệ thống có bằng cấp khoa học máy tính, rất nhiều nhân viên trong ngành đang đến từ nền tảng sở thích. Nhưng khi nói đến các hệ thống nhúng, các con số lật khá nghiêm trọng. Nghiên cứu của nhóm Barr cho thấy hơn 95% mã cho các hệ thống nhúng được viết bằng C/C ++. Di sản này trên các hệ thống nhúng có thể khó khăn để vượt qua, nhưng các thuộc tính của nó và số lượng người tuyệt đối mã hóa trong Python có thể giúp nó vượt qua C/C ++ trong tương lai.

Python không chỉ là ngôn ngữ phổ biến nhất cho các chương trình CS giới thiệu, nó cũng là ngôn ngữ phát triển nhanh nhất cho điện toán nhúng. Có lẽ điều đó nghe có vẻ ngớ ngẩn khi bạn quét các con số một lần nữa và nhận ra đó là ngôn ngữ phát triển nhanh nhất của 5% mã hệ thống nhúng không phải là C/C++, nhưng Python sẽ bắt đầu ăn vào độc quyền của C/C ++ hơn nữa so với vài năm tới. Những người có sở thích di cư vào ngành công nghiệp với kinh nghiệm máy bay không người lái, robot hoặc các dự án khác thường có nền Arduino hoặc Raspberry PI. Họ có thể sẽ xử lý Python ở một mức độ nào đó trong thời gian đó, và cũng có khả năng họ sẽ chống lại một số chương trình hệ thống nhúng.

Mặc dù C/C ++ chậm viết, dễ bị lỗi và thường không thể đọc được, Python được biết đến với khả năng viết, giảm lỗi và khả năng đọc. Tầm quan trọng của khả năng đọc không thể được nhấn mạnh quá mức: khi bạn làm việc trong một nhóm, khả năng đọc là tối quan trọng để duy trì mã. Nó phải dễ dàng giải mã trừ khi bạn sẵn sàng bỏ ra nhiều thời gian và tiền bạc hơn để gỡ lỗi và đảm bảo chất lượng. Việc tái sử dụng thiết kế của Python vượt xa C/C ++, và trong môi trường Agile ngày nay, việc tái sử dụng thiết kế có thể là sự khác biệt giữa việc ở phía trước hoặc tụt lại phía sau đối thủ.

Các thuật toán nhúng đang ngày càng phức tạp. Các vòng điều khiển đơn giản đang được thay thế bằng các mạng thần kinh và các quá trình liên quan nhiều khác đã giúp Python có được chỗ đứng của mình. Có các thư viện Python như Theano sẽ tối ưu hóa mã Python cho các quy trình này. Mặc dù Theano chủ yếu được viết bằng C/C ++, Python được sử dụng để giao tiếp với các thư viện hiệu suất cao theo cách thân thiện với con người. Các thư viện Python đang phát triển mạnh Pypi, chỉ số gói Python, có hơn 80.000 mô-đun và các bản tóm tắt lớn này làm tăng đáng kể năng suất của các lập trình viên bằng cách cung cấp cho họ tùy chọn bỏ qua một vài bước và sử dụng các chức năng đã được thiết lập trong mã riêng của họ.

Trường hợp cho C/C ++

Trường hợp cho C/C ++ là khá rõ ràng: nó tạo ra mã thời gian chạy nhỏ gọn và nhanh hơn và nó đã là ngôn ngữ được lựa chọn cho 95% mã hệ thống nhúng, do đó, nó có toàn bộ di sản mà Python sẽ phải vượt qua. Tuy nhiên, khi nói đến tốc độ, tốc độ thời gian chạy không phải là khía cạnh duy nhất của sự phát triển để xem xét, bạn cũng phải xem xét tốc độ phát triển. Mặc dù Python có thể kém hiệu quả hơn C/C ++ trong thời gian chạy, trong quá trình phát triển, nó hiệu quả hơn nhiều. Thông dịch viên đọc từng dòng mã, phân tích cú pháp, kiểm tra thời gian chạy và các thói quen gọi để thực hiện các hoạt động trong mã. Đây là hoạt động hơn rất nhiều so với những gì bạn nhận được từ việc chạy mã C/C ++, trong đó cùng một dòng mã có thể được biên dịch thành một vài hướng dẫn. Điều này có thể dẫn đến tốc độ thời gian chạy chậm hơn và mức tiêu thụ năng lượng cao hơn với Python.

Cải thiện tốc độ của Python

Vì vậy, trường hợp chính chống lại Python so với C/C ++ là tốc độ thời gian chạy của nó, nhưng có một số cách để tối ưu hóa mã để nó chạy hiệu quả hơn. Ngoài các thư viện như Theano, còn có các tiện ích mở rộng cho Python như Cython, về cơ bản là Python với việc gõ tĩnh và từ khóa để chạy toán nhanh hơn. Vì Cython được gõ tĩnh, bạn có thể dễ dàng biên dịch thành C/C ++ và chạy ở tốc độ C/C ++.

Trình biên dịch chỉ trong thời gian (JIT) là một cách tốt khác để cải thiện tốc độ chạy của Python. Các trình biên dịch này hoạt động song song với trình thông dịch của Python để tạo các hướng dẫn máy biên dịch cho mã bên trong các vòng lặp. Điều này cho phép các thông dịch tiếp theo của thông dịch để thực hiện nhanh hơn. Trình biên dịch Pypy JIT có thể tăng tốc độ thực hiện của Python lên gần một hệ số hai. Tuy nhiên, các trình biên dịch JIT chỉ nên được sử dụng nếu có đủ không gian, và các hệ thống nhúng thường không có nhiều thứ đó để dự phòng. Tối ưu hóa tốt nhất là sử dụng các cấu trúc và thuật toán dữ liệu tốt hơn, nhưng đây là nhiệm vụ khó nhất trong thiết kế và triển khai phần mềm, vì vậy tốt nhất là sử dụng một trong các công cụ trên, tùy thuộc vào cấp độ kỹ năng của bạn.

Sử dụng Python để giao tiếp với các hệ thống nhúng

Python có thể mạnh nhất khi được sử dụng như một người trung gian truyền thông giữa người dùng và hệ thống nhúng mà họ đang làm việc. Gửi tin nhắn qua Python đến hoặc từ một hệ thống nhúng cho phép người dùng tự động hóa thử nghiệm. Các tập lệnh Python có thể đưa hệ thống vào các trạng thái khác nhau, đặt cấu hình và kiểm tra tất cả các loại trường hợp sử dụng trong thế giới thực. Python cũng có thể được sử dụng để nhận dữ liệu hệ thống nhúng có thể được lưu trữ để phân tích. Các lập trình viên sau đó có thể sử dụng Python để phát triển các tham số và các phương pháp khác để phân tích dữ liệu đó.

Hiện tại cuộc tranh luận chính về giá trị của Python và C/C ++ đi đến những gì quan trọng hơn đối với nhóm của bạn: tốc độ phát triển hoặc tốc độ thời gian chạy. Tuy nhiên, trong tương lai, các lập trình viên Python có thể không sử dụng trường hợp của họ để sử dụng trong các hệ thống nhúng, mà là các nhà thiết kế hệ thống nhúng để tìm ra cách phù hợp với sự phổ biến không ngừng của Python.

Ngôn ngữ lập trình nào là tốt nhất cho các hệ thống nhúng?

Python được sử dụng ở đâu trong các hệ thống nhúng?

Chúng ta có thể sử dụng Python trong vi điều khiển không?

Python có phải là không thể nhúng?