一、什么是 MicroPython？

MicroPython 是面向微控制器的 Python 语言。借助 MicroPython，你可以编写 Python3 代码，甚至在资源受限的裸机架构上运行它。

? 基础知识补充：

裸机架构：指没有操作系统（OS）、直接在硬件上运行程序的环境，资源（RAM、Flash 存储）非常有限，比如 ESP32、STM32 等单片机。

Python3 兼容性：MicroPython 语法高度兼容 Python 3，大幅降低了嵌入式开发的学习门槛，让熟悉 Python 的开发者能快速上手硬件开发。

二、MicroPython 的核心亮点

紧凑高效：仅需 256k 代码空间和 16k RAM 即可运行，无需依赖操作系统（也可搭配 OS 使用）。
高度兼容：力求与标准 Python（即 CPython）语法、库尽可能兼容。
跨架构支持：支持 x86、x86-64、ARM、ARM Thumb、Xtensa（ESP32 采用）等主流嵌入式 CPU 架构。
交互式开发：无需「编译 - 烧录 - 重启」的繁琐流程，通过 REPL（交互式提示符） 可直接输入命令并立即执行，实时调试代码。
生态流行：支持众多硬件平台，用户群体持续扩大，知名分支包括 CircuitPython（教育向）、MicroPython_ESP32_psRAM_LoBo（ESP32 优化版）。
嵌入式导向：内置专门面向硬件的模块，例如 machine 模块，可直接操作 I/O 引脚、ADC、串口（UART）、SPI、I2C、RTC、定时器等底层硬件。

? 基础知识补充：

REPL：Read-Eval-Print Loop（读取 - 求值 - 输出循环），类似 Python 的交互式终端，能实时验证代码，是嵌入式快速调试的核心工具。

machine 模块：MicroPython 的核心硬件操作模块，封装了所有底层硬件外设的操作接口，是嵌入式开发的基础入口。

三、为什么选择「MicroPython + LVGL」？

MicroPython 本身没有成熟的原生高级 GUI 库，而LVGL（轻量级多功能图形库**）** 是一款面向对象、基于组件的高级 GUI 库，非常适合映射到 Python 这类高级语言中。LVGL 由 C 语言实现，其 API 也是 C 语言风格。

? 基础知识补充：

LVGL：嵌入式领域最流行的开源 GUI 库之一，专为资源受限的微控制器设计，提供按钮、标签、列表、图表等丰富 UI 组件，支持动画、触摸交互等现代 GUI 特性。

面向对象 + 组件化：LVGL 允许通过组合基础组件（如按钮 + 标签）创建复杂界面，代码复用性高，维护更便捷。

四、使用「LVGL in MicroPython」的优势

Python 语言开发 GUI：利用 Python 的面向对象、语法简洁等特性，降低 GUI 开发复杂度。
极短迭代周期：

C 语言开发 GUI：每次修改需经历「改代码 → 编译 → 烧录 → 运行」，流程繁琐耗时。
MicroPython 开发 GUI：仅需「改代码 → 运行」，还可通过 REPL 交互式调试，大幅提升迭代效率。

抽象建模 GUI：可利用 Python 的继承、闭包、列表推导式等语言特性，构建更灵活、可复用的界面逻辑。
降低入门门槛：无需掌握 C 语言即可开发嵌入式 GUI，与 CircuitPython「教育优先」的愿景高度契合，让新手更容易入门嵌入式开发。
工具生态拓展：可基于此开发更高层级的工具，例如拖拽式 GUI 设计器。

五、「MicroPython + LVGL」的应用场景

GUI 快速原型开发：快速搭建界面原型，验证交互逻辑。
界面微调迭代：实时调整界面样式、交互逻辑，无需编译烧录。
模块化界面设计：通过定义可复用的组合对象，构建复杂 GUI。
教育与科普：让零基础开发者快速体验嵌入式 GUI 开发。
工具开发：开发 LVGL 的可视化设计工具、调试工具等。

六、代码示例：Hello World

import lvgl as lv lv.init() scr = lv.obj() btn = lv.btn(scr) btn.align(lv.ALIGN.CENTER, 0, 0) label = lv.label(btn) label.set_text("Hello World!") lv.screen_load(scr)

import lvgl as lv：导入 LVGL 库，别名为 lv（简化调用）。
lv.init()：初始化 LVGL 图形库（必须第一步执行）。
scr = lv.obj()：创建屏幕根对象（所有 UI 组件的父容器）。
btn = lv.btn(scr)：在屏幕上创建一个按钮组件。
btn.align(lv.ALIGN.CENTER, 0, 0)：将按钮居中对齐，后两个参数为 X、Y 方向偏移量（此处为 0，即完全居中）。
label = lv.label(btn)：在按钮上创建一个标签组件（作为按钮的子元素）。
label.set_text("Hello World!")：设置标签显示文本。
lv.screen_load(scr)：加载并显示该屏幕。

? 基础知识补充：

LVGL 采用父子对象模型：所有 UI 元素都是 lv.obj 的子类，通过父子关系构建界面层级（屏幕 → 按钮 → 标签）。

align() 方法：用于精准控制组件位置，lv.ALIGN.CENTER 是最常用的居中对齐方式。

七、如何使用「MicroPython + LVGL」？

7.1 在线模拟器

7.2 PC 模拟器

MicroPython 的「unix」移植版允许在 Linux 机器上构建并运行 LVGL + MicroPython；Windows 用户可通过 WSL、VirtualBox 等工具模拟 Linux 环境。

7.3 嵌入式平台

最终目标是在真实硬件上运行，lv_micropython（MicroPython+LVGL 的分支）已支持：

平台：Linux、ESP32、STM32、RP2（树莓派 Pico）
显示驱动：SDL（Linux）、X11（Linux）、ILI9341/ILI9488/GC9A01/ST7789/ST7735（ESP32 / 通用）
输入驱动：SDL（Linux）、X11（Linux）、XPT2046/FT6X36（触摸）、ESP32 ADC（电阻触摸）

? 基础知识补充：

驱动：嵌入式 GUI 需要「显示驱动」（控制屏幕显示）和「输入驱动」（处理触摸 / 按键），lv_micropython 已封装主流硬件驱动，降低移植难度。

RP2：树莓派 Pico 系列的 RP2040 芯片，是低成本、高性能的入门级微控制器。

八、高级特性：自动生成绑定

LVGL 是 lv_micropython 的git 子模块（方便分离维护核心库与绑定代码）。
构建 lv_micropython 时，工具会自动扫描 LVGL C API，生成对应的 Python API。
优势：无需手动编写绑定代码，保证 API 与 LVGL 核心库同步更新，支持任意 LVGL 版本。

九、内存管理（关键注意事项）

当 LVGL 在 MicroPython 中运行时，所有动态内存分配（lv_malloc()）由 MicroPython 的垃圾回收（GC） 管理器处理。

9.1 问题场景

GC 无法感知数据段（Data Segment） 中的指针：

全局变量指针
静态全局变量指针
静态局部变量指针

这类指针若仅存储 lv_malloc() 返回的地址，会被 GC 误认为「无引用」而提前回收，导致内存崩溃。

9.2 解决方法

将全局 / 静态局部变量替换为 (LV_GLOBAL_DEFAULT()->_var)
在使用该变量的文件中包含 lv_global.h
在 lv_global.h 的 lv_global_t 结构体中添加 _var 成员

? 基础知识补充：

**垃圾回收（GC）**：自动回收不再被引用的内存，避免内存泄漏，但静态 / 全局指针不在 GC 追踪范围内。

数据段：存储全局变量、静态变量的内存区域，生命周期与程序一致。

十、回调机制（交互核心）

在 C 语言中，回调是函数指针；但在 MicroPython 中，需要为每个回调同时注册函数指针和 Python 可调用对象，因此定义了一套回调规范：

10.1 核心原理

利用 void * user_data 字段，由 MicroPython「胶水代码」自动保存回调对应的 Python 对象：

注册回调时，胶水代码将 Python 对象存入 user_data
触发回调时，胶水代码从 user_data 中取出 Python 对象并执行

10.2 三种回调定义方式

**user_data 放在结构体中**：结构体包含 user_data，作为注册函数和回调函数的第一个参数。
**user_data 作为函数参数**：user_data 作为注册函数和回调函数的最后一个参数。
回调与 user_data 同为结构体成员：结构体同时包含函数指针和 user_data，函数指针接收结构体自身作为参数。

? 基础知识补充：

回调函数：GUI 交互的核心，比如「按钮点击」「动画结束」时触发的逻辑。

胶水代码：连接 C 和 Python 的中间代码，负责数据类型转换、函数调用映射，让 Python 能调用 C 实现的 LVGL API。

十一、lvgl-micropython 项目介绍

这是一个将 LVGL 嵌入式 GUI 库绑定到 MicroPython 的开源项目，是 lv_micropython 和 lv_binding_micropython 的衍生版本，核心目标是让开发者能用 Python 语言在微控制器上开发图形界面，同时简化编译流程、统一 API 并拓展硬件支持。

11.1 核心概念与定位

绑定（Binding） 可以理解为「语言翻译器」：LVGL 是用 C 语言编写的嵌入式 GUI 框架，而这个项目通过「胶水代码」将 C 语言的 LVGL API 封装成 Python 可调用的接口，让 MicroPython 开发者能直接用 Python 操作 LVGL 的所有功能，无需编写底层 C 代码。

MicroPython：是 Python 语言的精简版，专为资源受限的微控制器（MCU）设计，内存占用极小，同时保留了 Python 简洁易用的语法和硬件访问能力。

LVGL：是嵌入式领域最流行的开源 GUI 框架之一，用 C99 实现，专为低资源设备优化，提供按钮、标签、列表、动画等丰富的 UI 组件，支持触摸交互和复杂界面布局。

其项目目标在于：

简化 LVGL + MicroPython 的编译流程，降低入门门槛。
统一 API 规范，方便开发者添加新的显示 / 输入设备驱动。
支持更多硬件连接拓扑，适配不同的嵌入式产品形态。
优化性能：针对 RGB 总线等场景做了底层优化，提升 GUI 渲染帧率，同时减少内存占用。

11.2 关键架构与特性

项目重构了依赖逻辑：不再是 MicroPython 的附属组件，而是让 MicroPython 成为本项目的依赖。这一改动极大简化了 MicroPython 版本升级的适配工作，仅需少量修改即可支持新版 MicroPython，避免了过去频繁重构绑定代码的麻烦。

项目提供 make.py Python 脚本统一处理编译，支持主流嵌入式平台：

目标平台：ESP32、STM32、RP2（树莓派 Pico）、Renesas RA、nRF、i.MX RT、SAMD 等，同时支持 Unix/macOS 桌面端模拟（方便调试）。
构建依赖：需要 Python ≥ 3.10 和 C 编译器（gcc/clang/msvc），不同平台需安装对应工具链（如 ESP32 需 build-essential、cmake 等）。
注意：Windows 平台暂未支持，macOS/Unix 版本需在本机编译后直接运行。

11.3 支持和特性

支持绝大多数主流 LCD 驱动芯片，包括：

常用型号：GC9A01、ILI9341、ILI9488、ST7789、ST7796 等。
兼容方案：未列出的 IC 可通过通用 rgb_display 驱动适配。

覆盖主流电容 / 电阻触摸芯片：

电容触摸：CST816S、FT6x36、GT911 等。
电阻触摸：XPT2046、STMPE610 等。

特殊驱动：

SDL2：仅用于 Unix/macOS 桌面端，可在电脑上模拟 LCD 显示和输入，无需烧录到硬件即可调试 GUI 代码。

针对 RGB 总线显示场景做了关键优化：

将全帧缓冲移至 C 层，用户只需分配部分缓冲，减少内存占用。
利用 ESP32 第二个核心异步处理缓冲复制和屏幕旋转，避免阻塞用户 Python 代码，提升渲染帧率。
代价是额外占用几百 KB 内存，适合有 PSRAM 的 ESP32 型号。

核心价值在于：

降低嵌入式 GUI 开发门槛：Python 开发者无需学习 C 语言，就能快速开发嵌入式界面，利用 Python 语法优势（面向对象、迭代调试）提升效率。
保持嵌入式性能：底层仍依赖 LVGL 的 C 语言实现，保证了资源受限设备上的运行效率，同时 Python 层的薄封装几乎无额外开销。
生态拓展：支持海量硬件平台和驱动，适配从消费电子到工业控制的多种嵌入式产品形态。