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栏前言

很多初学者甚至有经验的嵌入式工程师都有一个共性疑问：Python 作为 “脚本语言”“胶水语言”，只能跑在 PC 和服务器上吗？能不能给单片机、FPGA 这些嵌入式芯片编程？

网上的答案零散且参差不齐，有的混淆 “原生运行” 和 “上位机控制”，有的只讲结论不讲原理。本付费专栏将系统带你从零掌握 Python 在嵌入式领域的全场景用法：从 51 单片机、STM32 到 FPGA、华为芯片，从底层原理到环境搭建，从基础语法到项目实战，一步一步讲透，既有技术深度，又有可直接复用的工程代码。

本篇是专栏第 1 篇，我们一次性解决所有核心问题：Python 到底能不能给各类嵌入式芯片编程？怎么编程？需要装什么软件和库？和 Linux 有什么关系？并附上 3 个可直接运行的入门实战代码。

一、先搞懂核心：Python 嵌入式编程的 3 种范式

绝大多数关于 “Python 能不能写嵌入式” 的争论，本质都是混淆了不同的编程范式。Python 与嵌入式芯片的交互，一共有 3 种完全不同的模式，适用场景、技术难度、对芯片资源的要求天差地别。

1.1 范式一：嵌入式端原生运行 Python 解释器

这是最 “正宗” 的 Python 嵌入式开发 —— 把裁剪后的 Python 解释器（比如 MicroPython）直接烧录到芯片的 Flash 中，芯片可以脱离 PC 独立执行 Python 代码。

原理： Python 代码先被编译为字节码，再由芯片上的轻量解释器解释执行。解释器预先封装了底层硬件驱动（GPIO、串口、I2C 等），开发者只需调用高层 API 就能控制硬件，无需直接操作寄存器。

代表项目：MicroPython（官方支持多平台）、CircuitPython（Adafruit 推出，更适配创客场景）

芯片最低要求：

• 32 位内核（ARM Cortex-M、RISC-V 等）
• Flash ≥ 128KB（存放解释器固件）
• RAM ≥ 16KB（运行字节码与系统栈）

验证来源：MicroPython 官方移植指南 https://docs.micropython.org/en/latest/develop/port.html

1.2 范式二：Python 作为上位机间接控制

这是通用性最强、兼容性最高的方式：Python 运行在 PC / 主机（上位机）上，通过串口、USB、蓝牙等通信协议向嵌入式芯片发送指令；芯片端运行 C / 汇编编写的固件，收到指令后执行对应硬件操作。

原理： 嵌入式芯片本身不运行 Python，只负责执行底层硬件动作；Python 承担 “上层控制大脑” 的角色，负责逻辑处理、数据计算、可视化界面等工作。

芯片要求：无任何限制，哪怕只有几百字节 RAM 的 8 位单片机都支持。

1.3 范式三：Python 作为硬件开发辅助工具

这种模式多用于 FPGA、复杂 SoC 场景：Python 不直接控制硬件，而是用来生成硬件描述代码（如 Verilog）、配置文件、自动化编译脚本，最终再通过专业 EDA 工具生成芯片可执行的固件。

代表项目：Migen（Python HDL 框架）、LiteX（Python 搭建 SoC 系统）、各类自动化烧录脚本

芯片要求：对应专业 EDA 工具支持的 FPGA/SoC 芯片。

二、分芯片详解：能不能用？怎么用？需要什么？

下面针对大家问得最多的 5 类芯片，逐一给出明确结论、编程方法、所需软件与库。

2.1 STM32 单片机：完美支持原生 Python 运行

结论

可以原生运行 Python，是 MicroPython 生态最成熟、官方支持最好的平台，没有之一。

原理

STM32 全系采用 ARM Cortex-M 系列 32 位内核，主流型号（F103、F407、F767 等）Flash 普遍在 256KB 以上，RAM 在 64KB 以上，完全满足 MicroPython 运行需求。官方已完成绝大多数主流型号的移植，开箱即用。

两种编程方式

1. 原生开发：烧录 MicroPython 固件，直接写 Python 代码控制 STM32 外设（GPIO、串口、定时器等），无需 C 语言基础。
2. 上位机控制：STM32 用 C 写固件，Python 通过串口 / USB 发指令控制，适合复杂逻辑 + 简单硬件的场景。

需要安装的软件与库

验证来源：

1. MicroPython 官方 STM32 支持列表 https://docs.micropython.org/en/latest/stm32/quickref.html
2. ST 官方 STM32 参数手册 https://www.st.com/en/microcontrollers-microprocessors/stm32-32-bit-arm-cortex-mcus.html

2.2 51 单片机（STC89C52 等）：无法原生运行，仅支持上位机控制

结论

绝对无法原生运行 Python 解释器，只能通过 Python 做上位机间接控制。

原因

51 单片机是 8 位 8051 内核，以最经典的 STC89C52RC 为例：

• 用户可用 Flash 仅 8KB
• 运行 RAM 仅 512 字节 而 MicroPython 最小的移植版本也需要至少几十 KB RAM 和上百 KB Flash，51 的硬件资源连解释器的十分之一都无法承载。

编程方式

51 端用 C 语言写好 “串口指令解析” 固件，提前定义指令协议（比如发1点灯、发0熄灯）；Python 端通过串口发送对应指令，实现远程控制。

需要安装的软件与库

验证来源：

1. 宏晶科技 STC89C52 数据手册 http://www.stcmcu.com/datasheet/stc89c52rc-stc89c58rd-plus.pdf
2. MicroPython 最低资源要求官方文档 https://docs.micropython.org/en/latest/develop/port.html

2.3 FPGA 芯片：不能直接编程，可作为开发工具与上位机

结论

Python 不能直接作为 FPGA 的硬件编程语言（FPGA 最终需要比特流文件，必须通过 HDL 综合生成），但有两种核心用法：

1. 用 Python 框架生成 Verilog/VHDL 代码，替代手写 HDL，提升开发效率
2. Python 作为上位机，与 FPGA 通信控制硬件逻辑

原理

FPGA 的本质是可编程逻辑电路，最终需要比特流（bitstream）配置内部逻辑门。这个过程必须经过 “HDL 编写→综合→布局布线→生成比特流” 的标准流程，Python 无法跳过该流程。 但我们可以用 Python 做 “元编程”：用更简洁的 Python 语法描述硬件逻辑，自动生成 Verilog 代码，再交给 EDA 工具处理。代表框架是 Migen 和 LiteX。

需要安装的软件与库

小众 FPGA 型号的 EDA 工具兼容性需验证，Migen 对部分新特性支持有延迟
验证来源：

1. Migen 官方文档 https://m-labs.hk/migen/manual/intro.html
2. Xilinx Vivado 官方文档 https://www.xilinx.com/products/design-tools/vivado.html

2.4 华为芯片：分场景，多数支持间接或移植运行

前置说明

华为芯片覆盖极广，从服务器级鲲鹏、AI 级昇腾、终端麒麟，到嵌入式 MCU（Hi3861、Hi3516 等），不同品类架构、资源、系统差异极大，不能一概而论。

分场景结论

1. 嵌入式 MCU（如 Hi3861 WiFi MCU，RISC-V 内核）
   • 结论：资源满足 MicroPython 要求（2MB Flash、352KB RAM），社区有第三方移植版本，但华为官方未原生支持。
   • 编程方式：刷入第三方移植的 MicroPython 固件，用 Python 开发应用层逻辑。
2. 昇腾 AI 芯片 / 鲲鹏处理器
   • 结论：完全支持 Python，这类芯片运行 Linux 系统，原生支持 Python 环境，可直接调用华为 CANN 等官方 SDK。
   • 编程方式：和 Linux 下 Python 开发完全一致。
3. 其他专用芯片
   • 结论：不确定，需根据具体型号的内核、资源、运行系统判断。

需要安装的软件与库

• MCU 场景：对应芯片烧录工具 + 社区移植版 MicroPython 固件
• 昇腾 / 鲲鹏场景：Python 环境 + 华为 CANN 开发套件 + 对应 Python API 包

原因：华为嵌入式 MCU 的 MicroPython 多为社区爱好者移植，官方无文档支持，稳定性和功能完整性无保障；不同型号芯片差异极大，无法给出统一结论。
参考来源：Hi3861 参数手册（华为海思官方）；GitHub 社区 MicroPython 开源移植项目

三、Python 嵌入式开发和 Linux 到底有什么关系？

这是很多人困惑的点，这里分 3 个层面讲透：

3.1 层面 1：跑 Linux 的嵌入式芯片，原生支持 Python

如果你的嵌入式芯片运行 Linux 系统（比如 ARM Cortex-A 系列、鲲鹏处理器、树莓派、RK3588 等），那 Python 的用法和 PC 上的 Linux 完全没有区别 —— 直接通过包管理器安装 Python，写代码运行即可。

但注意：单片机（STM32、51 等）绝大多数不跑 Linux，是裸机或轻量 RTOS，和 Linux 系统本身没有任何关系。

3.2 层面 2：开发环境推荐 Linux，更顺畅

编译 MicroPython 固件、使用 Migen/LiteX 等 FPGA 开发工具，在 Linux 环境下依赖安装更简单，编译速度更快，踩坑更少。 Windows 用户也可以用 WSL（Windows 子系统 Linux）或者 MSYS2 模拟 Linux 环境，完成同样的工作。

3.3 层面 3：MicroPython 和 Linux 内核无关联

原生运行在单片机上的 MicroPython，是直接操作硬件寄存器的，不依赖 Linux 内核，也不需要 Linux 驱动。它本身就是一个完整的独立固件，和你用 C 写的裸机程序是同级别的。

验证来源：

1. 嵌入式 Linux 与裸机单片机的行业标准定义
2. MicroPython 架构官方说明 https://docs.micropython.org/en/latest/develop/architecture.html

四、实战 1：STM32 MicroPython LED 闪烁（手把手步骤）

我们用最经典的 STM32F103C8T6 最小系统板，带你完成第一个原生 Python 嵌入式程序。

4.1 准备工作

• 硬件：STM32F103C8T6 最小系统板、USB-TTL 模块、杜邦线
• 软件：STM32CubeProgrammer、Thonny 编辑器（官网下载：Thonny, Python IDE for beginners）

4.2 步骤 1：烧录 MicroPython 固件

1. 去 MicroPython 官网下载 STM32F103 对应的固件：https://micropython.org/download/stm32/
2. 用 USB-TTL 连接 STM32 串口（PA9 接 TX、PA10 接 RX），BOOT0 接高电平进入下载模式
3. 打开 STM32CubeProgrammer，选择 UART 模式，选择对应串口号，波特率 115200，点击 Connect
4. 点击 Download，选择下载的.hex固件文件，等待烧录完成
5. 烧录完成后，BOOT0 接回低电平，复位 STM32

4.3 步骤 2：配置 Thonny 连接 STM32

1. 打开 Thonny，点击顶部菜单「工具」→「选项」→「解释器」
2. 解释器类型选择「MicroPython (STM32)」
3. 端口选择你的 USB-TTL 对应的串口号，点击确定

4.4 步骤 3：编写并运行代码

将以下代码复制到 Thonny 编辑器中，点击运行按钮（绿色三角），代码会直接在 STM32 上执行。

# 导入machine模块：MicroPython内置硬件控制核心库，封装GPIO、串口等外设驱动 import machine # 导入time模块：内置时间相关库，提供延时、计时功能 import time # 初始化LED对应的GPIO引脚：PC13 # 参数1：引脚编号，STM32最小系统板载LED默认连接PC13引脚 # 参数2：引脚模式，OUT表示输出模式 led = machine.Pin('PC13', machine.Pin.OUT) # 无限循环，让LED持续闪烁 while True: # 设置引脚输出高电平：STM32最小系统板LED为低电平点亮，因此高电平时熄灭 led.value(1) # 延时500毫秒（0.5秒） time.sleep_ms(500) # 设置引脚输出低电平，点亮LED led.value(0) # 再延时500毫秒 time.sleep_ms(500)

代码功能：控制 STM32 板载 LED 每隔 500 毫秒翻转一次状态，实现循环闪烁效果。

验证来源：MicroPython 官方 STM32 快速参考 https://docs.micropython.org/en/latest/stm32/quickref.html#pins-and-gpio

五、实战 2：Python 上位机控制 51 单片机 LED

51 单片机无法原生运行 Python，我们用 “上位机 + 串口指令” 的方式实现控制。

5.1 前置说明

51 单片机端需要先烧录好串口接收程序：初始化串口波特率 9600，收到字符'1'时点亮 LED，收到'0'时熄灭 LED。（51 端 C 代码不是本篇重点，可基于标准串口例程修改）

5.2 Python 上位机代码

先安装依赖库：

pip install pyserial

Python 代码：

# 导入pyserial库：Python生态最成熟的跨平台串口通信库 import serial # 导入time模块：提供延时功能 import time # 打开串口 # 参数1：串口号，Windows下为COMx（如COM3），Linux下为/dev/ttyUSB0 # 参数2：波特率，必须和51单片机端保持一致，这里使用9600 # 参数3：超时时间，单位秒，防止读串口时程序卡死 ser = serial.Serial('COM3', 9600, timeout=1) # 判断串口是否成功打开 if ser.is_open: print("串口打开成功，开始控制51单片机") else: print("串口打开失败，请检查串口号和硬件连接") exit() # 打开失败直接退出程序 try: # 循环发送指令，实现LED周期性闪烁 while True: # 向串口发送字节数据b'1'，对应点亮LED的指令 ser.write(b'1') print("发送指令：点亮LED") # 延时1秒 time.sleep(1) # 发送字节数据b'0'，对应熄灭LED的指令 ser.write(b'0') print("发送指令：熄灭LED") # 延时1秒 time.sleep(1) except KeyboardInterrupt: # 捕获Ctrl+C中断，程序退出前关闭串口，避免串口资源被占用 ser.close() print("\n程序退出，串口已关闭")

代码功能：通过串口循环发送开关指令，控制 51 单片机上的 LED 每秒翻转一次状态。

验证来源：pyserial 官方快速入门文档 Short introduction — pySerial 3.5 documentation

六、FPGA Python 开发入门：Migen 生成硬件逻辑

我们用 Migen 框架，用 Python 生成一个 4 位计数器的 Verilog 代码，带你理解 Python 如何辅助 FPGA 开发。

6.1 安装 Migen

pip install migen

6.2 Python 代码

# 导入migen的FHDL模块：Migen的核心硬件描述语言库 from migen import * # 定义计数器模块，继承Migen的Module基类 # Migen中所有硬件逻辑都必须封装在Module中 class Counter(Module): def __init__(self): # 定义一个4位的信号count，作为计数器输出 # Signal(位宽) 用于定义硬件信号，对应Verilog中的reg/wire self.count = Signal(4) # 同步逻辑：写在self.sync中的逻辑会在每个时钟上升沿执行 # eq()是赋值操作，对应Verilog中的非阻塞赋值<= # 功能：每个时钟周期，count自增1 self.sync += self.count.eq(self.count + 1) # 主程序入口 if __name__ == "__main__": # 实例化计数器模块 counter = Counter() # 导入Verilog转换工具 from migen.fhdl.verilog import convert # 将Python描述的硬件逻辑转换为标准Verilog代码 # 参数1：模块实例；name参数指定生成的Verilog模块名 # write()方法将生成的代码保存为.v文件 convert(counter, name="counter").write("counter.v") print("Verilog代码生成成功，文件：counter.v")

代码功能：用 Python 语法描述 4 位自增计数器的硬件逻辑，自动生成可直接用于 FPGA 综合的标准 Verilog 代码。

注意：生成的.v文件需要导入 Vivado/Quartus 等 EDA 工具，经过综合、布局布线、生成比特流后，才能烧录到 FPGA 中。Python 无法直接烧录 FPGA。
验证来源：Migen 官方入门示例 https://m-labs.hk/migen/manual/intro.html#first-example

七、本篇总结与专栏预告

7.1 核心结论总结

1. Python 可以做嵌入式开发，但分 3 种范式，不要混淆 “原生运行” 和 “上位机控制”
2. STM32 支持最好，可原生运行 MicroPython；51 只能通过上位机控制；FPGA 可作为开发辅助工具
3. 华为芯片分场景，跑 Linux 的型号原生支持 Python，MCU 需要第三方移植
4. Python 嵌入式和 Linux 的关系：跑 Linux 的芯片原生支持；单片机和 Linux 无关；开发环境推荐 Linux

7.2 专栏后续更新计划

• 第 2 篇：MicroPython 深度实战：GPIO/UART/I2C/SPI 外设全解与传感器编程
• 第 3 篇：Python 上位机开发：打造可视化嵌入式控制界面（PyQt + 串口）
• 第 4 篇：FPGA Python 进阶：用 LiteX 搭建完整 RISC-V SoC 系统
• 第 5 篇：华为鸿蒙设备 Python 开发实战
• 更多项目实战内容持续更新……

7.3 本篇信心

• 其余内容均有官方文档或权威来源验证

写在最后

如果你觉得本篇内容对你有帮助，欢迎订阅本付费专栏，后续会持续输出更深度、更实战的 Python 嵌入式开发内容。有任何问题可以在评论区留言，我会逐一解答。