Python 应用开发

1. 概述

1.1 功能简介

Python 是一种高级编程语言，以其简洁的语法和丰富的库生态著称。在 RK3576 平台上，Python 应用开发主要基于 Debian 系统，支持 Python 3.x 版本，可用于快速开发外设控制、网络通信、数据处理、Web 服务等应用。RK3576 的 8 核 4×Cortex-A72 + 4×Cortex-A53 处理器提供了充足的算力，配合 Python 的简洁性，可以快速实现原型验证和产品开发。

1.2 应用场景

• 外设控制：GPIO、I2C、SPI、UART 等外设的 Python 接口
• 网络通信：TCP/UDP、HTTP、MQTT 客户端/服务器
• 数据处理：NumPy、Pandas 数据分析
• Web 服务：Flask、Django Web 应用
• AI 推理：配合 RKNN 运行 Python 推理应用

1.3 工作原理

RK3576 Python 开发架构：

Python 应用层
  ├── pyserial — 串口通信
  ├── smbus2 — I2C 通信
  ├── spidev — SPI 通信
  ├── RPi.GPIO — GPIO 控制（通过 sysfs）
  ├── Flask — Web 服务
  └── RKNN Lite — NPU 推理

操作系统层（Debian）
  ├── Python 3.x 解释器
  ├── 系统调用
  └── 设备文件（/dev/*, /sys/*）

硬件层（RK3576）
  ├── UART、I2C、SPI 控制器
  ├── GPIO 控制器
  └── NPU 加速器（6 TOPS）

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2. 硬件准备

2.1 硬件清单

组件	型号/规格	数量	备注
主控板	C-3576BQ 核心板 + M4-R2 底板	1	运行 Debian 系统
调试串口线	USB 转 TTL（3.3V）	1	波特率 1500000
传感器模块（可选）	温度传感器、LED 等	若干	用于 GPIO/I2C 实验
网线	标准 RJ45	1	用于网络和 SSH 连接

2.2 硬件确认

# 确认 Python 版本
python3 --version
# 输出：Python 3.x.x

# 确认 pip 版本
pip3 --version

# 确认系统架构
uname -m
# 输出：aarch64

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3. 软件准备

3.1 Python 环境安装

# Debian 系统默认已安装 Python 3
sudo apt-get update
sudo apt-get install python3 python3-pip python3-dev

# 升级 pip
pip3 install --upgrade pip

# 安装虚拟环境工具
sudo apt-get install python3-venv

3.2 常用外设库安装

# GPIO 控制
sudo apt-get install python3-gpiozero python3-rpi.gpio

# I2C 通信
pip3 install smbus2

# SPI 通信
sudo apt-get install python3-spidev

# 串口通信
pip3 install pyserial

# Web 框架
pip3 install flask

# 数据处理
pip3 install numpy pandas

3.3 启用外设接口

# 启用 I2C
sudo modprobe i2c-dev
echo "i2c-dev" | sudo tee -a /etc/modules

# 启用 SPI
sudo modprobe spi-rockchip
echo "spi-rockchip" | sudo tee -a /etc/modules

# 检查 I2C 设备
i2cdetect -y 1
# 输出：     0  1  2  3  4  5  6  7  8  9  a  b  c  d  e  f
#          0:                         -- -- -- -- -- -- -- --
#          10: -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- --
#          ...

具体 I2C 总线号及 SPI 控制器编号以实际 SDK 内核配置与设备树为准。

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4. 操作步骤

4.1 GPIO 控制示例

#!/usr/bin/env python3
"""GPIO LED 闪烁示例（RK3576）"""

import time
import sys

# 使用 sysfs 方式控制 GPIO（通用方法）
# RK3576 GPIO0-GPIO4，每个 bank 32 个引脚

class RK3576GPIO:
    """RK3576 GPIO 控制类"""

    def __init__(self, gpio_num):
        self.gpio_num = gpio_num
        self.gpio_path = f"/sys/class/gpio/gpio{gpio_num}"

    def export(self):
        """导出 GPIO"""
        try:
            with open("/sys/class/gpio/export", "w") as f:
                f.write(str(self.gpio_num))
            time.sleep(0.1)
        except FileNotFoundError:
            print(f"GPIO {self.gpio_num} already exported")

    def set_direction(self, direction):
        """设置方向：in 或 out"""
        with open(f"{self.gpio_path}/direction", "w") as f:
            f.write(direction)

    def set_value(self, value):
        """设置值：0 或 1"""
        with open(f"{self.gpio_path}/value", "w") as f:
            f.write(str(value))

    def get_value(self):
        """读取值"""
        with open(f"{self.gpio_path}/value", "r") as f:
            return int(f.read().strip())

    def cleanup(self):
        """取消导出"""
        try:
            with open("/sys/class/gpio/unexport", "w") as f:
                f.write(str(self.gpio_num))
        except FileNotFoundError:
            pass


def blink_led(gpio_num, count=5, interval=0.5):
    """LED 闪烁"""
    gpio = RK3576GPIO(gpio_num)
    gpio.export()
    gpio.set_direction("out")

    try:
        for i in range(count):
            gpio.set_value(1)
            print(f"LED ON  ({i + 1}/{count})")
            time.sleep(interval)

            gpio.set_value(0)
            print(f"LED OFF ({i + 1}/{count})")
            time.sleep(interval)
    finally:
        gpio.cleanup()


if __name__ == "__main__":
    # 使用 GPIO4_D5 (GPIO bank 4, pin 29)
    # GPIO 编号 = bank * 32 + pin = 4 * 32 + 29 = 157
    blink_led(gpio_num=157, count=5, interval=0.5)

示例引脚 GPIO4_D5 为通用演示引脚，实际使用请根据底板原理图（S-04）选择未被占用的 GPIO。

4.2 I2C 通信示例

#!/usr/bin/env python3
"""I2C 通信示例 — 读取温湿度传感器（SHT30）"""

from smbus2 import SMBus
import time

# SHT30 I2C 地址
SHT30_ADDR = 0x44
I2C_BUS = 1  # RK3576 I2C1

def read_sht30():
    """读取 SHT30 温湿度"""
    with SMBus(I2C_BUS) as bus:
        # 发送测量命令（单次测量，高重复性）
        bus.write_i2c_block_data(SHT30_ADDR, 0x24, [0x00])
        time.sleep(0.5)

        # 读取 6 字节数据
        data = bus.read_i2c_block_data(SHT30_ADDR, 0x00, 6)

        # 解析温度
        temp_raw = (data[0] << 8) | data[1]
        temperature = -45 + 175 * temp_raw / 65535.0

        # 解析湿度
        hum_raw = (data[3] << 8) | data[4]
        humidity = 100 * hum_raw / 65535.0

        return temperature, humidity


if __name__ == "__main__":
    try:
        temp, hum = read_sht30()
        print(f"Temperature: {temp:.2f} °C")
        print(f"Humidity: {hum:.2f} %")
    except Exception as e:
        print(f"Error: {e}")

4.3 UART 串口通信示例

#!/usr/bin/env python3
"""UART 串口通信示例"""

import serial
import time

# RK3576 UART（调试串口为 ttyFIQ0）
# 注意：调试串口通常用于日志输出，实际应用请使用其他 UART
SERIAL_PORT = "/dev/ttyFIQ0"
BAUD_RATE = 1500000

def uart_communication():
    """UART 收发示例"""
    ser = serial.Serial(
        port=SERIAL_PORT,
        baudrate=BAUD_RATE,
        bytesize=serial.EIGHTBITS,
        parity=serial.PARITY_NONE,
        stopbits=serial.STOPBITS_ONE,
        timeout=1
    )

    try:
        print(f"Serial port {SERIAL_PORT} opened")

        # 发送数据
        ser.write(b"Hello RK3576!\r\n")
        print("Data sent")

        # 接收数据
        data = ser.readline()
        if data:
            print(f"Received: {data.decode('utf-8', errors='ignore')}")
        else:
            print("No data received (timeout)")

    finally:
        ser.close()
        print("Serial port closed")


if __name__ == "__main__":
    uart_communication()

具体 UART 设备节点（/dev/ttySx 或 /dev/ttyFIQ0）以实际 SDK 内核配置为准。

4.4 Flask Web 服务示例

#!/usr/bin/env python3
"""Flask Web 服务 — RK3576 系统信息展示"""

from flask import Flask, jsonify
import os
import subprocess

app = Flask(__name__)


@app.route("/")
def index():
    return """
    <html>
    <head><title>RK3576 System Monitor</title></head>
    <body>
        <h1>RK3576 System Monitor</h1>
        <ul>
            <li><a href="/api/system">System Info</a></li>
            <li><a href="/api/temperature">Temperature</a></li>
            <li><a href="/api/cpu">CPU Usage</a></li>
        </ul>
    </body>
    </html>
    """


@app.route("/api/system")
def system_info():
    """系统信息"""
    info = {
        "kernel": os.uname().release,
        "machine": os.uname().machine,
        "hostname": os.uname().nodename,
    }

    # 获取内存信息
    try:
        with open("/proc/meminfo", "r") as f:
            for line in f:
                if line.startswith("MemTotal"):
                    info["mem_total"] = line.split()[1] + " kB"
                elif line.startswith("MemAvailable"):
                    info["mem_available"] = line.split()[1] + " kB"
    except Exception:
        pass

    return jsonify(info)


@app.route("/api/temperature")
def temperature():
    """CPU 温度"""
    try:
        with open("/sys/class/thermal/thermal_zone0/temp", "r") as f:
            temp = int(f.read().strip()) / 1000.0
        return jsonify({"temperature": f"{temp:.1f} °C"})
    except Exception:
        return jsonify({"temperature": "N/A"})


@app.route("/api/cpu")
def cpu_usage():
    """CPU 使用率"""
    try:
        result = subprocess.run(
            ["grep", "cpu ", "/proc/stat"],
            capture_output=True, text=True
        )
        fields = result.stdout.split()
        # 简单计算 CPU 使用率
        total = sum(int(x) for x in fields[1:])
        idle = int(fields[4])
        usage = (total - idle) / total * 100
        return jsonify({"cpu_usage": f"{usage:.1f}%"})
    except Exception:
        return jsonify({"cpu_usage": "N/A"})


if __name__ == "__main__":
    app.run(host="0.0.0.0", port=5000, debug=True)

# 运行 Web 服务
python3 web_monitor.py

# 在浏览器访问
# http://192.168.1.100:5000

4.5 使用 SSH 远程部署

# 从主机传输文件到 RK3576
scp my_app.py root@192.168.1.100:/root/

# 在 RK3576 上运行
ssh root@192.168.1.100 "python3 /root/my_app.py"

# 使用 scp 传输整个目录
scp -r my_project/ root@192.168.1.100:/root/my_project/

---

5. 代码详解

5.1 RK3576 GPIO 编号规则

RK3576 GPIO bank 和 pin 编号：
  GPIO0: bank 0, GPIO0_A0(0) ~ GPIO0_D7(31)
  GPIO1: bank 1, GPIO1_A0(32) ~ GPIO1_D7(63)
  GPIO2: bank 2, GPIO2_A0(64) ~ GPIO2_D7(95)
  GPIO3: bank 3, GPIO3_A0(96) ~ GPIO3_D7(127)
  GPIO4: bank 4, GPIO4_A0(128) ~ GPIO4_D7(159)

计算公式：
  GPIO 编号 = bank × 32 + pin_in_bank

示例：
  GPIO4_D5 = 4 × 32 + 29 = 157

5.2 RK3576 I2C 总线

RK3576 I2C 总线映射（示例）：
  I2C0: /dev/i2c-0
  I2C1: /dev/i2c-1
  I2C2: /dev/i2c-2
  I2C3: /dev/i2c-3
  I2C4: /dev/i2c-4
  I2C5: /dev/i2c-5
  I2C6: /dev/i2c-6
  I2C7: /dev/i2c-7

各 I2C 控制器的寄存器基地址与总线编号以实际发布的 RK3576 SDK 设备树为准（待板上确认）。

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6. 常见问题

6.1 smbus2 安装失败

现象： pip3 install smbus2 报错

解决方案：

# 安装依赖
sudo apt-get install python3-dev libi2c-dev

# 重新安装
pip3 install smbus2

# 如果还是失败，使用系统包
sudo apt-get install python3-smbus

6.2 I2C 设备无法检测

现象： i2cdetect 扫描不到设备

解决方案：

# 检查 I2C 模块是否加载
lsmod | grep i2c

# 检查 I2C 设备节点
ls /dev/i2c-*

# 检查设备树中 I2C 节点状态
# 具体节点路径以实际 DTB 反编译结果为准
dtc -I dtb -O dts /sys/firmware/fdt | grep -A3 "i2c@"

# 手动加载模块
sudo modprobe i2c-dev

6.3 权限问题

现象： 访问 /dev/i2c-* 或 /sys/class/gpio/ 权限不足

解决方案：

# 将当前用户添加到 i2c 和 gpio 组
sudo usermod -aG i2c,gpio $USER

# 或使用 root 运行
sudo python3 my_app.py

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