Micro Bit
Micro Bit(也叫做BBC Micro Bit,或风格化为micro:bit)是基于ARM架构的單板電腦,由英國廣播公司(BBC)设计,用于英国的计算机教育。
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![]() BBC micro:bit v1版的背面。 | |
研發商 | BBC Learning, BBC R&D, ARM Holdings, Nordic Semiconductor, NXP Semiconductors, Lancaster University, Microsoft, Python Software Foundation, element14, TechnologyUs, Samsung, ScienceScope, Barclays |
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类型 | 单板微控制器 |
发布日期 | 学校:2015年9月(延期) 公众:2015年10月(延期) 首次递交给教师于2016年2月[1] |
系统芯片 | Nordic nRF51822 SoC。 |
中央处理器 | 16 MHz ARM Cortex-M0微控制器。 |
記憶體 | 256 KB Flash,16 KB RAM。 |
连接接口 | Bluetooth LE,MicroUSB,边缘连接器。 |
網站 | microbit |
电路板大小为4cm×5cm,拥有1个ARM Cortex-M0处理器,內建加速度传感器和磁力传感器,通訊介面包括蓝牙和USB,可透過網頁编程,直接把程式導入。显示屏由25个 (5*5) 紅色LED组成,可以顯示單色圖案或動畫。2个可编程按钮,可以用USB或者外部电池包来供电[2]。设备输入和输出為环孔连接器和边缘连接器。
硬件
编辑设备大小可描述为信用卡的一半大小[3],首发的最终制造产品[4][update],实测为43mm×52mm,它包括有:
- Nordic nRF51822 SoC – 16 MHz 32-bit ARM Cortex-M0微控制器,包含了256 KB闪存,16 KB静态内存,集成了2.4 GHz蓝牙低功耗协议栈和Nordic专有RF无线传输协议的模块[2][5][6][7][8],nRF51由于低功耗设计,不内置SysTick可编程间隔定时器。
- NXP/Freescale KL26Z MCU – 48 MHz 32-bit ARM Cortex-M0+核心微控制器,包含了全速USB 2.0 OTG控制器等。它担任串行及调试适配器[9],是在用户计算机和nRF51目标MCU之间的接口MCU,用户PC通过USB HID类连接经由接口MCU对目标MCU进行调试(JTAG-AP)和刷写程序(MEM-AP)[10],并通过CDC类连接经由接口MCU与目标MCU进行串行通信[11]。
- 三轴加速度传感器 – 经由I²C总线[12],v1.3*版是NXP/Freescale MMA8652,v1.5版是运动传感器ST LSM303AGR。
- 磁力传感器 – 经由I²C总线,可充当罗盘等[12],v1.3*版是NXP/Freescale MAG3110,v1.5版并入运动传感器ST LSM303AGR。
- 前面有由25个LED构成5×5矩阵的显示屏[8]。
- 3个触觉按钮,前面2个为用户按钮A和B,背面1个为reset[13]。
- 背面有MicroUSB连接器,和电池连接器[2][8][12][14]。
I/O包括环孔连接器:3个GPIO(P0、P1、P2),1个电源正极(3V),1个接地即电源负极(GND),它们接纳鳄鱼夹或4mm香蕉插头[13];边缘连接器针脚(也称为金手指)的标号,依次为micro:bit设备抽象层(DAL)指定的:P3、P0、P4-P7、P1、P8-P12、P2、P13-P16、3V(3个)、P19-P20、GND(3个),共19个可设置的GPIO(未引出内部使用的P17、P18)。其中5个可完全自由使用(P0-P2、P8、P16),6个共用于LED阵列显示屏(P3、P4、P6、P7、P9、P10),2个共用于按钮A、B(P5、P11),1个保留给无障碍接口输入(P12);可设置出1路SPI总线(P13-P15),1路I²C总线(P19-P20),1对UART串行收发;可设置出6个模拟输入(P0-P4、P10),3个触摸感应输入(P0-P2),3个PWM输出[15]。
在连接了USB的情况下,KL26Z负责对这个PCB余下部份供电,将USB供给的5V±5%电压规整降至3.3V。KL26Z限定最大电流120mA,电源环孔或针脚输出可能只余下90mA。在使用电池连接器供电时,电池不为KL26Z供电,nRF51供电和电源环孔或针脚输出都来自电池。还可以谨慎的从电源环孔或针脚向micro:bit供电,从电池连接器、环孔或针脚择一供电时都不可超过3.6V极值[16]。
v2
编辑版本2(v2)在2020年10月13日发行,包括了[17]:
- Nordic nRF52833 – 64 MHz 32-bit ARM Cortex-M4微控制器,512 KB闪存,128 KB静态内存,Nordic S113 SoftDevice[18]提供的2.4 GHz蓝牙低功耗无线网络,集成的温度传感器。
- NXP/Freescale KL27Z – 48 MHz ARM Cortex-M0+核心微控制器,预编程为全速USB 2.0控制器,用在USB和CPU之间的通线接口。
- 要么ST LSM303要么NXP FXOS8700 – 三轴的组合加速度和磁力传感器,经由I²C总线。
- Knowles MEMS麦克风,具有内建LED指示灯。
- Jiangsu Huaneng MLT-8530电磁式扬声器。
- MicroUSB连接器,JST PH电池连接器,25针边缘连接器。
- 由25个LED构成的5×5矩阵显示屏。
- 三个触觉按钮(两个给应用,一个给reset)和一个触摸传感器按钮。
软件
编辑Micro Bit的软件是使用ARM Mbed开发工具建立的[22],并且采用了其编程接口DAPLink[23],设备在连接到计算机的时候,是作为一个USB大容量存储设备而出现的[14]。兰卡斯特大学开发了micro:bit运行时系统(有时称为设备抽象层),提供了事件驱动编程和键-值存储机制[24],采用了Nordic半导体的nRF51 SDK[25]和S110 SoftDevice[26],以及Mbed的BLE API[27],并与蓝牙技术联盟协作开发了定制的BLE profile[28]。用户用C/C++语言编写的应用程序,可以通过Mbed在线编译器[22]、Mbed CLI[29]、GNU MCU Eclipse[30]或Keli µVISION[31]等开发工具,利用ARM编译器[32]或GNU ARM工具链[33]来进行编译,编译后的目标代码接着通过USB连接或手机app蓝牙连接而被刷写到设备中。
在micro:bit基金会网站[34]上有侧重于教育的2个官方在线代码编辑器:
- Microsoft MakeCode[35],是JavaScript Blocks编辑器和浏览器内编译器,曾经称为Microsoft PXT编辑器,PXT[36](编程实验工具包)完全在用户浏览器中运行,它通过内置的ARM Thumb编译器生成目标代码,浏览器同时还装载了预编译的micro:bit运行时系统,从而与用户目标代码链接成最终目标代码,还可以在刷写入设备之前在内置的micro:bit模拟器中见到它的运行效果[37]。
- MicroPython,是完整的Python 3语言实现,包含了Python标准库的一个小子集,带有音乐编程语言和语音合成器,本地文件系统,被推荐用于做进一步的编程实验[38][39]。用户可以在web编辑器中写Python脚本,其源代码被附加于MicroPython实现固件的后面,把这个最终复合固件下载后刷写到设备中,MicroPython运行后将附随的源代码编译成字节码并在虚拟机中运行,由于内存限制在MicroPython内未启用nRF51的蓝牙协议栈[40]。可以通过USB串行连接访问MicroPython REPL,从而可直接交互于Micro Bit的外设。MicroPython的编辑器还有给初学者在PC上用Mu[41],和在线blocks编辑器EduBlocks[42]。
针对micro:bit的其他开发工具有:
- Espruino[43],是面向网络应用开发的JavaScript解释器固件[44],解释器有运行状态持久保存和复位机制,支持内联汇编语言,由于将micro:bit的内存大量用于了蓝牙功能,不提供ES6特征和高级库函数。可以通过USB串行连接,或通过在支持了Web Bluetooth[45]的浏览器中运行Web IDE[46]对它进行交互访问,IDE也有可选的blocks编辑器。
- Arduino nRF5[47],是针对基于Nordic半导体nRF5开发板的Arduino Core[48]。
- Node.js库:node-bbc-microbit[49],从Node.js用BLE控制micro:bit;bbc-microbit-io[50],针对micro:bit的Johnny-Five[51](JavaScript机器人及IoT平台)IO插件。
除了micro:bit运行时系统所采用的Mbed OS 2[52],以及nRF51 SDK支持的CMSIS-RTOS RTX[53][54][55],可以在micro:bit上运行的嵌入式操作系统还有:Zephyr,Apache Mynewt,RIOT。
针对micro:bit的其他编程语言有:uLisp[56]、Mecrisp Forth[57]、Free Pascal[58]、GNAT Ada[59]、TinyGo[60]、Rust[61]、Swift[62]等。其他交互语言有Scratch3.0[63]、Dyalog APL[64]、Simulink编码器支持包[65]、Node-RED模块[66]、App Inventor + IoT[67]、BlockyTalkyBLE[68]等。
历史
编辑Micro Bit被设计用来鼓励儿童活跃的投入为计算机书写软件和建造新东西,而不是成为媒体的消费者[2]。它被设计为并肩工作于其他系统,比如Raspberry Pi[69],它也建造在BBC在计算机教育中的BBC Micro这项遗产之上[70]。
合作伙伴
编辑Micro Bit的开发汇集了众多伙伴与BBC一起工作:
- ARM控股 – 提供Mbed开发工具、固件和编译器服务[71]。
- Nordic半导体 – 为这个设备提供目标MCU和BLE协议栈[2]。
- NXP半导体 – 提供接口MCU、USB控制器和传感器[2]。
- 蓝牙技术联盟 – 与兰卡斯特大学协作开发定制的Bluetooth LE profile[72]。
- 兰卡斯特大学 – 开发这个设备的运行时系统,与蓝牙技术联盟协作开发定制的Bluetooth LE profile[71]。
- 微软 – 贡献了自己在TypeScript等方面的软件专门知识。它在其TouchDevelop平台上为这个设备定制了专题项目[73],还开发了这个设备的教师训练材料[2]。
- Python软件基金会 – 将MicroPython移植到这个设备,建立本机和基于web的初学者友好的Python代码编辑器,出品大量教育资源并为教师建立有组织的开发者领导的工场[74][75]。
- Farnell element14 – 监督这个设备的制造[2]。
- Technology Will Save Us – 设计这个设备的物理外观,编写出厂演示程序[13]。
- 三星集团 – 开发Android app并帮助把设备连接到智能手机和平板电脑[71]。
- ScienceScope – 开发iOS app并把这个设备发布到学校[71]。
- 巴克莱银行 – 提供产品递送和外展活动[71]。
- 惠康基金会 – 为教师和学校提供学习机会[71]。
- STEMNET – 提供STEM大使来支持学校和教师并联系第三方比如Bloodhound SSC和Cisco[76]。
- 思科系统 – 向STEMNET提供人员和资源来资助国家首展[76]。
- Creative Digital Solutions – 开发教师材料,工场和外展活动[76]。
- Code Club – 建立一系列引导9到11岁儿童的编码资源并通过志愿者递送运行编码俱乐部[76]。
- Kitronik – 为BBC micro:bit生产并分发5500份e-textile kit给英国内的D&T教师。设计硬件比如Motor Driver board来允许BBC micro:bit控制设备比如电动机和伺服系统[76]。
- Tangent Design – 建立BBC micro:bit品牌标识并开发web站点[76]。
BBC研究发展部建立了原型设备和软件栈[77],在最初宣布中进了展示[78],在学校中测试了这项提议,并为合作伙伴后续建设提供了参考规定[79]。
Microbit教育基金会
编辑在成功的于英国推出了micro:bit之后,BBC将BBC micro:bit的未来交付给新成立的非营利性Micro:bit教育基金会[80]。从BBC到Micro:bit教育基金会的迁移首先是将官方网站从www.microbit.co.uk转移到了microbit.org[81]。
制造
编辑Premier Farnell负责管理BBC micro:bit的制造,监督各厂商进货所有部件并在各自的加工工厂生产micro:bit[82]。
各地發展
编辑於2018年,香港教育城與資訊科技教育領袖協會(AiTLE)、香港大學專業進修學院(HKUSPACE)及 Micro:bit Alliance合辦了十七場「Micro:bit 教師工作坊」,工作坊分五種程度授課,由Micro:bit的基礎功能至進階應用技巧皆有涵蓋。部份內容被納入香港中小學的資訊科技課程中[83]。
参见
编辑书籍
编辑引用
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外部链接
编辑- 官方网站
- GitHub上的BBC micro:bit repository
- GitHub上的micro:bit Educational Foundation repository
- GitHub上的Awesome micro:bit - A curated list of BBC micro:bit resources
- GitHub上的micro:bit target for PXT repository
- The micro:bit runtime (developed by Lancaster University) (页面存档备份,存于互联网档案馆)
- Bitty Blue provides a collection of fun things to do with the micro:bit and Bluetooth. Available for Android and iOS.
- Bluetooth troubleshooting guide (页面存档备份,存于互联网档案馆)
- Reset the micro:bit to factory defaults (页面存档备份,存于互联网档案馆)