陳大 ming.py ESP32 字量極限

tags: 字庫 | ESP32 | MicroPython

PaoyungJun 15, 2022

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Pinyin

在玩轉了幾回陳大 ming.py 後，突然想起之前的某個 POC 要顯示台灣 368 個行政區名稱和郵遞區號，本來打算要用 SSD1306 來顯示中文，但因為不想把手上僅剩不多的字庫 IC 給出去，索性將其換成 LCD1602，中文就轉成拼音(pinyin)。而現在有了字庫檔，於是重新思考該如何將其應用在類似的需求上了。

使用字庫時需留意其授權之使用範圍，並依規定使用。
明體中文字庫前情提要： 陳大的 ming.py 試玩筆記 | 陳大的 ming.py 試完筆記

字量

首先要考量的是台灣 368 行政區加上郵遞區號會用上多少字呢? 出乎意料的只有 326 個字，加上額外的英文、數字及符號也才 388 個 ，於是馬上做出字庫檔來試試看。

>>> 
MicroPython v1.18 on 2022-01-17; ESP32 module with ESP32
Type "help()" for more information.
>>> from ming_ac368 import words
>>> len(words)
388
>>> # 字庫字量為 388
>>> for each in '台北桃園新竹苗栗台中南投嘉義雲林高雄台南':
    print(words[each])
    
b'\x00\x00\x80\x01\x80.....\x10\xf0\x1f\x10\x10'
b'\x00\x00\xc0\x06@\x02....\x02\xc0BpB\x0e\xc2\x04|'
b'\x00\x00\x18\n\x08\nH....\t\x08\x89\x88\x88H\xf0'
b':::::::'
b'\x00\x00\x18\n\x08\x12H\.....\xfaR\x92\xfe\x02\x02'
b'\x00\x00\x80\x01\x80.....\x10\x10\xf0\x1f\x10\x10'
b'\x00\x00\x00\x03\x00A.....\xe4O\x04A\x04A\x04q\x04 '
>>> 

載入字檔 OK、上網也正常，這結果真是令人興奮，即代表之前的 POC 使用這個字庫檔是可以勝任的。但同時也再萌生了另一個想法，即 ESP32 可以載入的字量極限是多少呢?

挑戰

為方便測試可達字量，除了上述的台灣 368 字檔外，另外製作了不同字量的字庫檔以利測試，字檔內容以台灣 368 為基底，再從教育部 4808 常用字中隨機抽取以補足至設定之字量。測試程序如下：

1. 載入字庫檔。
2. 連上 WiFi。
3. 至網站 A 讀取資料：從 ifconfig.co 網站取得 IP Address，資料為少量文字資料。
   • 網址: https://ifconfig.co/ip
4. 至網站 B 讀取資料：從環保署使用 API 取得空氣品質數據(aqx_p_432)，資料為 json 格式資料。
   • 網址: https://data.epa.gov.tw/api/v2/aqx_p_432?api_key=user_api_key&format=json
5. 在 SSD1306 上顯示出數據。

使用 ESP32 + MicroPython v1.18。
輸出之字庫檔有經過再處理，請參閱 陳大的 ming.py 試玩筆記。

測試

第一回合

功能正常       失敗       未測

字量	載入字庫	連上 WiFi	網站A	網站B	SSD1306
台灣368
500
1000
1500

此回合的重點在於找出大概的區間，於 1500 字時載入即以記憶體不足之錯誤訊息作收。而在 1000 字時尚能瀏覽少量資料的網站，但當訪問到環保署 OpenData 之類較多資料的網站時也已招架不住，故下回合要往下做調整。

第二回合

字量	載入字庫	連上 WiFi	網站A	網站B	SSD1306
950
960
975

第二回合 600 至 900 的區段皆通過測試，直至 950 左右才出現分岐點，最後測得安全的字量落在 950～960 左右，代表若有較多記憶體的需求，則需酙酌字數的調整，但整體來說，已能滿足一般的應用。

第三回合
上兩回合使用的是常見的 ESP32 WROOM 版本，而市面上的 ESP32 還有一個 WROVER 的版本，它與一般的 ESP32 不同之處在於加載了 8MB 的 SPI PSRAM。

常見的ESP32

MicroPython v1.18 on 2022-01-17; ESP32 module with ESP32
Type "help()" for more information.
>>> from micropython import mem_info
>>> mem_info()
stack: 672 out of 15360
GC: total: 111168, used: 2528, free: 108640
 No. of 1-blocks: 22, 2-blocks: 8, max blk sz: 32, max free sz: 6776
>>>

ESP32 with SPIRAM

MicroPython v1.18 on 2022-01-17; ESP32 module (spiram) with ESP32
Type "help()" for more information.
>>> from micropython import mem_info
>>> mem_info()
stack: 704 out of 15360
GC: total: 4098240, used: 1568, free: 4096672
 No. of 1-blocks: 15, 2-blocks: 8, max blk sz: 18, max free sz: 255999
>>> 

由上可輕易的看出兩者之間記憶體有明顯的差別，而這回合要試探具備 SPIRAM 的 ESP32 能承受的字量又是多少呢?

字量	載入字庫	連上 WiFi	網站A	網站B	SSD1306
1000
2000
3000
4000
4903

字量 4903 字庫為教育部 4808 常用字加上英數字符號 95 個集合所成。

看起來很完美吧！至此已經達到非常驚人的字數量

，但為何不再繼續往上測試呢? 因為光是載入 4903 字庫就要花費約 25 秒的時間，除非有特殊的使用需求，不然這樣的用法並不符合實用性，所以就在這個常用字加英數符號的 4903 字庫劃下了句點。載入字庫所需耗費的時間記錄如下：

字庫檔	台灣368	1000	2000	3000	4000	4903
秒數	0.8	2.4	6.4	11.7	18.3	25.5

秒數為手按碼表測得之數據，非精確數值，僅供參考。

結論

對於擁有大容量的 ESP32 來說，字庫檔不失為一個在有限字量需求下解決中文顯示的好方法，雖然 WROVER 版本的 ESP32 能夠承載更多的字量，但執行速度的損耗使其並不具備絕對的優勢，亦或使用字庫 IC 更能取得平衡而達到較好的使用者體驗，希望本篇內容對有字庫需求的同好在進行評估時能有一些幫助。

使用字庫時需留意其授權之使用範圍，並依規定使用。

關於作者  

我是 𝙋𝙖𝙤𝙮𝙪𝙣𝙜，是 MicroPython 及 Espruino 的愛好者，一直認為：

「Maker 應該把重心放在應用上，而不該被語言工具限制了創意」

所以想藉由較為簡捷且詳細的解說讓更多人可以學習進而自由發揮，而非淪為只能將程式碼複製貼上的複製人，如果你認同這樣的理念，請一起為此目標努力，如果我的文章內容對你有幫助，請轉發或協助需要的人。若你願意請我喝杯咖啡 ☕ ，我會因此受到鼓勵且喜悅，謝謝！

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