rust嵌入式开发

最近终于打通了rust嵌入式，值得庆贺！在折腾的过程中发现相关的资料不说少，但合用的太少，所以做个总结，希望能帮到有需要的兄弟。

在这个回答中我说了一下为什么想要启用rust嵌入式，不过当时还是有点低估了rust本身的门槛:(

环境

开发环境很简单：vscode+插件Cortex-Debug，但我实在没精力折腾怎么在vscode中进行debug，就是写完代码直接命令行编译。

相关的工具链请参考：安装工具链。我最后使用的芯片是STM32F103C8T6，所以需要安装

rustup target add thumbv7m-none-eabi

芯片刷新使用JTAG的ARM仿真器，淘宝多的是，选个买得人多的就行。刷程序我用的是JFlash，到官网下载安装后直接运行即可。

之前用rtt的时候，debug都已经被集成到IDE中了，而rust必须还得自己折腾，可折腾半天最后发现个问题：STM32F103C8只有64K的flash，刚写了几个功能debug版本就已经70几K的，只能用release版：

cargo build --release

所以干脆就不debug了，反正现在功能还比较简单，出问题了猜都能猜出是哪挂了:) 后面打通了uart串口的收发，直接看串口输出就是了。

这里需要说明的就是，本来打算用GD32的，但相关的库太少，支持的芯片少不说，而且功能不全，最后还是先选了STM32的芯片。

配置

这个都是比较标准的，主要是做个集中记录，避免以后的新项目少折腾。

.cargo/config.toml

主要是设置交叉编译的目标：

[build]
target = "thumbv7m-none-eabi"

memory.x

/* Linker script for the STM32F103C8T6 */
MEMORY
{
  FLASH : ORIGIN = 0x08000000, LENGTH = 64K
  RAM : ORIGIN = 0x20000000, LENGTH = 20K
}

根据自己选的芯片设置flash和内存大小即可。

Cargo.toml

主要是配置依赖。我现在用到的是：

[dependencies]
embedded-hal = "0.2.7"
nb = "1"
cortex-m = { version = "0.7.6", features = ["critical-section-single-core"] }
cortex-m-rt = "0.7.1"
embedded-alloc = "0.5.1"
panic-halt = "0.2.0"
fugit = "0.3.6"
cortex-m-rtic = "1.1.4"

[dependencies.stm32f1xx-hal]
version = "0.10.0"
features = ["rt", "stm32f103", "medium"]

整个项目的框架我使用了rtic，就是上面依赖中的【cortex-m-rtic】，主要是用它来处理中断，说实话，就我目前rust的水平，其实不用rtic直接写更好理解，但多个中断、时间任务之间的协调实在来不及折腾了。

rtic其实比较简单，麻烦的是需要对rust和硬件的理解足够【当然，rtic能支持多个硬件体系和平台，它的价值在这里，但这一点对我反而价值不大】，需要搞清楚哪些需要自己做，哪些rtic帮我们做了，这很头疼。

大家看看上面rtic的官方指南，自己描个架子，我下面主要说一下自己的处理。

内存管理

rust嵌入式用的是core，所以std中的一些东东用不了，但好在基本的core中都有，包括vec、字符串等，但大家需要看一下rust的说明，官方已经指出：想在no_std环境中使用vec等，必须启用alloc。

所以，我们第一步就是做好相应的内存管理：

1、配置embedded-alloc依赖

有些例子给的是cortex-m-alloc，但这个crate自己都已经说自己挂了，请使用embedded-alloc

2、引用

extern crate alloc;
//引用之后，vec啥的就可以引用到了
use alloc::vec;
use alloc::collections::BTreeMap;
use alloc::string::String;

3、创建堆

//我分配了8k的堆空间
const HEAP_SIZE: usize = 8192;
use embedded_alloc::Heap;
#[global_allocator]
static HEAP: Heap = Heap::empty();

4、初始化堆

在入口的第一条指令就执行堆的初始化工作：

use core::mem::MaybeUninit;
static mut HEAP_MEM: [MaybeUninit<u8>; HEAP_SIZE] = [MaybeUninit::uninit(); HEAP_SIZE];
unsafe { HEAP.init(HEAP_MEM.as_ptr() as usize, HEAP_SIZE) }

入口：如果使用了rtic，就是init函数；否则就是main函数。

时钟

嵌入式编程很多时候我们得自己设时钟：

let mut flash = cx.device.FLASH.constrain();
let rcc = cx.device.RCC.constrain();
let clocks = rcc.cfgr.adcclk(2.MHz()).freeze(&mut flash.acr);

我因为要用到adc，所以这里设了adcclk。

大家在rtic官方的例子中经常看到：

#[monotonic(binds = TIM2, default = true)]
type MicrosecMono = MonoTimerUs<pac::TIM2>;

因为STM32F103只有TIM1，我又要用时钟中断，所以我就去掉了，初始化时只使用：init::Monotonics()。

串口

我用的是USART1，gpio管脚是pa9/pa10，没有使用DMA【被rust折腾惨了，暂时还搞不定】就是中断收发。

let mut afio = cx.device.AFIO.constrain();
let mut gpioa = cx.device.GPIOA.split();
let uart1_pin_tx = gpioa.pa9.into_alternate_push_pull(&mut gpioa.crh);
let uart1_pin_rx = gpioa.pa10;
let uart1 = Serial::new(
    cx.device.USART1,
    (uart1_pin_tx, uart1_pin_rx),
    &mut afio.mapr,
    serial::Config::default()
        //115200,8N1
        .baudrate(115200.bps())
        .stopbits(serial::StopBits::STOP1)
        .wordlength_8bits()
        .parity_none(),
    &clocks,
);
let (mut tx, mut rx) = uart1.split();
//监听数据中断
rx.listen();
//监听空闲中断
rx.listen_idle();

发送

我需要将数据打包后发送，所以我的串口发送程序是这样的：

pub fn sent_collect_uart(tx: &mut serial::Tx<USART1>, c:&mut Collect) {
	let ps: Vec<u8> = c.into_parket();
	let arr: &[u8] = &ps[..];
	tx.bwrite_all(arr).unwrap();
}

即将自己写的数据集先打包成一个u8的缓冲区，然后将这个缓冲区转换成一个u8数组，然后用tx的bwrite_all函数发送即可。

注意：不要flush，会挂

由于串口发送在很多地方都会用到，所以我把tx放到了Shared中：

#[shared]
struct Shared {
	tx_uart1: Tx<USART1>,
	live_random: u32,
}

这样一来，在rtic的任务中就必须以加锁的方式才能使用tx，这就可以保证串口发送是互斥的：

cx.shared.tx_uart1.lock(|tx_uart1| {
	sent_collect_uart(tx_uart1, &mut c);
});

接收

串口的接收需要中断，但硬件中断是不应该嵌套的，所以接收完数据的应用处理应该从中断中分离出来。我们在配置并初始化串口后，调用了两个listen函数，这就是分别监听了数据中断和空闲中断

• 数据中断：串口接收到了数据
• 空闲中断：串口超过9bit时间未收到数据信号

组合这两个中断，我们就可以成帧接收数据了。

前面说过，rtic的麻烦是麻烦在需要搞清楚哪些需要我们做，哪些rtic会帮我们做。rtic的例子非常少，文档说的也不是很透彻，需要在新功能上反复尝试才行，好郁闷的:(

串口的数据中断和空闲中断都是绑在USART1号上的，我直接贴代码，然后加注释了：

//用户区的接收处理
fn uart1_recv(buff: vec::Vec<u8>) {
	......
}

//串口的接收缓存区，一次最多只能接受1024个字节
const BUFFER_LEN: usize = 1024;
static mut BUFFER: &mut [u8; BUFFER_LEN] = &mut [0; BUFFER_LEN];
static mut WIDX: usize = 0;

//串口1的中断处理函数
#[task(binds = USART1, priority = 3, local = [rx_uart1], shared = [tx_uart1])]
fn uart1(mut cx: uart1::Context) {
	//指示本次中断是否可以处理接收到的新数据
	let mut b: bool = false;
	//如果有新数据，则将其拷贝到buff中再提供给用户处理程序
	let mut buff: vec::Vec<u8> = vec![];
	//接收端口，不这么做会报move方面的错误，快被折腾疯了:(
	let rx = cx.local.rx_uart1;
	//接收的时候不允许发送，发送的时候也不会接收，这就是强制将USART变成了单工
	cx.shared.tx_uart1.lock(|tx_uart1| {
		if rx.is_rx_not_empty() {
			//是数据中断，则接收到的数据放到接收缓存
			if let Ok(w) = nb::block!(rx.read()) {
				unsafe {
					BUFFER[WIDX] = w;
					WIDX += 1;
					if WIDX >= BUFFER_LEN - 1 {
						//超出的数据丢弃
						//WIDX = 0;
					}
				}
			}
			//可以等待空闲中断了
			rx.listen_idle();
		} else if rx.is_idle() {
			//空闲中断，数据接收完毕
			b = true;
			unsafe {
				//将接收到的数据从接收缓存copy到用户空间，以避免被新数据覆盖
				buff = vec![0; WIDX];
				let to = buff.as_mut_ptr();
				let from = BUFFER.as_mut_ptr();
				ptr::copy(from, to, WIDX);
				WIDX = 0;
			}
			//除非接收到新的数据，否则不等待空闲中断
			rx.unlisten_idle();
		}
	});
	if b {
		//这里应该将其放入空闲任务队列，异步执行以尽快结束中断处理
		//但我现在还没做到这一步，rust太折腾了:(
		uart1_recv(buff);
	}
}

时钟中断

stm32只有TIM1，我设了10ms的tick【哈哈，从rtt学到的】：

let mut timer = cx.device.TIM1.counter_ms(&clocks);
timer.start(TIMER_TICK.millis()).unwrap();
timer.listen(Event::Update);

啊，对了，尽可能的用cx.device而不要再自己引用了，现在还搞不清楚为什么，问题太多了，反正就尽量先这么用吧:(

时钟中断的处理函数：

#[task(binds = TIM1_UP, priority = 5, local = [timer])]
fn tick(cx: tick::Context) {
	unsafe {
		//借鉴rtt，每个时钟中断tick加1
		if sys_tick == u32::MAX {
			sys_tick = 1;
		}else{
			sys_tick += 1;
		}
	}
	//可以继续时钟中断
	cx.local.timer.clear_interrupt(Event::Update);
	
	//用户任务
	//和串口中断一样，应该放到空闲任务队列中异步调度执行
	mytask::spawn().unwrap();
	
	//用板载led做个呼吸灯，直观表示还活着
	live::spawn().unwrap();
}

注意：绑定的中断号是TIM1_UP

我把时钟中断的优先级设成了5。

数据打包

说实话，在c中这根本就不应该值得多写一个字！可在rust中，我写完都得骄傲的跳三跳！！简直是被rust折腾的死去活来的:(

取到一块buff

fn get_buff(len:usize) -> vec::Vec<u8>{
	let vec:vec::Vec<u8> = vec![0; len];
	vec
}

向buff中写入数据

基本函数

fn write_buff(from:*const u8, to:*mut u8, len:usize) -> *mut u8 {
	unsafe {
		ptr::copy(from, to, len);
		to.add(len)
	}
}

有了基本函数，就可以写各种类型的数据了：

//写u16:
fn write_buff_short(to:*mut u8, v:u16) -> *mut u8 {
	let from = &v as *const u16;
	write_buff(from as *const u8, to, 2)
}
//写字节:
fn write_buff_byte(to:*mut u8, v:u8) -> *mut u8 {
	let from = &v as *const u8;
	write_buff(from, to, 1)
}
//写u32:
fn write_buff_int(to:*mut u8, v:u32) -> *mut u8 {
	let from = &v as *const u32;
	write_buff(from as *const u8, to, 4)
}
//写f32:
fn write_buff_float(to:*mut u8, v:f32) -> *mut u8 {
	let from = &v as *const f32;
	write_buff(from as *const u8, to, 4)
}
//写字符串:
fn write_buff_str(to:*mut u8, v:&str) -> *mut u8 {
	let from = v.as_ptr();
	write_buff(from, to, v.len())
}

真被rust的借用、生命周期给折腾的欲死欲仙的:(

打包

我用伪码写一下：

impl <'a> Collect<'a> {
	......其它代码
	//给自己的数据结构打包
	pub fn into_parket(&mut self) -> vec::Vec<u8>{
		//获取缓冲区
		let mut buff = get_buff(self.tl as usize);
		//得到缓冲区的基址
		let base = buff.as_mut_ptr();
		//每写入一个数据，prt就会指向下一个待写入的地址
		let mut ptr: *mut u8 = base;
		unsafe {
			//打入包头
			ptr = write_buff_byte(ptr, b'D');
			//移动指针
			ptr = base.add(OFFSET_DATA_LEN as usize);
			write_buff_short(ptr, self.tl);
			......其它代码
			//开始打入数据
			ptr = base.add(OFFSET_BODY as usize);
			let pbody = ptr;
			......其它代码
			//crc
			ptr = base.add(OFFSET_CRC as usize);
			//crc是数据区的校验和，所以要从包身开始，计算总数去掉包头的长度
			let crc = crc_xor(pbody, (self.tl - 12) as u32);
			write_buff_byte(ptr, crc);
		}
		buff
	}
}

需要注意：虽然写数据是用unsafe封了可以强制读写，但如果自己没算清楚，buff的读写超范围了，出了unsafe就会挂！所以，在打包完成后，调试期间应该立刻写一个print语句，如果没看到相应的提示，那自然就说明指针移动的时候算错了。

杂项

其它adc和gpio，包括业务处理都很简单，各种例子都可以参考，不复赘述。

dispatchers

我现在还没搞懂，rtic的app为什么需要一个dispatchers，还必须是和自己用到的中断都不一样的一个硬件中断源，我就用了官方例子中的SPI1：

#[rtic::app(device = stm32f1xx_hal::pac, dispatchers = [SPI1])]
mod app {

代码布局

这个也很折腾，rtic::app它本身是一个宏！所以我们写的代码，并不是编译器阅读到的最终代码，所以我最终就没用官方例子的：

use ......
mod app {
    use super::*;

即和其它rust程序一样，在代码的开头就引用需要的crate。我是：

#![no_std]
#![no_main]

use panic_halt as _;
extern crate alloc;

mod 自己写的模块;

#[rtic::app(device = stm32f1xx_hal::pac, dispatchers = [SPI1])]
mod app {
	use ......

包括静态数据的定义都是放到app模块里面，这样就不会有问题。

idle

这个很简单：

#[idle]
fn idle(_cx: idle::Context) -> ! {
	loop {
		cortex_m::asm::wfi();
		//官方例子中的也可以
		//rtic::export::wfi()
	}
}

即便不用idle也没问题，但一呢，根据官方的说法，用了idle会比较节省【当然，我们做了一个10ms的时钟】；二呢，就是可以在idle中做我们的用户任务管理。文章来源地址https://www.toymoban.com/news/detail-823444.html

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