使用 Rust 进行嵌入式开发之借尸还魂编写 APM32 应用

只看该作者 · 2024-11-17 23:24

本帖最后由 wangqy_ic 于 2024-11-18 00:15 编辑

#申请原创#
使用 Rust 进行嵌入式开发之借尸还魂编写 APM32 应用

开发环境搭建
本文描述的是在 Windows 系统进行开发，其他系统可参照进行。主要是两个主要步骤：

安装基础环境

安装 Microsoft C++ 生成工具
安装 rustup

安装嵌入式开发所需工具

工具链
其他工具
调试相关工具

安装基础环境
安装好基础环境后，就可以进行 PC 的开发，过程是：

安装 Microsoft C++ 生成工具
安装 rustup

安装 Microsoft C++ 生成工具
从微软的网站下载Microsoft C++ 生成工具，网址：
https://visualstudio.microsoft.com/zh-hans/visual-cpp-build-tools/
点击紫色按钮就可以下载。

或者使用这个地址直接下载：
https://aka.ms/vs/17/release/vs_BuildTools.exe
下载完成后双击打开，在选择工作负荷请选择“使用C++的桌面开发”，点击“安装”并等待安装完成。

安装 rustup
从 Rust 官方网站下载 rust-init：https://www.rust-lang.org/tools/install

如果是32位系统，请选择绿色圈的按钮，64位系统请选择红色圈的按钮。或者用下面的链接直接下载：

32-bit: https://static.rust-lang.org/rustup/dist/i686-pc-windows-msvc/rustup-init.exe
64-bit: https://static.rust-lang.org/rustup/dist/x86_64-pc-windows-msvc/rustup-init.exe

下载完成后双击打开，会打开一个命令行窗口：

有3个安装选项，直接输入1并回车，选择默认配置进行安装。安装过程会从自动下载所需内容：

出现绿色的文字提示表示安装完成：

按回车键完成安装，命令行窗口会关闭。重新打开命令行窗口（或者 Powershell 窗口，或者 Windows Terminal 窗口都可以），分别输入下面两个命令进行检查已安装工具的版本：

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rustup -V

cargo -V

Hello world!
基础环境安装成功，我们可以跑个 Hello world!
在命令行窗口运行命令：

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cargo new hello_world

cd hello_world

cargo run

可以看看实际运行情况：

倒数第二行的 Hello, world! 就是运行的结果。上述命令具体是这样的：

cargo new 创建了一个名为 hello_world 的工程：创建了名为 hello_world 的文件夹，给了一个默认的代码和配置。
cd hello_world 切换到刚才创建的工程目录。
cargo run 构建和运行程序。

开发嵌入式程序的总体流程，也和这个差不多~
基础环境就这样了，下面介绍嵌入式开发需要的工具：

安装嵌入式开发所需工具
工具链
目前支持的工具链，可以通过 rustup target list 命令查看，这里不再赘述。目前 ARM 相关的有：

Cortex-M0, M0+, and M1 (ARMv6-M architecture): thumbv6m-none-eabi
Cortex-M3 (ARMv7-M architecture): thumbv7m-none-eabi
...

我们使用 rustup target add 命令安装所需的，例如想要支持 Cortex-M4 的 MCU，输入这个命令：

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rustup target add thumbv7m-none-eabi

命令执行后会从网络拉取资源，且只有两句提示，请耐心等待：

其他工具
这些工具有：

arm-none-eabi-gdb
probe-rs
cargo-binutils
llvm-tools

arm-none-eabi-gdb
arm-none-eabi-gdb 是 ARM GNU 工具链的一部分，请自行安装并把对应的 bin 文件夹加入环境变量 PATH 中，这里就不再详细描述安装过程。

probe-rs
这个有点特殊，需要在 Powershell 里执行：

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irm https://github.com/probe-rs/probe-rs/releases/latest/download/probe-rs-tools-installer.ps1 | iex

如命令所示，这个是直接从 github 上拉取资源的。

如果你执行的命令有困难，可以搜索“Github 文件加速：网站，然后把下面的地址填进去，一般都可以下载的：

https://github.com/probe-rs/probe-rs/releases/download/v0.24.0/probe-rs-tools-x86_64-pc-windows-msvc.zip

把下载到的文件直接解压缩到 cargo 的对应目录，一般是：

C:\Users\<你的用户名>\.cargo\bin

确保这个文件的正确路径：C:\Users\<你的用户名>\.cargo\bin\cargo-embed.exe 。

cargo-binutils
使用命令安装：

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cargo install cargo-binutils

这个命令会下载需要的代码，并编译生成全部的可执行程序。下载和编译都需要花一些时间，最后的提示类似下图：

llvm-tools
使用这个命令：

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rustup component add llvm-tools llvm-tools-preview

类似上面的 rustup target add ，这个命令也是两句提示，中间过程没有其他信息，需要耐心等待~

其他 Debug 相关工具
如果需要调试，还需要相关的工具，如：

Qemu-system-arm
OpenOCD

这些就不一一介绍了~

IDE 相关内容
IDE 的话，VSCode就非常不错，请配合以下插件使用：

rust-analyzer
Debugger for probe-rs

后一个也就是配合 probe-rs 使用的，具体安装方法也不再详述。

Rust 嵌入式开发初探
创建 Rust 嵌入式项目，其实蛮简单的，在某个合适的目录下执行以下命令创建工程并用 vs code 打开文件夹：

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cargo new blink

cd blink

code .

前面讲过，cargo new 创建的项目就是打印 Hello, world!。我们现在基于这个模板，通过五个步骤修改为合适单片机的项目。

Step.1 创建 Embed.toml 文件：

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[default.general]

chip = "STM32F411RE"

看内容大概猜测到了，这个项目使用的单片机是 STM32F411RE。

Step.2 创建 memory.x 文件：

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/* Linker script for the STM32F411RE */

MEMORY

{

  FLASH : ORIGIN = 0x08000000, LENGTH = 512K

  RAM : ORIGIN = 0x20000000, LENGTH = 128K

}

这个文件的内容看起来也很熟悉，对了，就是 LD 文件指明 Flash/ RAM 地址和长度。这个内容是足够我们将要完成的项目。

Step.3 创建 .cargo 目录，并创建 .cargo\config.toml 文件：

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[build]

target = "thumbv7m-none-eabi"



[target.thumbv7m-none-eabi]

rustflags = ["-C", "link-arg=-Tlink.x"]

嗯，从内容也大致猜到作用了，我们项目的目标平台是 thumbv7em-none-eabi，也定义了链接参数。我们暂时也不用具体的参数写法。

Step.4 修改 Cargo.toml：

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<div data-page-id="YJxjdWt94owtVqxa0srcKEBWned" data-lark-html-role="root" data-docx-has-block-data="false"><pre class="ace-line ace-line old-record-id-WDiSdPTacoRRZVxEzC9cmCaKn8e"><code class="language-TOML" data-lark-language="TOML" data-wrap="false">[package]

name = "blink"

version = "0.1.0"

edition = "2021"



[dependencies]

embedded-hal = "1.0.0"

nb = "1"

cortex-m = "0.7"

cortex-m-rt = "0.7"

panic-halt = "1.0.0"

stm32f4xx-hal = {version = "0.22.1",features = ["stm32f407"]}</code></pre></div><span data-lark-record-data="{&quot;rootId&quot;:&quot;YJxjdWt94owtVqxa0srcKEBWned&quot;,&quot;text&quot;:{&quot;initialAttributedTexts&quot;:{&quot;text&quot;:{&quot;0&quot;:&quot;[package]\nname = \&quot;blink\&quot;\nversion = \&quot;0.1.0\&quot;\nedition = \&quot;2021\&quot;\n\n[dependencies]\nembedded-hal = \&quot;1.0.0\&quot;\nnb = \&quot;1\&quot;\ncortex-m = \&quot;0.7\&quot;\ncortex-m-rt = \&quot;0.7\&quot;\npanic-halt = \&quot;1.0.0\&quot;\nstm32f4xx-hal = {version = \&quot;0.22.1\&quot;,features = [\&quot;stm32f407\&quot;]}&quot;},&quot;attribs&quot;:{&quot;0&quot;:&quot;*0|b+4m*0+1p&quot;}},&quot;apool&quot;:{&quot;numToAttrib&quot;:{&quot;0&quot;:[&quot;author&quot;,&quot;7434168515399139331&quot;]},&quot;nextNum&quot;:1}},&quot;type&quot;:&quot;text&quot;,&quot;referenceRecordMap&quot;:{},&quot;extra&quot;:{&quot;channel&quot;:&quot;saas&quot;,&quot;pasteRandomId&quot;:&quot;4cba5a68-0cb5-44f4-aee9-147b74174055&quot;,&quot;mention_page_title&quot;:{},&quot;external_mention_url&quot;:{}},&quot;isKeepQuoteContainer&quot;:false,&quot;isFromCode&quot;:true,&quot;selection&quot;:[{&quot;id&quot;:223,&quot;type&quot;:&quot;text&quot;,&quot;selection&quot;:{&quot;start&quot;:0,&quot;end&quot;:227},&quot;recordId&quot;:&quot;WDiSdPTacoRRZVxEzC9cmCaKn8e&quot;}],&quot;payloadMap&quot;:{},&quot;isCut&quot;:false}" data-lark-record-format="docx/text" class="lark-record-clipboard"></span>

相对于工程创建时的内容，是增加了 7 ~ 12 行。也就是定义了项目的依赖~

Step.5 最后一步，修改代码 src\main.rs：

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//! Blinks an LED



#![deny(unsafe_code)]

#![deny(warnings)]

#![no_main]

#![no_std]



use panic_halt as _;



use stm32f4xx_hal as hal;



use crate::hal::{pac, prelude::*};

use cortex_m_rt::entry;



#[entry]

fn main() -> ! {

    let p = pac::Peripherals::take().unwrap();

    let gpioa = p.GPIOA.split();

    let mut led = gpioa.pa5.into_push_pull_output();

至此，工程已经能编译出 STM32F411RE MCU 下的固件，功能是让 PA5 这个 IO 口定时翻转~可以用 qemu 进行测试：

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qemu-system-gnuarmeclipse.exe --board NUCLEO-F411RE --image D:\rust\blink\target\thumbv7m-none-eabi\debug\blink

哦吼~ LED 灯闪起来了~
我不会在文章中贴视频，请移步bilibili：
【Rust Embedded 运行在 qemu】 https://www.bilibili.com/video/BV1ZMU7Y3E19/

借尸还魂编写 APM32 应用
惊悚的环节来了~~~

这个坛子里的大家都应该知道 APM32 系列 MCU 对 STM32 MCU 的兼容性，所以~我们也用 APM32F411VC TinyBoard 进行了测试，只需3步：

Step.1 当然是需要修改 APP 代码：

修改 main.rs 中关于 LED 的管脚，我们使用 APM32F411VC TinyBoard 上的 LED2，也就是 PE6：

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//! Blinks an LED



#![deny(unsafe_code)]

#![deny(warnings)]

#![no_main]

#![no_std]



use panic_halt as _;



use stm32f4xx_hal as hal;



use crate::hal::{pac, prelude::*};

use cortex_m_rt::entry;



#[entry]

fn main() -> ! {

    let p = pac::Peripherals::take().unwrap();



    // let gpioa = p.GPIOA.split();

    // let mut led = gpioa.pa5.into_push_pull_output();

    // APM32F411VC TinyBoard: PE6 --> LED2

    let gpioe = p.GPIOE.split();

    let mut led = gpioe.pe6.into_push_pull_output();



    loop {

        for _ in 0..1_000_000 {

Step.2 生成烧录固件并烧录
编译无误后，通过下面的命令生成 Hex 文件：

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cargo-objcopy --bin blink --release -- -O ihex target\thumbv7m-none-eabi\release\blink.hex

Step.3 烧录
最后就可以把开发板连接到 PC 上，用你熟悉的工具烧录，我这里用了 PyOCD：

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pyocd load -t apm32f411ve target\thumbv7m-none-eabi\release\blink.hex

激动人心的结果:

众所周知，视频是不可以p的

所以，请移步 bilibili 观看视频：【Rust 运行在 APM32F411 Tiny Board】 https://www.bilibili.com/video/BV1cwU7YjEe4/

不是结论的结论
Rust 从最开始的个人项目，逐渐变成已经被工业界接纳的一个编程语言，并以极快的速度扩展着。从 Linux 内核到驱动开发都得到展现。嵌入式领域，特别的 MCU，也得到 Rust 官方的直接支持，相信各种生态工具会慢慢得到支持从而发展。目前国产 MCU 中，GD 的 MCU 是得到了社区的支持，多个型号的 MCU 都匹配了驱动，希望极海和更对的国产半导体厂商也积极争取上游和社区的支持，完善 Rust 的开发工具及生态~~~

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【相关连接】
Rust 官方：https://www.rust-lang.org/
Rust 官方 Embedded：https://www.rust-lang.org/what/embedded
B站软件工艺师的《Rust 编程语言教程》：https://www.bilibili.com/video/BV1m1sreSEoh/
B站爆米花胡了的《Rust嵌入式开发入门》：https://www.bilibili.com/video/BV16u411d7Fv/

使用 Rust 进行嵌入式开发之借尸还魂编写 APM32 应用

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