如何在 Arduino Uno 上运行 Rust

最初发布于：creativcoder.dev

大约一个月前，在我撰写本文时，rust-avr 分支已合并到上游。这意味着您现在只需运行，并为您的目标cargo +nightly build提供一个( ) ，即可为 avr 微控制器板编译 Rust 程序。这太棒了！.cargo/config.tomlavr-unknown-unknown

我一直对用代码操纵和影响物理对象的想法很着迷。这一系列博文可能会记录我在 Arduino 上使用 Rust 的冒险经历，将来也可能会记录 ESP8266 和 Discovery F3 的冒险经历。（这些我也有。）以这篇第一篇博文开启这个系列。

目标读者：本文面向初学者到中级水平的读者，他们希望通过 Arduino 轻松掌握 Rust 嵌入式系统。阅读完本文后，您可能想阅读《嵌入式 Rust 基础知识》一书。文中代码在 Linux 机器（Arch Linux）上使用 Rust 编译器版本编译rustc 1.47.0-nightly (22ee68dc5 2020-08-05)。

我们将快速讲解如何在 Arduino Uno 上运行 Rust，Arduino Uno 可能是嵌入式领域最知名、使用最广泛的开发板。Arduino Uno基于 ATmega328P，这是一款属于 AVR 系列的 8 位微控制器。AVR 是由 Atmel 公司于 1996 年开始开发的微控制器系列，后来被 Microchip 科技公司收购。如果您想了解更多信息，请访问：AVR-Rust 一书

抛开这段简短的历史，让我们开始吧！

我们将演示Arduino的Hello World，它能控制LED闪烁。这是一个非常简单的练习，但对于初学者来说，有很多东西需要学习。

让我们写一些代码

抛开依赖关系，让我们添加下面的代码main.rs并逐步完成它：

（快速提示：您可以cargo doc --open在目录中运行并获取该项目及其依赖项的文档以供参考）



// main.rs

#![no_std]
#![no_main]

首先，我们需要指定一些全局属性，以便让编译器知道我们处于不同的环境中。
我们处于一个嵌入式环境中，它不具备Rust标准库 crate所依赖的功能，例如堆分配 API、线程、网络 API 等。因此，我们需要#[no_std]在顶部添加该属性。我们还需要fn main()使用覆盖默认入口点（）#[no_main]，因为我们将为程序提供并定义我们自己的入口点。为了定义我们的入口点，我们将使用arduino_unocrate 中的 entry 属性宏来定义一个自定义入口点。通常，您使用的 board crate 会为您提供一个入口宏。

然后，我们添加use语句以从依赖的板条箱中取出范围内所需的项目。



extern crate panic_halt;
use arduino_uno::prelude::*;
use arduino_uno::hal::port::portb::PB5;
use arduino_uno::hal::port::mode::Output;

注意到那个panic_halt箱子了吗？我们需要一个恐慌处理程序，因为：

在标准库中，恐慌具有定义的行为：它会展开恐慌线程的堆栈，除非用户选择在恐慌时中止程序。然而，在没有标准库的程序中，恐慌行为是未定义的。可以通过声明一个 #[panic_handler] 函数来选择行为。来源：[嵌入式 Rust 书籍]

让我们继续：



#[arduino_uno::entry]
fn main() -> ! {

}

然后，我们用 crate中的属性宏main来注释我们的函数。该属性是 never 类型，表示该函数永不返回。entryarduino_uno!

要使 LED 闪烁，我们只需要几行代码，并将相关引脚设置为高电平或低电平。让我们看一下 Uno 上 ATmega328P 芯片的引脚图：

在上图中，您可以看到微控制器上的各种引脚。大多数（如果不是全部）微控制器都包含允许设备读取和写入外部电路数字值的引脚。其中一些引脚被归类为 I/O 端口。
端口是一组代表标准接口的引脚。这些端口由端口寄存器控制，端口寄存器可以被认为是一个特殊的字节变量，我们可以在代码中更改它。

对于 ATmega328P，我们有三个端口寄存器可供使用：

C – 模拟引脚 0 至 5
D – 代表数字引脚 0 至 7
B – 用于数字引脚 8 至 13

此处有更详细的解释：端口操作

如果你看一下 Uno，你会发现数字引脚 13 连接到内置 LED。
我们需要在代码中访问该引脚才能操作 LED，例如将其设置为高电平或低电平。

让我们添加更多代码：



#[arduino_uno::entry]
fn main() -> ! {
    let peripherals = arduino_uno::Peripherals::take().unwrap();

    let mut pins = arduino_uno::Pins::new(
        peripherals.PORTB,
        peripherals.PORTC,
        peripherals.PORTD,
    );

    let mut led = pins.d13.into_output(&mut pins.ddr);

    loop {
        stutter_blink(&mut led, 25);
    }
}

上面的代码中发生了很多事情！

首先，我们创建一个实例，其中Peripheral包含 Uno 中所有外设的列表。
外设是指连接芯片/CPU 与外部设备、传感器等通信的设备。
外设的例子包括定时器、计数器、串口等。
嵌入式处理器通过一组控制和状态寄存器与外设交互。

然后，我们创建一个新Pin实例，并将外设实例的端口传入其中peripherals。
然后，我们定义一个变量led来保存 LED 所连接的引脚号。创建方法是：使用引脚into_output的方法将 13 号引脚配置为输出引脚d13，并传入一个对ddr寄存器的可变引用。

DDR 寄存器决定特定端口上的引脚是输入还是输出。DDR 寄存器长度为 8 位，每位对应该 I/O 端口的一个引脚。例如，DDRB 的第一位（位 0）决定 PB0 是输入还是输出，而最后一位（位 7）决定 PB7 是输入还是输出。我还需要阅读更多资料才能完全理解 DDR 寄存器。

接下来，我们进入一个loop {}调用函数，提供对我们的实例stutter_blink的可变引用和我们想要闪烁的次数（）。led
25

这是我们的stutter_blink函数定义：



fn stutter_blink(led: &mut PB5<Output>, times: usize) {
    (0..times).map(|i| i * 10).for_each(|i| {
        led.toggle().void_unwrap();
        arduino_uno::delay_ms(i as u16);
    });
}

在 stutter_blink 中，我们所做的就是调用 toggle on led，然后从 arduino_uno 模块调用一个 delay_ms 函数。这一切都在一个迭代器中完成。我们创建一个范围 (0..times)，然后调用 map，这样我们就可以逐步延迟 LED 的切换时间，延迟量比较明显。我们当然可以使用 for 循环来实现，而且可读性更高，但我想证明我们可以使用 Rust 的所有高级 API 和抽象。我们正在为一个嵌入式系统编写函数式代码，其中抽象的开销为零。据我所知，这只有在 Rust 中才能实现！

以下是完整代码：



// main.rs

#![no_std]
#![no_main]

extern crate panic_halt;
use arduino_uno::prelude::*;
use arduino_uno::hal::port::portb::PB5;
use arduino_uno::hal::port::mode::Output;

fn stutter_blink(led: &mut PB5<Output>, times: usize) {
    (0..times).map(|i| i * 10).for_each(|i| {
        led.toggle().void_unwrap();
        arduino_uno::delay_ms(i as u16);
    });
}

#[arduino_uno::entry]
fn main() -> ! {
    let peripherals = arduino_uno::Peripherals::take().unwrap();

    let mut pins = arduino_uno::Pins::new(
        peripherals.PORTB,
        peripherals.PORTC,
        peripherals.PORTD,
    );

    let mut led = pins.d13.into_output(&mut pins.ddr);

    loop {
        stutter_blink(&mut led, 25);
    }
}

让我们尝试建造这个板条箱：



cargo build

如果一切顺利，您应该会看到目录rust-arduino-blink.elf下生成了一个 ELF 文件target/avr-atmega328p/debug/。这就是我们需要烧录到 Uno 的二进制文件。要烧录这个 ELF 文件，我们将使用avrdude实用程序。让我们在根目录下创建一个名为 ELF 的脚本，flash.sh然后cargo build将它烧录到 Uno 中：



#! /usr/bin/zsh

set -e

if [ "$1" = "--help" ] || [ "$1" = "-h" ]; then
    echo "usage: $0 <path-to-binary.elf>" >&2
    exit 1
fi

if [ "$#" -lt 1 ]; then
    echo "$0: Expecting a .elf file" >&2
    exit 1
fi

sudo -u creativcoder cargo build
avrdude -q -C/etc/avrdude.conf -patmega328p -carduino -P/dev/ttyACM0 -D "-Uflash:w:$1:e"

有了它，我们现在就可以运行（确保您的 Uno 已通过 USB 电缆连接）：

./flash.sh target/avr-atmega328p/debug/rust-arduino-blink.elf

就这样：

我们在 Arduino 上运行 Rust 的第一个闪烁程序！

如果您在访问时收到权限被拒绝的错误/dev/ttyACM0，您可能需要将您的用户添加
到有权访问串行接口的 Linux 用户组。
首先，我们使用以下命令找到该组：

ls -l /dev/ttyACM0

我的机器上得到以下输出：

crw-rw---- 1 root uucp 166, 0 Aug 19 03:29 /dev/ttyACM0

要将您的用户名添加到uucp组，我们运行：

sudo usermod -a -G uucp creativcoder

欢迎提出建议/评论/更正。

我计划了几个嵌入式业余项目，以后会根据它们的进展撰写相关文章。以上代码的Github
链接如下。如果您想了解 Rust 嵌入式领域的最新进展，请关注嵌入式 Rust 工作组。

直到下次！

鏂囩珷鏉ユ簮锛�https://dev.to/creativcoder/how-to-run-rust-on-arduino-uno-40c0

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