Rust 嵌入式开发 Micro:bit
前言
一直都很想玩嵌入式开发,但是又不想学 C 这种那么难的语言,所以基于这次学习 Rust 想玩一下嵌入式开发.所以记录的内容都是我在看micro::bit v2 Embedded Discovery Book这份教材所遇到的问题.
环境
- Micro:bit v2 板子 x1
- Mac OS
- 数据线一根要确定能与电脑相连
硬件信息
以下信息在其他分类章节中可以寻找到内容
芯片信息: nRF52833
芯片封装: nRF52833_xxAA
这块为什么 nRF52833 芯片 后面 需要添加 xxAA 不太确定有知道的可以给我回复
交叉编译目标: thumbv7em-none-eabihf 适合 Micro:bit v2 从文档可以找到对应的交叉编译目标
硬件内存点位: Ram 0x00000000 Flash 0x20000000
硬件内存长度: Ram 128KB Flash 512KB
安装软件
安装Rust 官网
curl --proto '=https' --tlsv1.2 -sSf https://sh.rustup.rs | sh
校验安装
# 查看 Rust 版本
➜ ~ rustup show
Default host: aarch64-apple-darwin
rustup home: /Users/peixinyi/.rustup
stable-aarch64-apple-darwin (default)
rustc 1.81.0 (eeb90cda1 2024-09-04)
# 查看 Cargo 版本
➜ ~ cargo -V
cargo 1.81.0 (2dbb1af80 2024-08-20)
创建项目
进入控制台输入
cargo new lighten
# Creating binary (application) `lighten` package
#note: see more `Cargo.toml` keys and their definitions at https://doc.rustlang.org/cargo/reference/manifest.html
项目结构
.
├── Cargo.toml
└── src
└── main.rs
2 directories, 2 files
添加交叉编译能力
新增 编译目标
rustup target add thumbv7em-none-eabihf
查看 编译目标
rust show
Default host: aarch64-apple-darwin
rustup home: /Users/peixinyi/.rustup
installed targets for active toolchain
--------------------------------------
aarch64-apple-darwin
thumbv7em-none-eabi
active toolchain
----------------
stable-aarch64-apple-darwin (default)
rustc 1.81.0 (eeb90cda1 2024-09-04)
修改启动类
打开 src/main.rs
#![no_std]
#![no_main]
fn main() -> ! {
loop {}
}
#![no_std]
#![no_std]属性告诉 Rust 编译器编译程序时不使用标准库（std）。- 嵌入式系统通常运行在没有操作系统的硬件上，因此不需要标准库提供的功能。
#![no_main]
#![no_main]属性告诉 Rust 编译器程序不包含标准的main函数。- 在 Rust 中，
main函数是程序的入口点，即程序开始执行的地方。
添加依赖
查找 板条箱 https://crates.io/,在这里我们尝试导入一个 cortex-m-rt
crates https://crates.io/search?q=cortex-m-rt
docs.rs https://docs.rs/cortex-m-rt/latest/cortex_m_rt/
从文档中我们可以看到需要在项目中添加 memory.x
新增依赖 cortex-m-rt
➜ lighten git:(master) ✗ cargo add cortex-m-rt
Updating `ustc` index
Adding cortex-m-rt v0.7.3 to dependencies
Features:
- device
- set-sp
- set-vtor
Locking 6 packages to latest compatible versions
Adding cortex-m-rt v0.7.3
Adding cortex-m-rt-macros v0.7.0
Adding proc-macro2 v1.0.87
Adding quote v1.0.37
Adding syn v1.0.109 (latest: v2.0.79)
Adding unicode-ident v1.0.13
新增文件 memory.x
MEMORY
{
FLASH : ORIGIN = 0x00000000, LENGTH = 512K
RAM : ORIGIN = 0x20000000, LENGTH = 128K
}
修改main
#![no_std]
#![no_main]
use cortex_m_rt::entry;
#[entry]
fn main() -> ! {
loop {}
}
在此处添加了 #[entry] 标识此处为一个入口
编译程序
cargo rustc --target thumbv7em-none-eabi -- \
-C link-arg=-nostartfiles -C link-arg=-Tlink.x
但是执行的时候会出现异常 告诉我们缺少了一个解决异常(恐慌)的程序
我们暂时不出来他,就让他异常就行
error: `#[panic_handler]` function required, but not found
简化编译脚本
mkdir .cargo
touch .cargo/config.toml
写入配置
[build]
target = "thumbv7em-none-eabihf"
[target.thumbv7em-none-eabihf]
rustflags = [
"-C", "link-arg=-Tlink.x",
]
这样我们就可以直接使用 cargo build 进行编译.
解决恐慌
项目导入 panic-halt 其可以帮我们快速的解决恐慌问题.
cargo add panic-halt
在main.rs中引入 panic-halt 只需要添加 use panic_halt as _; 就可以了.
#![no_std]
#![no_main]
use cortex_m_rt::entry;
use panic_halt as _;
#[entry]
fn main() -> ! {
loop {}
}
检查是否正常
cargo check # 检查代码
cargo build # 编译代码
cargo size -- -Ax # 查看包大小
lighten-up :
section size addr
.vector_table 0x400 0x0
.text 0x8c 0x400
.rodata 0 0x48c
.data 0 0x20000000
.gnu.sgstubs 0 0x4a0
.bss 0 0x20000000
.uninit 0 0x20000000
.debug_abbrev 0x1198 0x0
.debug_info 0x22642 0x0
.debug_aranges 0x1330 0x0
.debug_ranges 0x19c80 0x0
.debug_str 0x3b5a0 0x0
.comment 0x40 0x0
.ARM.attributes 0x3a 0x0
.debug_frame 0x4120 0x0
.debug_line 0x1ee2c 0x0
.debug_loc 0x29 0x0
Total 0x9d1a5
将程序写入设备
安装 embed
cargo install embed
配置写入目标芯片
touch Embed.toml
[default.general]
chip = "nRF52833_xxAA"
写入程序
插入 MicrobitV2 至电脑
cargo embed
Compiling lighten v0.1.0 (/Users/peixinyi/Desktop/lighten)
Finished `dev` profile [unoptimized + debuginfo] target(s) in 0.97s
Config default
Target /Users/peixinyi/Desktop/lighten/target/thumbv7em-none-eabihf/debug/lighten
Erasing ✔ [00:00:00] [###########################################################################################] 4.00 KiB/4.00 KiB @ 28.64 KiB/s (eta 0s )
Programming ✔ [00:00:00] [###########################################################################################] 4.00 KiB/4.00 KiB @ 15.85 KiB/s (eta 0s ) Finished in 0.421s
此时你应该看到了你的 Microbit 已经被刷写掉了默认程序.
添加 rtt 调试
添加 rtt
安装 rat-target https://crates.io/crates/rtt-target
cargo add rtt-target
从文档中看到,他还需要我们实现一个 critical-section 这里我们可以直接使用 cortex-m 为我们提供的能力
cargo add cortex-m --features critical-section-single-core
配置embed.toml
[default.general]
chip = "nRF52833_xxAA"
[default.rtt]
enabled = true
修改 main.rs
#![no_std]
#![no_main]
use cortex_m::asm::nop;
use cortex_m_rt::entry;
use panic_halt as _;
use rtt_target::{rprintln, rtt_init_print};
#[entry]
fn main() -> ! {
rtt_init_print!();
rprintln!("Hello, world!");
loop {
rprintln!("Looping...");
for _ in 0..100000 {
nop();
}
}
}
写入程序
cargo embed
#Hello, world!
#Looping...
#Looping...
#Looping...
#Looping...
#Looping...
#Looping...
#Looping...
#Looping...
#Looping...
#Looping...
点亮LED
导入 microbit-v2
这是官方为 rust写 crate
cargo add microbit-v2
修改 main.rs
#![no_std]
#![no_main]
use cortex_m::asm::nop;
use cortex_m_rt::entry;
use microbit::Board;
use microbit::display::blocking::Display;
use microbit::hal::Timer;
use panic_halt as _;
use rtt_target::{rprintln, rtt_init_print};
#[entry]
fn main() -> ! {
rtt_init_print!();
rprintln!("Starting up...");
let board = Board::take().unwrap();
let mut timer = Timer::new(board.TIMER0);
let mut display = Display::new(board.display_pins);
let led = [
[0, 1, 0, 0, 0],
[0, 1, 0, 0, 0],
[0, 1, 0, 0, 0],
[0, 1, 0, 0, 0],
[0, 1, 0, 0, 0]
];
loop {
rprintln!("Looping...");
display.show(&mut timer, led, 1000);
display.clear();
timer.delay_ms(1000);
}
}
编译代码
rust embed
#help: there is a method `delay_ns` with a similar name
# |
#30 | timer.delay_ns(1000);
# | ~~~~~~~~
#
#error: aborting due to 1 previous error; 1 warning emitted
#
#For more information about this error, try `rustc --explain E0599`.
# Error Failed to run cargo build: exit code = Some(101).
修复问题
导入 embedded_hal
cargo add embedded_hal
修改 main.rs
添加以下代码
use embedded_hal::delay::DelayNs;
#![no_std]
#![no_main]
use cortex_m::asm::nop;
use cortex_m_rt::entry;
use microbit::Board;
use microbit::display::blocking::Display;
use microbit::hal::Timer;
use panic_halt as _;
use embedded_hal::delay::DelayNs;
use rtt_target::{rprintln, rtt_init_print};
#[entry]
fn main() -> ! {
rtt_init_print!();
rprintln!("Starting up...");
let board = Board::take().unwrap();
let mut timer = Timer::new(board.TIMER0);
let mut display = Display::new(board.display_pins);
let led = [
[0, 1, 0, 0, 0],
[0, 1, 0, 0, 0],
[0, 1, 0, 0, 0],
[0, 1, 0, 0, 0],
[0, 1, 0, 0, 0]
];
loop {
rprintln!("Looping...");
display.show(&mut timer, led, 1000);
display.clear();
timer.delay_ms(1000);
}
}
使用GDB 调试
TODO
其他
寻找交叉编译目标
以 Micro:bit v2 举例
找到设备的信息
https://tech.microbit.org/hardware/ 从该网页可以看到其 核心是 Arm Cortex-M4 32 bit processor with FPU 进入点击查看页面 系统架构 Architecture可以看到最终的是 Armv7E-M
找到交叉编译目标
https://doc.rust-lang.org/beta/rustc/platform-support.html 进入 Rustc文档的 Platform Support 节点找到 Armv7E-M通过表格可以看到最终的编译目标thumbv7em-none-eabi
找到Memory map
从 https://tech.microbit.org/hardware/ 进入 Model Nordic nRF52833 查看文档 选择右侧的 Documentation 选择 Resources 下的 Product Specification 下载 nRF52833 Product Specification v1.7
打开文档后找到 Memory map 就可以看到 Data Ram和 Flash 的地址了 分别是 0x00000000 和 0x20000000
找到内存和闪存芯片长度
进入 https://tech.microbit.org/hardware/ 即可以看到
| 标题 | 长度 |
|---|---|
| Flash ROM | 512KB |
| RAM | 128KB |
附件
- Rust Micro:bit 板条箱
- Rust Mb2 教材
- Rust 项目存储库
- cortex-m-quickstart 项目快速启动
- Embedded Rust setup explained
- https://tech.microbit.org/hardware/
- https://docs.rs/cortex-m-rt/latest/cortex_m_rt/
- https://docs.rs/panic-halt/latest/panic_halt/
- https://developer.arm.com/Processors/Cortex-M4
- https://doc.rust-lang.org/beta/rustc/platform-support.html
- https://docs.rs/microbit-v2/0.15.1/microbit/display/blocking/index.html
- https://docs.rs/cortex-m/0.7.7/cortex_m/
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