引

因為這是本專欄的第一篇文章，所以我打算先在這里介紹下專欄的寫作目標。

Rust 是一種系統編程語言。 它有著驚人的運行速度，能夠防止段錯誤，并保證線程安全。

Rust 官方一直標榜著自己是系統編程語言，然而最根本的系統編程就是嵌入式系統開發。如果不能在嵌入式系統里大施拳腳，那么 Rust 就沒有底氣能與 C 語言叫板。經過了 3 年迭代，Rust 在嵌入式開發領域已經日漸成型，并且官方也成立了嵌入式工作組特別關注 Rust 嵌入式庫與工具鏈的開發，同時也在不斷完善The embedded rust book。這里推薦大家關注工作組的 newsletter，里面有很多工作組最新工作進展。

而本專欄將會更面向于嵌入式開發的入門教程和實踐，也就是說，本專欄的文章并不假定讀者擁有任何嵌入式開發的知識或經驗，但是要求讀者有一定 Rust 語言基礎，比如說熟悉借用所有權系統，懂得使用 unsafe 手動操作內存結構等等。

專欄文章會分為幾大類：

• 單片機架構的基礎知識
• Rust 嵌入式開發的技巧
• 各種可以跟著動手的實踐項目

希望通過本專欄可以吸引 Rust 小伙伴加入嵌入式領域，<del>同時拐騙一波正在使用 C 語言開發嵌入式的水深火熱的程序員。</del>

準備

為了能夠自己動手實踐嵌入式開發，我們需要先準備好一些材料：

• STM32F103 最小系統開發板 （約 10 元）
• STLINK V2 仿真器 （約 20 元）
• 母對母杜邦線
• USB 轉 TTL 串口模塊 （約 5 元）

STM32F103 是現在應用非常廣泛，性能強大而且成本低廉的一款單片機，擁有著高達 72Mhz 的主頻率，完全吊打 Arduino 等開發平臺。

STM32F103 最小系統核心版

仿真器是連接 pc 與單片機的重要模塊，主要用于程序燒寫與調試。

STLINK V2

串口模塊用于 pc 接收單片機的串口信息用以調試，由于現代計算機普遍已經取消了串口接口，所以使用 USB 串口就是最經濟可靠的選擇。

USB2TTL

Rust 工具鏈

文章下面將會使用 nightly-msvc channel 的 Rust 編譯器工具鏈（因為作者使用 Windows 平臺開發），讀者也可以使用 gnu 或者 linux 平臺，步驟上如果有所出入相信使用 linux 的老手是可以自己解決的。

> rustup default nightly-msvc info: using existing install for 'nightly-x86_64-pc-windows-msvc' info: default toolchain set to 'nightly-x86_64-pc-windows-msvc'nightly-x86_64-pc-windows-msvc unchanged - rustc 1.32.0-nightly (36a50c29f 2018-11-09)

2. 除了默認的標準庫外，我們還需要提前編譯好的 core 核心庫。在我們這里添加幾個常用的編譯目標指令集，rustup 就會自動把核心庫下載下來。

> rustup target add thumbv6m-none-eabi thumbv7m-none-eabi thumbv7em-none-eabi thumbv7em-none-eabihf info: downloading component 'rust-std' for 'thumbv6m-none-eabi' info: downloading component 'rust-std' for 'thumbv7m-none-eabi' info: downloading component 'rust-std' for 'thumbv7em-none-eabi' info: downloading component 'rust-std' for 'thumbv7em-none-eabihf'

3. 另外我們還需要一些傳統而好用的二進制工具 (binary tool) 和調試器。在 ARM官網頁面 下載適合平臺的最新版安裝即可。這一步安裝的工具包括 arm-none-eabi-nm, arm-none-eabi-gdb, arm-none-eabi-objcopy 還有 arm-none-eabi-size 等等。

4. 最后我們還差 openocd，它負責保持與與仿真器的通訊連接，我們需要使用它來進行燒寫和調試指令操作。openocd 的安裝途徑有很多，建議向購買仿真器的商家索要，或者可以從這里下載（可能需要科學上網）。

注： 上述 3，4 步的工具需要加入 Path 環境變量。

Blinky

Blinky 是嵌入式世界的 hello world —— 讓一盞 LED 閃爍。這篇文章的最終目標就是把最小系統版上唯一一顆 LED 燈閃爍起來。

我們先創建一個新的項目。

> cargo new blinkyCreated binary (application) `blinky` package

打開 Cargo.toml 添加幾個依賴項。

[dependencies] cortex-m = "0.5.8" # cortex-m 核心指令集 cortex-m-rt = "0.6.5" # 最小運行時，負責啟動內存初始化 panic-halt = "0.2.0" # 定義發生 panic 時采取立即停機的行為

同一架構的單片機的內存容量往往有很大差異，不同廠家的內存排布也不一定相同，所以這里我們要用 memory.x 文件里定義開發板的內存結構。在項目目錄中新建文件 memory.x 并寫入：

MEMORY {FLASH : ORIGIN = 0x08000000, LENGTH = 128KRAM : ORIGIN = 0x20000000, LENGTH = 20K }

這里定義了我們這個 MCU 擁有 128k ROM 和 20k RAM，內存起點分別在 0x08000000 和 0x20000000。

memory.x 事實上是一段鏈接器腳本 (Linker Script)，鏈接器腳本用來在內存中規劃如何排布代碼和靜態變量。很明顯僅靠這小段腳本還不足以聲明好運行所需的所有段 (SECTION)。幸運的是，cortex-m-rt 運行庫已經為我們寫好了通用的鏈接腳本，我們僅僅需要在編譯時將名為 memory.x 的內存定義腳本放在編譯目錄，memory.x 就會被自動 include 到模板中。 所以這里需要一段編譯時自動拷貝 memory.x 的 build script。在項目目錄中新建文件 build.rs 并寫入：

use std::env; use std::fs::File; use std::io::Write; use std::path::PathBuf;fn main() {// Put the linker script somewhere the linker can find itlet out = &PathBuf::from(env::var_os("OUT_DIR").unwrap());File::create(out.join("memory.x")).unwrap().write_all(include_bytes!("memory.x")).unwrap();println!("cargo:rustc-link-search={}", out.display());// Only re-run the build script when memory.x is changed,// instead of when any part of the source code changes.println!("cargo:rerun-if-changed=memory.x"); }

接著打開 src/main，寫入：

#![no_std] #![no_main]extern crate panic_halt;use cortex_m::asm; use cortex_m_rt::entry;#[entry] fn main() -> ! {asm::nop();loop { } }

雖然這段代碼看起來毫無作用，但是對于編譯來說已經足夠了。

可以注意一下這里的 main 函數并不是 Rust 語言內嵌的主函數，事實上，這個主函數僅僅是用戶代碼的入口，真正的主函數定義在 cortex_m_rt 庫中，在啟動后負責靜態變量和中斷向量表的內存初始化，接著才將執行權交回給這里的 main 函數。

執行編譯。

> cargo build --target thumbv7m-none-eabiCompiling blinky v0.1.0Finished dev [unoptimized + debuginfo] target(s) in 0.62s

至此 Blinky 已經成功編譯好了，執行文件應該會出現在 /target/thumbv7m-none-eabi/debug/blinky 。接下來我們要把這個程序燒寫到芯片的 ROM 上。首先使用杜邦線連接上仿真器與開發板，對應著接口上的名字，應該很容易將四條連接線接好，四個接口分別是 SWDIO, SWCLK, 3.3V 和 GND。

接著啟動 openocd。

> openocd -f interface/stlink-v2.cfg -f target/stm32f1x.cfg 64-bits Open On-Chip Debugger 0.10.0-dev-00289-g5eb5e34 (2016-09-03-09:40) Licensed under GNU GPL v2 For bug reports, readhttp://openocd.org/doc/doxygen/bugs.html...Polling target stm32f1x.cpu failed, trying to reexamine Info : stm32f1x.cpu: hardware has 6 breakpoints, 4 watchpoints

這一步以出現 xxxxx.cpu: hardware has x breakpoints, x watchpoints 提示為連接成功。 如果出現了其他錯誤，先檢查是否已經安裝仿真器的驅動，4條連接線有沒有松動，或者更換一個 USB 口試試。

保留 openocd 終端，再打開一個新的終端啟動 GDB (GNU Debugger) ，使用 GDB 進行執行程序燒寫：

> arm-none-eabi-gdb GNU gdb (GNU Tools for ARM Embedded Processors 6-2017-q1-update) 7.12.1.20170215-git...For help, type "help". (gdb)

加載目標文件

(gdb) file ./target/thumbv7m-none-eabi/debug/blinky Reading symbols from ./target/thumbv7m-none-eabi/debug/blinky...done.

連接上 openocd。(openocd 的默認端口為 3333)

(gdb) target remote :3333 Remote debugging using :3333 0x00000000 in ?? ()

重置 MCU，因為在運行狀態無法進行燒寫。

(gdb) monitor reset halt stm32f1x.cpu: target state: halted target halted due to debug-request, current mode: Thread xPSR: 0x01000000 pc: 0x0800016c msp: 0x20000260

開始寫入

(gdb) load Start address 0x0, load size 0 Transfer rate: 0 bits in <1 sec.

寫入后 MCU 默認會暫停在初始狀態，這里要手動運行。

(gdb) continue Continuing.

好了到目前為止，如果我們的開發板毫無反應，那就對了，我們現在要給它加上最重要的 Blinky 邏輯。

打開 Cargo.toml 再加上兩個依賴

stm32f103xx-hal = { git = "https://github.com/japaric/stm32f103xx-hal.git" } # MCU 外圍部件操作的統一接口 nb = "0.1" # stm32f103xx-hal 的異步阻塞模塊，用來實現時鐘等待同步

修改 src/main.rs

#![no_std] #![no_main]extern crate panic_halt; extern crate stm32f103xx_hal as hal; #[macro_use] extern crate nb;use cortex_m_rt::entry;use hal::prelude::*; use hal::stm32f103xx; use hal::timer::Timer;#[entry] fn main() -> ! {let cp = cortex_m::Peripherals::take().unwrap();let dp = stm32f103xx::Peripherals::take().unwrap();let mut flash = dp.FLASH.constrain();let mut rcc = dp.RCC.constrain();// 設置時鐘總線let clocks = rcc.cfgr.freeze(&mut flash.acr);// 設置通用引腳 (GPIO)let mut gpioc = dp.GPIOC.split(&mut rcc.apb2);// LED 對應的 PC13 引腳let mut led = gpioc.pc13.into_push_pull_output(&mut gpioc.crh);// 淘寶上有些版本的核心板的 LED 會接在 PB12 引腳上，這樣的話用下面兩行替換// let mut gpiob = dp.GPIOB.split(&mut rcc.apb2);// let mut led = gpiob.pb12.into_push_pull_output(&mut gpiob.crh);let mut timer = Timer::syst(cp.SYST, 1.hz(), clocks);loop {block!(timer.wait()).unwrap();// 點亮 LEDled.set_high();block!(timer.wait()).unwrap();// 關閉 LEDled.set_low();} }

重新編譯 Rust。

> cargo build --target thumbv7m-none-eabiCompiling blinky v0.1.0Finished dev [unoptimized + debuginfo] target(s) in 0.1s

回到 GDB 終端，此時如果還在運行上一段代碼，那按下 Ctrl + C 就可以中斷執行。

Continuing. Program received signal SIGINT, Interrupt. 0x08000240 in ?? () (gdb)

直接執行 load 指令，GDB 會自動識別到可執行文件的變更并進行覆寫。

(gdb) load Start address 0x0, load size 0 Transfer rate: 0 bits in <1 sec. (gdb) continue Continuing.

至此，我們的藍色 LED 就應該會開始以一秒間隔開始閃爍了！

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總結

以上是生活随笔為你收集整理的ubuntu安装 rust nightly_Rust 嵌入式开发环境搭建指南 (一)：让世界闪烁吧的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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