2021-10-26 10:39:16 +08:00
[#]: subject: "Use Rust for embedded development"
[#]: via: "https://opensource.com/article/21/10/rust-embedded-development"
[#]: author: "Alan Smithee https://opensource.com/users/alansmithee"
[#]: collector: "lujun9972"
[#]: translator: "wxy"
[#]: reviewer: "wxy"
2021-10-26 10:42:39 +08:00
[#]: publisher: "wxy"
[#]: url: "https://linux.cn/article-13921-1.html"
2021-10-26 10:39:16 +08:00
使用 Rust 进行嵌入式开发
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> Rust 的高性能、高可靠性和高生产力使它适合于嵌入式系统。
在过去的几年里，
* 高性能：它速度快，内存利用率高
* 可靠性：在编译过程中可以消除内存错误
* 生产力：很棒的文档，友好的编译器，有用的错误信息，以及一流的工具化。它有一个集成的包管理器和构建工具，智能的多编辑器支持自动补完和类型检查、自动格式化等等。
### 为什么使用 Rust 进行嵌入式开发？
Rust 的设计是为了保证安全和高性能。嵌入式软件会出现的问题主要是内存的问题。从某种程度上说，
* 强大的静态分析
* 灵活的内存
* 无畏的并发性
* 互操作性
* 可移植性
* 社区驱动
在这篇文章中，我使用开源的 [RT-Thread 操作系统][2] 来演示如何使用 Rust 进行嵌入式开发。
### 如何在 C 语言中调用 Rust
在 C 代码中调用 Rust 代码时，你必须将 Rust 源代码打包成静态库文件。当 C 代码编译时，将其链接进去。
#### 用 Rust 创建一个静态库
在这个过程中，有两个步骤：
1、使用 `cargo init --lib rust_to_c` 在 Clion 中建立一个 `lib` 库。在 `lib.rs` 中加入以下代码。下面的函数计算两个类型为 `i32` 的值的总和并返回结果：
```
#![no_std]
use core::panic::PanicInfo;
#[no_mangle]
pub extern "C" fn sum(a: i32, b: i32) -> i32 {
a + b
}
#[panic_handler]
fn panic(_info:& PanicInfo) -> !{
loop{}
}
```
2、在你的 `Cargo.toml` 文件中添加以下代码，以告诉 Rustc 要生成什么类型的库：
```
[lib]
name = "sum"
crate-type = ["staticlib"]
path = "src/lib.rs"
```
#### 交叉编译
你可以针对你的目标平台进行交叉编译。假设你的嵌入式系统是基于 Arm 的，步骤很简单：
```
$ rustup target add armv7a-none-eabi
```
生成静态库文件：
```
$ cargo build --target=armv7a-none-eabi --release --verbose
Fresh rust_to_c v0.1.0
Finished release [optimized] target(s) in 0.01s
```
#### 生成头文件
你也需要头文件：
1、安装 [cbindgen][3]。`cbindgen` 工具会从 Rust 库中生成一个 C 或 C++11 的头文件：
```
$ cargo install --force cbindgen
```
2、在你的项目文件夹下创建一个新的 `cbindgen.toml` 文件。
3、生成一个头文件：
```
$ cbindgen --config cbindgen.toml --crate rust_to_c --output sum.h
```
#### 调用 Rust 库文件
现在你可以对你的 Rust 库进行调用了。
1、把生成的 `sum.h` 和 `sum.a` 文件放到 `rt-thread/bsp/qemu-vexpress-a9/applications` 目录下。
2、修改 `SConscript` 文件并添加一个静态库：
```
```
3、在主函数中调用 `sum` 函数，得到返回值，并 `printf` 该值：
```
#include < stdint.h >
#include < stdio.h >
#include < stdlib.h >
#include < rtthread.h >
#include "sum.h"
int main(void)
{
int32_t tmp;
tmp = sum(1, 2);
printf("call rust sum(1, 2) = %d\n", tmp);
return 0;
}
```
4、在 RT-Thread [Env][4] 环境中，使用 `scons` 来编译项目并运行：
```
$ scons -j6
scons: Reading SConscript files ...
scons: done reading SConscript files.
scons: Building targets ...
[...]
scons: done building targets.
$ qemu.sh
\ | /
- RT - Thread Operating System
/ | \ 4.0.4 build Jul 28 2021
2006 - 2021 Copyright by rt-thread team
lwIP-2.1.2 initialized!
[...]
call rust sum(1, 2) = 3
```
### 加、减、乘、除
你可以在 Rust 中实现一些复杂的数学运算。在 `lib.rs` 文件中，使用 Rust 语言来实现加、减、乘、除：
```
#![no_std]
use core::panic::PanicInfo;
#[no_mangle]
pub extern "C" fn add(a: i32, b: i32) -> i32 {
a + b
}
#[no_mangle]
pub extern "C" fn subtract(a: i32, b: i32) -> i32 {
a - b
}
#[no_mangle]
pub extern "C" fn multiply(a: i32, b: i32) -> i32 {
a * b
}
#[no_mangle]
pub extern "C" fn divide(a: i32, b: i32) -> i32 {
a / b
}
#[panic_handler]
fn panic(_info:& PanicInfo) -> !{
loop{}
}
```
构建你的库文件和头文件，并把它们放在应用程序目录中。使用 `scons` 来编译。如果在链接过程中出现错误，请在官方 [Github 页面][5] 中找到解决方案。
修改 `rtconfig.py` 文件，并添加链接参数 `--allow-multiple-definition` ：
```
DEVICE = ' -march=armv7-a -marm -msoft-float'
CFLAGS = DEVICE + ' -Wall'
AFLAGS = ' -c' + DEVICE + ' -x assembler-with-cpp -D__ASSEMBLY__ -I.'
LINK_SCRIPT = 'link.lds'
LFLAGS = DEVICE + ' -nostartfiles -Wl,--gc-sections,-Map=rtthread.map,-cref,-u,system_vectors,--allow-multiple-definition'+\
' -T %s' % LINK_SCRIPT
CPATH = ''
LPATH = ''
```
编译并运行 QEMU 来看看你的工作。
### 在 Rust 中调用 C 语言
Rust 可以在 C 代码中调用，但是如何在你的 Rust 代码中调用 C 呢？下面是一个在 Rust 代码中调用 `rt_kprintf` C 函数的例子。
首先，修改 `lib.rs` 文件：
```
// The imported rt-thread functions list
extern "C" {
pub fn rt_kprintf(format: *const u8, ...);
}
#[no_mangle]
pub extern "C" fn add(a: i32, b: i32) -> i32 {
unsafe {
rt_kprintf(b"this is from rust\n" as *const u8);
}
a + b
}
```
接下来，生成库文件：
```
$ cargo build --target=armv7a-none-eabi --release --verbose
Compiling rust_to_c v0.1.0
Running `rustc --crate-name sum --edition=2018 src/lib.rs --error-format=json --json=diagnostic-rendered-ansi --crate-type staticlib --emit=dep-info,link -C opt-level=3 -C embed-bitcode=no -C metadata=a
Finished release [optimized] target(s) in 0.11s
```
而现在，要运行代码，将 Rust 生成的库文件复制到应用程序目录中，然后重新构建：
```
$ scons -j6 scons: Reading SConscript files ... scons: done reading SConscript files. [...]
scons: Building targets ... scons: done building targets.
```
再次运行 QEMU，
### 你可以拥有这一切
在你的嵌入式开发中使用 Rust，
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via: https://opensource.com/article/21/10/rust-embedded-development
作者：[Alan Smithee][a]
选题：[lujun9972][b]
译者：[wxy](https://github.com/wxy)
校对：[wxy](https://github.com/wxy)
本文由 [LCTT ](https://github.com/LCTT/TranslateProject ) 原创编译，[Linux中国](https://linux.cn/) 荣誉推出
[a]: https://opensource.com/users/alansmithee
[b]: https://github.com/lujun9972
[1]: https://opensource.com/sites/default/files/styles/image-full-size/public/lead-images/rust_programming_crab_sea.png?itok=2eWLz8A5 (Ferris the crab under the sea, unofficial logo for Rust programming language)
[2]: https://github.com/RT-Thread/rt-thread
[3]: https://github.com/eqrion/cbindgen
[4]: https://www.rt-thread.io/download.html?download=Env
[5]: https://github.com/rust-lang/compiler-builtins/issues/353
[6]: https://www.youtube.com/channel/UCdDHtIfSYPq4002r27ffqP
