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@wenwensnow
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Xingyu Wang
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a913f395cc
commit
2c08f8d273
@ -1,46 +1,40 @@
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Go语言在极小硬件上的运用（第一部分）
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Go 语言在极小硬件上的运用（一）
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_Go_ 语言，能在多低下的配置上运行并发挥作用呢？
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Go 语言，能在多低下的配置上运行并发挥作用呢？
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我最近购买了一个特别便宜的开发板：
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[][2]
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我购买它的理由有三个。首先，我（作为程序员）从未接触过STM320系列的开发板。其次， STM32F10x系列使用频率也在降低。STM320系列的MCU很便宜，有更新的外设，对系列产品进行了改进，问题修复也做得更好了。最后，为了这篇文章，我选用了这一系列中最低配置的开发板，整件事情就变得有趣起来了。
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我购买它的理由有三个。首先，我（作为程序员）从未接触过 STM320 系列的开发板。其次，STM32F10x 系列使用也有点少了。STM320 系列的 MCU 很便宜，有更新一些的外设，对系列产品进行了改进，问题修复也做得更好了。最后，为了这篇文章，我选用了这一系列中最低配置的开发板，整件事情就变得有趣起来了。
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### 硬件部分
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[STM32F030F4P6][3] 给人留下了很深的印象：
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* CPU: [Cortex M0][1] 48 MHz (最低配置，只有12000个逻辑门电路),
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* CPU: [Cortex M0][1] 48 MHz（最低配置，只有 12000 个逻辑门电路）
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* RAM: 4 KB，
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* Flash: 16 KB，
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* ADC、SPI、I2C、USART 和几个定时器
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* RAM: 4 KB,
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* Flash: 16 KB,
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* ADC, SPI, I2C, USART 和几个定时器,
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以上这些采用了TSSOP20封装。正如你所见，这是一个很小的32位系统。
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以上这些采用了 TSSOP20 封装。正如你所见，这是一个很小的 32 位系统。
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### 软件部分
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如果你想知道如何在这块开发板上使用 [Go][4] 编程，你需要反复阅读硬件手册。真实情况是：有人在Go 编译器中给Cortex-M0提供支持，可能性很小。而且，这还仅仅只是第一个要解决的问题。
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如果你想知道如何在这块开发板上使用 [Go][4] 编程，你需要反复阅读硬件规范手册。你必须面对这样的真实情况：在 Go 编译器中给 Cortex-M0 提供支持的可能性很小。而且，这还仅仅只是第一个要解决的问题。
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我会使用[Emgo][5]，但别担心，之后你会看到，它如何让Go在如此小的系统上尽可能发挥作用。
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我会使用 [Emgo][5]，但别担心，之后你会看到，它如何让 Go 在如此小的系统上尽可能发挥作用。
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在我拿到这块开发板之前，对 [stm32/hal][6] 系列下的F0 MCU 没有任何支持。在简单研究 [参考手册][7]后，我发现 STM32F0系列是STM32F3的一个基础，这让在新端口上开发的工作变得容易了一些。
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在我拿到这块开发板之前，对 [stm32/hal][6] 系列下的 F0 MCU 没有任何支持。在简单研究[参考手册][7]后，我发现 STM32F0 系列是 STM32F3 削减版，这让在新端口上开发的工作变得容易了一些。
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如果你想接着本文的步骤做下去，需要先安装Emgo
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如果你想接着本文的步骤做下去，需要先安装 Emgo
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```
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cd $HOME
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git clone https://github.com/ziutek/emgo/
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cd emgo/egc
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go install
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```
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然后设置一下环境变量
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@ -56,32 +50,29 @@ export EGPATH=$HOME/emgo/egpath
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export EGARCH=cortexm0
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export EGOS=noos
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export EGTARGET=f030x6
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```
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更详细的说明可以在 [Emgo][8]官网上找到。
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更详细的说明可以在 [Emgo][8] 官网上找到。
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要确保 egc 在你的PATH 中。 你可以使用 `go build` 来代替 `go install`,然后把 egc 复制到你的 _$HOME/bin_ 或 _/usr/local/bin_ 中。
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要确保 `egc` 在你的 `PATH` 中。 你可以使用 `go build` 来代替 `go install`，然后把 `egc` 复制到你的 `$HOME/bin` 或 `/usr/local/bin` 中。
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现在，为你的第一个Emgo程序创建一个新文件夹，随后把示例中链接器脚本复制过来：
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现在，为你的第一个 Emgo 程序创建一个新文件夹，随后把示例中链接器脚本复制过来：
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```
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mkdir $HOME/firstemgo
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cd $HOME/firstemgo
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cp $EGPATH/src/stm32/examples/f030-demo-board/blinky/script.ld .
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```
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### 最基本程序
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在 _main.go_ 文件中创建一个最基本的程序：
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在 `main.go` 文件中创建一个最基本的程序：
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```
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package main
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func main() {
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}
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```
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文件编译没有出现任何问题：
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@ -91,12 +82,11 @@ $ egc
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$ arm-none-eabi-size cortexm0.elf
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text data bss dec hex filename
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7452 172 104 7728 1e30 cortexm0.elf
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```
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第一次编译可能会花点时间。编译后产生的二进制占用了7624个字节的Flash空间（文本+数据）。对于一个什么都没做的程序来说，占用的空间有些大。还剩下8760字节，可以用来做些有用的事。
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第一次编译可能会花点时间。编译后产生的二进制占用了 7624 个字节的 Flash 空间（文本 + 数据）。对于一个什么都没做的程序来说，占用的空间有些大。还剩下 8760 字节，可以用来做些有用的事。
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不妨试试传统的 _Hello, World!_ 程序：
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不妨试试传统的 “Hello, World!” 程序：
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```
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package main
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@ -106,7 +96,6 @@ import "fmt"
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func main() {
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fmt.Println("Hello, World!")
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}
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```
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不幸的是，这次结果有些糟糕：
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@ -116,17 +105,15 @@ $ egc
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/usr/local/arm/bin/arm-none-eabi-ld: /home/michal/P/go/src/github.com/ziutek/emgo/egpath/src/stm32/examples/f030-demo-board/blog/cortexm0.elf section `.text' will not fit in region `Flash'
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/usr/local/arm/bin/arm-none-eabi-ld: region `Flash' overflowed by 10880 bytes
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exit status 1
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```
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_Hello, World!_ 需要 STM32F030x6 上至少32KB的Flash空间.
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_fmt_ 包强制包含整个 _strconv_ 和 _reflect_ 包。这三个包，即使在精简版本中的Emgo中，占用空间也很大。我们不能使用这个例子了。有很多的应用不需要好看的文本输出。通常，一个或多个LED，或者七段数码管显示就足够了。不过，在第二部分，我会尝试使用 _strconv_ 包来格式化，并在UART 上显示一些数字和文本。
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“Hello, World!” 需要 STM32F030x6 上至少 32KB 的 Flash 空间。
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`fmt` 包强制包含整个 `strconv` 和 `reflect` 包。这三个包，即使在精简版本中的 Emgo 中，占用空间也很大。我们不能使用这个例子了。有很多的应用不需要好看的文本输出。通常，一个或多个 LED，或者七段数码管显示就足够了。不过，在第二部分，我会尝试使用 `strconv` 包来格式化，并在 UART 上显示一些数字和文本。
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### 闪烁
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我们的开发板上有一个与PA4引脚和 VCC 相连的LED。这次我们的代码稍稍长了一些：
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我们的开发板上有一个与 PA4 引脚和 VCC 相连的 LED。这次我们的代码稍稍长了一些：
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```
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package main
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@ -160,33 +147,32 @@ func main() {
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delay.Millisec(900)
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}
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}
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```
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按照惯例， _init_ 函数用来初始化和配置外设。
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按照惯例，`init` 函数用来初始化和配置外设。
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`system.SetupPLL(8, 1, 48/8)` 用来配置RCC，将外部的8 MHz振荡器的PLL作为系统时钟源。PLL 分频器设置为1，倍频数设置为 48/8 =6，这样系统时钟频率为48MHz.
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`system.SetupPLL(8, 1, 48/8)` 用来配置 RCC，将外部的 8 MHz 振荡器的 PLL 作为系统时钟源。PLL 分频器设置为 1，倍频数设置为 48/8 =6，这样系统时钟频率为 48MHz。
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`systick.Setup(2e6)` 将 Cortex-M SYSTICK 时钟作为系统时钟，每隔 2e6次纳秒运行一次（每秒钟500次）。
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`systick.Setup(2e6)` 将 Cortex-M SYSTICK 时钟作为系统时钟，每隔 2e6 次纳秒运行一次（每秒钟 500 次）。
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`gpio.A.EnableClock(false)` 开启了 GPIO A 口的时钟。_False_ 意味着这一时钟在低功耗模式下会被禁用，但在STM32F0系列中并未实现这一功能。
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`gpio.A.EnableClock(false)` 开启了 GPIO A 口的时钟。`False` 意味着这一时钟在低功耗模式下会被禁用，但在 STM32F0 系列中并未实现这一功能。
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`led.Setup(cfg)` 设置 PA4 引脚为开漏输出.
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`led.Setup(cfg)` 设置 PA4 引脚为开漏输出。
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`led.Clear()` 将 PA4引脚设为低, 在开漏设置中，打开LED.
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`led.Clear()` 将 PA4 引脚设为低，在开漏设置中，打开 LED。
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`led.Set()` 将 PA4 设为高电平状态 , 关掉LED.
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`led.Set()` 将 PA4 设为高电平状态，关掉LED。
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编译这个代码：
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```
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$ egc
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$ arm-none-eabi-size cortexm0.elf
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text data bss dec hex filename
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9772 172 168 10112 2780 cortexm0.elf
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```
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正如你所看到的，闪烁占用了2320 字节，比最基本程序占用空间要大。还有6440字节的剩余空间。
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正如你所看到的，这个闪烁程序占用了 2320 字节，比最基本程序占用空间要大。还有 6440 字节的剩余空间。
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看看代码是否能运行：
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@ -211,17 +197,15 @@ xPSR: 0x61000000 pc: 0x2000003a msp: 0x20000da0
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wrote 10240 bytes from file cortexm0.elf in 0.817425s (12.234 KiB/s)
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** Programming Finished **
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adapter speed: 950 kHz
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```
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在这篇文章中，这是我第一次，将一个短视频转换成[动画PNG][9]。我对此印象很深，再见了 YouTube. 对于IE用户，我很抱歉，更多信息请看[apngasm][10].我本应该学习 HTML5，但现在，APNG是我最喜欢的，用来播放循环短视频的方法了。
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在这篇文章中，这是我第一次，将一个短视频转换成[动画 PNG][9]。我对此印象很深，再见了 YouTube。 对于 IE 用户，我很抱歉，更多信息请看 [apngasm][10]。我本应该学习 HTML5，但现在，APNG 是我最喜欢的，用来播放循环短视频的方法了。
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||||
### 更多的Go语言编程
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如果你不是一个Go 程序员，但你已经听说过一些关于Go 语言的事情，你可能会说：“Go语法很好，但跟C比起来，并没有明显的提升.让我看看 _Go 语言_ 的 _channels_ 和 _goroutines!”
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### 更多的 Go 语言编程
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||||
如果你不是一个 Go 程序员，但你已经听说过一些关于 Go 语言的事情，你可能会说：“Go 语法很好，但跟 C 比起来，并没有明显的提升。让我看看 Go 语言的通道和协程！”
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接下来我会一一展示:
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@ -265,9 +249,9 @@ func main() {
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```
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代码改动很小: 添加了第二个LED，上一个例子中的 _main_ 函数被重命名为 _blinky_ 并且需要提供两个参数. _Main_ 在新的goroutine 中先调用 _blinky_, 所以两个LED灯在并行使用. 值得一提的是， _gpio.Pin_ 可以同时访问同一GPIO口的不同引脚。
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代码改动很小: 添加了第二个 LED，上一个例子中的 `main` 函数被重命名为 `blinky` 并且需要提供两个参数。 `main` 在新的协程中先调用 `blinky`，所以两个 LED 灯在并行使用。值得一提的是，`gpio.Pin` 可以同时访问同一 GPIO 口的不同引脚。
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Emgo 还有很多不足。其中之一就是你需要提前规定goroutines(tasks)的最大执行数量.是时候修改 _script.ld_ 了:
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Emgo 还有很多不足。其中之一就是你需要提前规定 `goroutines(tasks)` 的最大执行数量。是时候修改 `script.ld` 了:
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```
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ISRStack = 1024;
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@ -278,27 +262,24 @@ MaxTasks = 2;
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INCLUDE stm32/f030x4
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INCLUDE stm32/loadflash
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INCLUDE noos-cortexm
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```
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栈的大小需要靠猜，现在还不用关心这一点。
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```
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$ egc
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$ arm-none-eabi-size cortexm0.elf
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text data bss dec hex filename
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10020 172 172 10364 287c cortexm0.elf
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```
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另一个LED 和 goroutine 一共占用了248字节的Flash空间.
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另一个 LED 和协程一共占用了 248 字节的 Flash 空间。
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### Channels
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### 通道
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Channels 是Go语言中goroutines之间相互通信的一种[推荐方式][11].Emgo 甚至能允许通过 _中断处理_ 来使用缓冲channel. 下一个例子就展示了这种情况.
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通道是 Go 语言中协程之间相互通信的一种[推荐方式][11]。Emgo 甚至能允许通过*中断处理*来使用缓冲通道。下一个例子就展示了这种情况。
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```
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package main
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@ -379,32 +360,26 @@ func timerISR() {
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var ISRs = [...]func(){
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irq.TIM3: timerISR,
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}
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```
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与之前例子相比较下的不同:
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1. 添加了第三个LED，并连接到 PA9 引脚.（UART头的TXD引脚）
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1. 添加了第三个 LED，并连接到 PA9 引脚（UART 头的 TXD 引脚）。
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2. 时钟（`TIM3`）作为中断源。
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3. 新函数 `timerISR` 用来处理 `irq.TIM3` 的中断。
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4. 新增容量为 1 的缓冲通道是为了 `timerISR` 和 `blinky` 协程之间的通信。
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5. `ISRs` 数组作为*中断向量表*，是更大的*异常向量表*的一部分。
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6. `blinky` 中的 `for` 语句被替换成 `range` 语句。
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2. 时钟（TIM3）作为中断源.
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为了方便起见，所有的 LED，或者说它们的引脚，都被放在 `leds` 这个数组里。另外，所有引脚在被配置为输出之前，都设置为一种已知的初始状态（高电平状态）。
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3. 新函数 _timerISR_ 用来处理 _irq.TIM3_ 的中断.
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在这个例子里，我们想让时钟以 1 kHz 的频率运行。为了配置 TIM3 预分频器，我们需要知道它的输入时钟频率。通过参考手册我们知道，输入时钟频率在 `APBCLK = AHBCLK` 时，与 `APBCLK` 相同，反之等于 2 倍的 `APBCLK`。
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4. 新增容量为1 的缓冲channel 是为了 _timerISR_ 和 _blinky_ goroutines 之间的通信.
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||||
如果 CNT 寄存器增加 1 kHz，那么 ARR 寄存器的值等于*更新事件*（重载事件）在毫秒中的计数周期。 为了让更新事件产生中断，必须要设置 DIER 寄存器中的 UIE 位。CEN 位能启动时钟。
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5. _ISRs_ 数组作为 _中断向量表_，是 更大的_异常向量表_ 的一部分.
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时钟外设在低功耗模式下必须启用，为了自身能在 CPU 处于休眠时保持运行: `timer.EnableClock(true)`。这在 STM32F0 中无关紧要，但对代码可移植性却十分重要。
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6. _blinky中的for语句_ 被替换成 _range语句_ .
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为了方便起见，所有的LED，或者说他们的引脚，都被放在 _leds_ 这个数组里. 另外， 所有引脚在被配置为输出之前，都设置为一种已知的初始状态（高电平状态）.
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||||
在这个例子里，我们想让时钟以1 kHz的频率运行。为了配置预分频器，我们需要知道它的输入时钟频率。通过参考手册我们知道，输入时钟频率在APBCLK = AHBCLK时,与APBCLK 相同，反之等于2倍的APBCLK。
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如果CNT寄存器增加 1kHz,那么ARR寄存器的值等于 _更新事件_ （重载事件）在毫秒中的计数周期。 为了让更新事件产生中断，必须要设置DIER 寄存器中的UIE位。CEN位能启动时钟。
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||||
时钟外设在低功耗模式下必须启用，为了自身能在CPU处于休眠时保持运行: `timer.EnableClock(true)`。这在STM32F0中无关紧要，但对代码可移植性却十分重要。
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||||
_timerISR_ 函数处理 _irq.TIM3_ 的中断请求。 `timer.SR.Store(0)` 会清除SR寄存器里的所有事件标志，无效化向[NVIC][12]发出的所有中断请求。凭借经验，由于中断请求无效的延时性，需要在程序一开始马上清除所有的中断标志。这避免了无意间再次调用处理。为了确保万无一失，需要先清除标志，再读取，但是在我们的例子中，清除标志就已经足够了。
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||||
`timerISR` 函数处理 `irq.TIM3` 的中断请求。`timer.SR.Store(0)` 会清除 SR 寄存器里的所有事件标志，无效化向 [NVIC][12] 发出的所有中断请求。凭借经验，由于中断请求无效的延时性，需要在程序一开始马上清除所有的中断标志。这避免了无意间再次调用处理。为了确保万无一失，需要先清除标志，再读取，但是在我们的例子中，清除标志就已经足够了。
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下面的这几行代码：
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@ -415,14 +390,13 @@ case ch <- 0:
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default:
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leds[0].Clear()
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}
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```
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是Go语言中，如何在channel 上非阻塞地发送消息的方法。 中断处理程序无法一直等待channel 中的空余空间。如果channel已满，则执行default,开发板上的LED就会开启，直到下一次中断。
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||||
是 Go 语言中，如何在通道上非阻塞地发送消息的方法。中断处理程序无法一直等待通道中的空余空间。如果通道已满，则执行 `default`，开发板上的LED就会开启，直到下一次中断。
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||||
_ISRs_ 数组包含了中断向量表。 `//c:__attribute__((section(".ISRs")))` 会导致链接器将数组插入到 .ISRs section 中。
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`ISRs` 数组包含了中断向量表。`//c:__attribute__((section(".ISRs")))` 会导致链接器将数组插入到 `.ISRs` 节中。
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_blinky’s for_ 循环的新写法：
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||||
`blinky` 的 `for` 循环的新写法：
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```
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for range ch {
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@ -431,10 +405,9 @@ for range ch {
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led.Set()
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||||
delay.Millisec(period - 100)
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}
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```
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等价于:
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||||
等价于：
|
||||
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||||
```
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||||
for {
|
||||
@ -447,10 +420,9 @@ for {
|
||||
led.Set()
|
||||
delay.Millisec(period - 100)
|
||||
}
|
||||
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```
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注意，在这个例子中，我们不在意channel中收到的值，我们只对其接受到的消息感兴趣。我们可以在声明时，将channel元素类型中的 _int_ 用空结构体来代替，发送消息时， 用`struct{}{}` 结构体的值代替0，但这部分对新手来说可能会有些陌生。
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||||
注意，在这个例子中，我们不在意通道中收到的值，我们只对其接受到的消息感兴趣。我们可以在声明时，将通道元素类型中的 `int` 用空结构体 `struct{}` 来代替，发送消息时，用 `struct{}{}` 结构体的值代替 0，但这部分对新手来说可能会有些陌生。
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让我们来编译一下代码:
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@ -459,37 +431,35 @@ $ egc
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$ arm-none-eabi-size cortexm0.elf
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text data bss dec hex filename
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11096 228 188 11512 2cf8 cortexm0.elf
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```
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新的例子占用了11324字节的Flash 空间，比上一个例子多占用了1132字节。
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新的例子占用了 11324 字节的 Flash 空间，比上一个例子多占用了 1132 字节。
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采用现在的时序，两个 _blinky_ goroutines 从channel 中获取数据的速度，比 _timerISR_ 发送数据的速度要快。所以它们在同时等待新数据，你还能观察到 _select_ 的随机性，这也是[Go 规范][13]所要求的.
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采用现在的时序，两个闪烁协程从通道中获取数据的速度，比 `timerISR` 发送数据的速度要快。所以它们在同时等待新数据，你还能观察到 `select` 的随机性，这也是 [Go 规范][13]所要求的。
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开发板上的LED一直没有亮起，说明channel 从未出现过溢出。
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我们可以加快消息发送的速度，将 `timer.ARR.Store(700)` 改为 `timer.ARR.Store(200)`。 现在 _timerISR_ 每秒钟发送5条消息，但是两个接收者加起来，每秒也只能接受4条消息。
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开发板上的 LED 一直没有亮起，说明通道从未出现过溢出。
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我们可以加快消息发送的速度，将 `timer.ARR.Store(700)` 改为 `timer.ARR.Store(200)`。 现在 `timerISR` 每秒钟发送 5 条消息，但是两个接收者加起来，每秒也只能接受 4 条消息。
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正如你所看到的， _timerISR_ 开启黄色LED灯，意味着 channel 上已经没有剩余空间了。
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正如你所看到的，`timerISR` 开启黄色 LED 灯，意味着通道上已经没有剩余空间了。
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第一部分到这里就结束了。你应该知道，这一部分并未展示Go中最重要的部分， _接口_.
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第一部分到这里就结束了。你应该知道，这一部分并未展示 Go 中最重要的部分，接口。
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Goroutine 和channel 只是一些方便好用的语法。你可以用自己的代码来替换它们，这并不容易，但也可以实现。 接口是Go 语言的基础。这是文章中 [第二部分][14]所要提到的.
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协程和通道只是一些方便好用的语法。你可以用自己的代码来替换它们，这并不容易，但也可以实现。接口是Go 语言的基础。这是文章中 [第二部分][14]所要提到的.
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在Flash上我们还有些剩余空间.
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在 Flash 上我们还有些剩余空间。
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via: https://ziutek.github.io/2018/03/30/go_on_very_small_hardware.html
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作者：[ Michał Derkacz][a]
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译者：[译者ID](https://github.com/译者ID)
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校对：[校对者ID](https://github.com/校对者ID)
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作者：[Michał Derkacz][a]
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译者：[wenwensnow](https://github.com/wenwensnow)
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校对：[wxy](https://github.com/wxy)
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本文由 [LCTT](https://github.com/LCTT/TranslateProject) 原创编译，[Linux中国](https://linux.cn/) 荣誉推出
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