Embassy#

原文:https://embassy.dev/book/dev/index.html

在嵌入式开发中,Embassy项目的目标是让async/await成为首选的实现方式。

什么是异步?#

在执行I/O操作时,程序会在调用I/O相关操作的功能处阻塞,直到I/O操作完成。在比如Linux这样的操作系统环境中,这样的功能一般会交给操作系统内核来控制,使得其他任务,通常是另一个线程,能够得到执行,或者是CPU进入睡眠模式直到有任务进入可执行状态。操作系统不能假设线程会主动协作,线程相对来说需要较多的资源,在分配的时间内,如果线程没有将控制权交还给内核,就可能会被强制中断。但如果假设任务会主动协作,或者至少不是恶意抢占资源,那么与传统操作系统线程相比,创建线程的资源消耗就可能达到几乎可以忽略不计的程度。这种被某些编程语言称之为协程或goroutines(Go语言)的轻量任务,在Rust中使用异步来实现。

在Rust中,非阻塞操作可以通过async/await来实现。Async-wait将async函数传入一个叫做future的对象,当future对象被I/O操作阻塞时,调度器(通常称为执行器,executor)将选择其他future对象来执行。执行器不需要检测future对象什么时候能执行,所以相对RTOS等方案而言,async有更好的切换性能和更低的消耗,但程序大小通常会比非异步程序更大。这在资源有限,比如内存很少的设备环境中可能是个问题。在Embassy支持的设备,比如stm32和nrf中,内存通常足以容纳规模适度的程序运行。

Embassy是什么?#

Embassy项目包含以下crate,它们可以自由组合使用,没有任何限制。

  • 执行器 embassy-executor是一个异步执行器。它在启动时分配固定的任务数,同时允许后续添加。对于支持硬件抽象层(HAL)的硬件,比如USART, UART, I2C, SPI, CAN, 和USB等,Embassy同时提供了支持同步和异步的版本。像直接内存访问(DMA)这样的场景适合使用异步接口,GPIO则更适合使用同步接口。执行器还提供了定时器功能,可以方便地实现同步或异步的延迟。对于小于一微秒的延迟要求,建议使用阻塞延迟,因为上下文切换的成本太高,执行器将无法提供准确的定时。

  • 硬件抽象层(HAL) HAL提供了安全易用的接口来操作硬件,不需要操作原始寄存器。Embassy维护了下列硬件的HAL,但它并不局限于此,您可以在任何使用Embassy的项目中使用HAL。

    • embassy-stm32 支持STM32微控制器系列

    • emmbassy-nrf 支持北欧半导体公司(the Nordic Semiconducotr)的nRF52、nRF53、nRF91系列

    • embassy-rp, 支持树莓派RP2040。

    • esp-rs, Espressif Systems ESP32系列芯片

注意
有很多人关心是否可以单独使用Embassy硬件抽象层(Embassy HALs)?答案当然是可以! Embassy硬件抽象层并不依赖执行器,甚至可以在没有异步的情况下使用它们,它们实现了Embedded HAL阻塞和异步特性。|

  • 网络 embassy-net实现了常用的网络功能,包括以太网、IP、TCP、UDP、ICMP和DHCP。在管理超时和同时为多个连接提供服务方面,Async做了高度简化,提供了很大的便利。

  • 蓝牙 nrf-softdevice为nRF52微控制器提供蓝牙低能耗4.x和5.x支持。

  • LoRa embassy-lora支持STM32WL无线微控制器和Semtech SX127x收发器上的LoRa网络。

  • USB embassy-usb实现了设备侧的USB堆栈。实现了通用类(如USB串行(CDC ACM),支持USB HID,并且提供丰富的构建器API方便构建您自己的实现。

  • Bootloader和DFU embassy-boot是一个轻量级的启动器,它支持固件加载,支持以电源故障安全的方式升级固件,支持试用引导和回滚。

相关资源#

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