Rust嵌入式开发库rp-pico的使用指南

概述

rp-pico是一个专为树莓派Pico微控制器设计的Rust硬件抽象层(HAL)和驱动支持库。它提供了对RP2040微控制器的全面支持，使开发者能够使用Rust语言进行树莓派Pico的嵌入式开发。

主要特性

• 完整的RP2040微控制器外设支持
• 基于embedded-hal标准的硬件抽象
• 丰富的驱动程序生态系统
• 友好的Rust API设计
• 支持Pico开发板的各种功能

使用方法

1. 添加依赖

在Cargo.toml中添加rp-pico作为依赖：

[dependencies]
rp-pico = "0.9.0"
rp2040-hal = "0.9.0"

2. 基本设置示例

以下是一个简单的LED闪烁示例：

#![no_std]
#![no_main]

use rp_pico::entry;
use rp_pico::hal::{
    clocks::{init_clocks_and_plls, Clock},
    pac,
    sio::Sio,
    watchdog::Watchdog,
};
use embedded_hal::digital::v2::OutputPin;
use panic_halt as _;

#[entry]
fn main() -> ! {
    let mut pac = pac::Peripherals::take().unwrap();
    let core = pac::CorePeripherals::take().unwrap();
    let mut watchdog = Watchdog::new(pac.WATCHDOG);
    let sio = Sio::new(pac.SIO);

    // 外部时钟为12MHz
    let external_xtal_freq_hz = 12_000_000u32;
    let clocks = init_clocks_and_plls(
        external_xtal_freq_hz,
        pac.XOSC,
        pac.CLOCKS,
        pac.PLL_SYS,
        pac.PLL_USB,
        &mut pac.RESETS,
        &mut watchdog,
    )
    .ok()
    .unwrap();

    let pins = rp_pico::Pins::new(
        pac.IO_BANK0,
        pac.PADS_BANK0,
        sio.gpio_bank0,
        &mut pac.RESETS,
    );

    let mut led_p极in = pins.led.into_push_pull_output();
    
    loop {
        led_pin.set_high().unwrap();
        cortex_m::asm::delay(1_000_000);
        led_pin.set_low().unwrap();
        cortex_m::asm::delay(1_000_000);
    }
}

3. 外设使用示例

GPIO输入输出

use rp_pico::hal::gpio::{Pin, PullUpInput, PushPullOutput};
use rp_pico::hal::prelude::*;

// 配置GPIO25为输出
let mut output_pin: Pin<_, PushPullOutput> = pins.gpio25.into_push_pull_output();

// 配置GPIO15为输入(上拉)
let input_pin: Pin<_, PullUpInput> = pins.gpio15.into_pull_up_input();

UART通信

use rp_pico::hal::uart::{UartConfig, DataBits, StopBits, Parity, UartPeripheral};

let uart = UartPeripheral::new(
    pac.UART0,
    &mut pac.RESETS,
    clocks.peripheral_clock.into(),
)
.enable(
    UartConfig::new(115200.0, DataBits::Eight, None, StopBits::One),
    clocks.peripheral_clock.into(),
)
.unwrap();

uart.write_full_blocking(b"Hello, Pico!\n");

PWM输出

use rp_pico::hal::pwm::{Pwm, FreeRunning, Channel, A, B};

let pwm = Pwm::new(pac.PWM0, &mut pac.RESETS);
let mut channel_a = pwm.channel_a.pin(pins.gpio0.into_mode::<A>());
let mut channel_b = pwm.channel_b.pin(pins.gpio1.into_mode::<B>());

pwm.set_divider(1.0);
channel_a.set_duty(32768);  // 50%占空比
channel_b.set_duty(16384);  // 25%占空比

4. 中断处理

use rp_pico::hal::pac::interrupt;
use cortex_m::interrupt::free as interrupt_free;

#[interrupt]
fn TIMER_IRQ_0() {
    interrupt_free(|cs| {
        // 中断处理代码
    });
}

构建和部署

1. 安装必要的工具链：

rustup target add thumbv6m-none-eabi
cargo install elf2uf2-rs

1. 构建项目：

cargo build --release

1. 将程序刷写到Pico：

cargo run --release

注意事项

• 确保项目配置为no_std
• 需要正确设置内存布局(linker script)
• 对于复杂项目，考虑使用cortex-m-rt提供的宏和功能
• 调试可以使用probe-rs或其他支持的工具

完整示例代码

以下是一个结合多种功能的完整示例，展示了如何使用rp-pico库实现LED控制、UART通信和PWM输出：

#![no_std]
#![no_main]

use rp_pico::entry;
use rp_pico::hal::{
    clocks::{init_clocks_and_plls, Clock},
    gpio::{Pin, PushPullOutput},
    pac,
    pwm::{Pwm, Channel, A, B},
    sio::Sio,
    uart::{UartConfig, DataBits, StopBits, UartPeripheral},
    watchdog::Watchdog,
};
use embedded_hal::digital::v2::OutputPin;
use panic_halt as _;

#[entry]
fn main() -> ! {
    // 初始化外设
    let mut pac = pac::Peripherals::take().unwrap();
    let core = pac::CorePeripherals::take().unwrap();
    let mut watchdog = Watchdog::new(pac.WATCHDOG);
    let sio = Sio::new(pac.SIO);

    // 配置时钟
    let external_xtal_freq_hz = 12_000_000u32;
    let clocks = init_clocks_and_plls(
        external_xtal_freq_hz,
        pac.XOSC,
        pac.CLOCKS,
        pac.PLL_SYS,
        pac.PLL_USB,
        &mut pac.RESETS,
        &mut watchdog,
    )
    .ok()
    .unwrap();

    // 初始化GPIO
    let pins = rp_pico::Pins::new(
        pac.IO_BANK0,
        pac.PADS_BANK0,
        sio.gpio_bank0,
        &mut pac.RESETS,
    );

    // LED控制
    let mut led_pin = pins.led.into_push_pull_output();
    
    // UART初始化
    let uart = UartPeripheral::new(
        pac.UART0,
        &mut pac.RESETS,
        clocks.peripheral_clock.into(),
    )
    .enable(
        UartConfig::new(115200.0, DataBits::Eight, None, StopBits::One),
        clocks.peripheral_clock.into(),
    )
    .unwrap();

    // PWM初始化
    let pwm = Pwm::new(pac.PWM0, &mut pac.RESETS);
    let mut channel_a = pwm.channel_a.pin(pins.gpio0.into_mode::<A>());
    let mut channel_b = pwm.channel_b.pin(pins.gpio1.into_mode::<B>());
    pwm.set_divider(1.0);
    channel_a.set_duty(32768);  // 50%占空比
    channel_b.set_duty(16384);  // 25%占空比

    // 主循环
    let mut counter = 0;
    loop {
        // LED闪烁
        led_pin.set_high().unwrap();
        cortex_m::asm::delay(500_000);
        led_pin.set_low().unwrap();
        cortex_m::asm::delay(500_000);
        
        // UART发送计数
        counter += 1;
        uart.write_full_blocking(b"Counter: ");
        uart.write_full_blocking(itoa::Buffer::new().format(counter).as_bytes());
        uart.write_full_blocking(b"\n");
        
        // 调整PWM占空比
        channel_a.set_duty((counter % 65535) as u16);
    }
}

这个完整示例展示了：

1. 系统初始化和时钟配置
2. LED控制实现闪烁效果
3. UART通信用于输出调试信息
4. PWM输出控制
5. 综合应用的主循环逻辑

要运行此示例，需要在Cargo.toml中添加额外的依赖：

[dependencies]
itoa = "1.0"