Rust嵌入式开发库esp32的使用指南

概述

esp32库是专为ESP32芯片设计的Rust硬件驱动与物联网应用开发工具包，提供了对ESP32系列芯片的全面支持，包括外设驱动、WiFi/BLE连接和常见物联网协议实现。

主要特性

• 完整的ESP32硬件抽象层
• 外设驱动支持(GPIO, I2C, SPI, UART等)
• WiFi和蓝牙(BLE)协议栈
• 物联网协议支持(MQTT, HTTP等)
• 实时操作系统(RTOS)集成
• 低功耗模式支持

安装方法

在Cargo.toml中添加依赖：

[dependencies]
esp32 = "0.8"
esp32-hal = "0.5"

基本使用示例

1. GPIO控制示例

use esp32_hal::prelude::*;
use esp32_hal::gpio::GpioExt;
use esp32_hal::target::Peripherals;

fn main() -> ! {
    // 获取外设实例
    let peripherals = Peripherals::take().unwrap();
    // 分离GPIO引脚
    let pins = peripherals.GPIO.split();
    
    // 将GPIO2配置为推挽输出模式
    let mut led = pins.gpio2.into_push_pull_output();
    
    // 主循环，LED闪烁
    loop {
        led.set_high().unwrap();  // LED亮
        esp32_hal::delay_ms(1000); // 延时1秒
        led.set_low().unwrap();   // LED灭
        esp32_hal::delay_ms(1000); // 延时1秒
    }
}

2. WiFi连接示例

use esp32::wifi::Wifi;
use esp32_hal::prelude::*;

async fn connect_wifi() {
    // 创建Wifi实例
    let mut wifi = Wifi::new();
    
    // 设置为STA模式并连接WiFi
    wifi.set_mode(esp32::wifi::WifiMode::Sta)
        .connect("your_ssid", "your_password")
        .await
        .unwrap();
    
    // 打印连接信息
    println!("Connected to WiFi!");
    println!("IP: {:?}", wifi.get_ip().unwrap());
}

3. MQTT客户端示例

use esp32::mqtt::MqttClient;
use esp32_hal::prelude::*;

async fn mqtt_example() {
    // 创建MQTT客户端，连接到broker
    let mut mqtt = MqttClient::new("mqtt://broker.example.com");
    
    // 连接并订阅主题
    mqtt.connect().await.unwrap();
    mqtt.subscribe("topic/example").await.unwrap();
    
    // 发布消息
    mqtt.publish("topic/example", "Hello from ESP32!").await.unwrap();
}

高级功能

1. 多任务处理

use esp32::task;
use esp32_hal::delay;

// 定义任务1
#[task]
async fn task1() {
    loop {
        println!("Task 1 running");
        delay(1000).await;  // 每秒执行一次
    }
}

// 定义任务2
#[task]
async fn task2() {
    loop {
        println!("Task 2 running");
        delay(1500).await;  // 每1.5秒执行一次
    }
}

fn main() {
    // 初始化系统并启动任务
    esp32::init();
    task1::spawn().unwrap();
    task2::spawn().unwrap();
    esp32::run();  // 开始调度任务
}

2. 低功耗模式

use esp32::sleep;
use esp32_hal::prelude::*;

fn main() -> ! {
    // 配置定时器为唤醒源，10秒后唤醒
    sleep::set_wakeup_source(sleep::WakeupSource::Timer(10_000));
    
    loop {
        println!("Entering deep sleep for 10 seconds...");
        sleep::deep_sleep();  // 进入深度睡眠
        // 唤醒后会从这里继续执行
    }
}

开发建议

1. 使用espflash工具烧录程序：

   cargo install espflash
   espflash /dev/ttyUSB0 target/thumbv7em-none-eabihf/release/your_app
   

2. 调试时启用日志输出：

   esp32::log::init_default();
   log::info!("System initialized");
   

3. 对于内存受限场景，考虑使用heapless crate替代标准集合类型

4. 使用embassy框架进行异步编程可以获得更好的性能

完整示例代码

以下是一个结合WiFi和GPIO控制的完整示例：

use esp32::wifi::Wifi;
use esp32_hal::prelude::*;
use esp32_hal::gpio::GpioExt;
use esp32_hal::target::Peripherals;
use esp32::log;

// 主函数
#[entry]
fn main() -> ! {
    // 初始化日志系统
    log::init_default();
    log::info!("System starting...");

    // 获取外设实例
    let peripherals = Peripherals::take().unwrap();
    let pins = peripherals.GPIO.split();
    
    // 配置LED引脚
    let mut led = pins.gpio2.into_push_pull_output();
    
    // 创建WiFi实例
    let mut wifi = Wifi::new();
    
    // 异步任务：连接WiFi
    async fn connect_task(wifi: &mut Wifi, led: &mut impl OutputPin) {
        log::info!("Connecting to WiFi...");
        
        // 闪烁LED表示正在连接
        led.set_high().unwrap();
        esp32_hal::delay_ms(100);
        led.set_low().unwrap();
        
        // 连接WiFi
        wifi.set_mode(esp32::wifi::WifiMode::Sta)
            .connect("your_ssid", "your_password")
            .await
            .unwrap();
            
        log::info!("WiFi connected!");
        log::info!("IP: {:?}", wifi.get_ip().unwrap());
        
        // 连接成功后快速闪烁3次
        for _ in 0..3 {
            led.set_high().unwrap();
            esp32_hal::delay_ms(200);
            led.set_low().unwrap();
            esp32_hal::delay_ms(200);
        }
    }
    
    // 运行异步任务
    esp32::init();
    esp32::spawn(connect_task(&mut wifi, &mut led)).unwrap();
    esp32::run();
    
    // 主循环保持LED闪烁
    loop {
        led.set_high().unwrap();
        esp32_hal::delay_ms(1000);
        led.set_low().unwrap();
        esp32_hal::delay_ms(1000);
    }
}

这个完整示例展示了如何：

1. 初始化日志系统
2. 配置GPIO控制LED
3. 连接WiFi网络
4. 使用异步任务处理网络连接
5. 通过LED状态显示系统状态