embassy-time-queue-driver: Rust嵌入式时间队列驱动库

介绍

embassy-time-queue-driver 是 Embassy 嵌入式框架中的一个时间队列驱动库，专门为嵌入式系统设计，用于高效管理异步任务和定时事件。它提供了轻量级的时间管理功能，特别适合在资源受限的嵌入式环境中使用。

主要特性

• 轻量级实现，适合资源受限的嵌入式环境
• 精确的时间管理功能
• 支持异步任务调度
• 与 Embassy 异步运行时无缝集成
• 低功耗设计，适用于电池供电设备

使用方法

添加依赖

首先，在 Cargo.toml 中添加依赖：

[dependencies]
embassy-time-queue-driver = "0.1"
embassy-executor = "0.1"
embassy-time = { version = "0.1", features = ["time-driver"] }

基本示例

use embassy_time::{Duration, Timer};
use embassy_executor::Spawner;

#[embassy_executor::main]
async fn main(_spawner: Spawner) {
    // 简单的延时示例
    Timer::after(Duration::from_millis(500)).await;
    println!("500ms elapsed");
    
    // 周期性任务
    loop {
        Timer::after(Duration::from_secs(1)).await;
        println!("1 second elapsed");
    }
}

定时任务管理

use embassy_time::{Duration, Timer};
use embassy_executor::Spawner;

#[embassy_executor::task]
async fn periodic_task(interval: Duration) {
    loop {
        // 执行周期性工作
        println!("Periodic task executed");
        Timer::after(interval).await;
    }
}

#[embassy_executor::main]
async fn main(spawner: Spawner) {
    // 启动周期性任务，每2秒执行一次
    spawner.spawn(periodic_task(Duration::from_secs(2))).unwrap();
    
    // 主任务可以做其他工作
    loop {
        Timer::after(Duration::from_secs(5)).await;
        println!("Main task check-in");
    }
}

超时处理

use embassy_time::{Duration, Timer, TimeoutError};

async fn do_something_with_timeout() -> Result<(), TimeoutError> {
    // 模拟一个可能超时的操作
    Timer::after(Duration::from_millis(100)).await;
    Ok(())
}

#[embassy_executor::main]
async fn main(_spawner: Spawner) {
    // 设置500ms超时
    match embassy_time::with_timeout(Duration::from_millis(500), do_something_with_timeout()).await {
        Ok(_) => println!("Operation completed successfully"),
        Err(TimeoutError) => println!("Operation timed out"),
    }
}

硬件定时器集成

use embassy_time::driver::{Driver, AlarmHandle};
use embassy_time::{Duration, Instant};

struct MyDriver;

impl Driver for MyDriver {
    fn now(&self) -> u64 {
        // 实现获取当前时间的逻辑
        // 通常从硬件定时器读取
        0
    }
    
    unsafe fn allocate_alarm(&self) -> Option<AlarmHandle> {
        // 分配警报句柄
        Some(AlarmHandle::new(0))
    }
    
    fn set_alarm(&self, alarm: AlarmHandle, timestamp: u64) {
        // 设置硬件定时器在指定时间触发
    }
}

#[embassy_executor::main]
async fn main(_spawner: Spawner) {
    let driver = MyDriver;
    embassy_time_driver::impl_driver_global!(driver);
    
    // 现在可以使用embassy_time的各种功能
    Timer::after(Duration::from_millis(100)).await;
}

完整示例：嵌入式系统多任务定时器

下面是一个完整的嵌入式应用示例，展示如何使用embassy-time-queue-driver管理多个定时任务：

use embassy_executor::Spawner;
use embassy_time::{Duration, Timer};
use core::fmt::Write;
use heapless::String;

// 定义两个异步任务
#[embassy_executor::task]
async fn task_led_controller(interval: Duration) {
    loop {
        // 模拟LED切换
        println!("LED state toggled");
        Timer::after(interval).await;
    }
}

#[embassy_executor::task]
async fn task_sensor_reader(interval: Duration) {
    let mut count = 0;
    loop {
        // 模拟传感器读数
        let mut buf: String<32> = String::new();
        write!(&mut buf, "Sensor reading #{}: {}", count, 42).unwrap();
        println!("{}", buf);
        
        count += 1;
        Timer::after(interval).await;
    }
}

#[embassy_executor::main]
async fn main(spawner: Spawner) {
    println!("Starting embedded application with embassy-time-queue-driver");
    
    // 启动LED控制任务，每秒执行一次
    spawner.spawn(task_led_controller(Duration::from_secs(1))).unwrap();
    
    // 启动传感器读取任务，每2秒执行一次
    spawner.spawn(task_sensor_reader(Duration::from_secs(2))).unwrap();
    
    // 主任务打印系统状态
    let mut system_uptime = 0;
    loop {
        println!("System uptime: {} seconds", system_uptime);
        system_uptime += 5;
        Timer::after(Duration::from_secs(5)).await;
    }
}

最佳实践

1. 合理设置时间精度：根据应用需求选择合适的时间精度，过高的精度会增加功耗。

2. 避免长时间阻塞：在异步任务中避免长时间阻塞操作，以免影响其他定时任务的执行。

3. 错误处理：总是处理可能的超时错误，特别是在网络或外设操作中。

4. 低功耗设计：在电池供电设备中，合理使用Timer可以让处理器在等待期间进入低功耗模式。

embassy-time-queue-driver 为嵌入式Rust开发提供了强大而高效的时间管理功能，特别适合需要精确时间控制和低功耗设计的应用场景。