embassy-stm32: Rust嵌入式开发的STM32硬件抽象与异步驱动支持

介绍

embassy-stm32是Rust嵌入式生态系统中的一个重要库，它为STM32微控制器系列提供了硬件抽象层(HAL)和异步驱动支持。作为embassy项目的一部分，它专注于提供高效、现代的嵌入式开发体验，特别强调异步编程模型。

主要特点：

• 完整的STM32系列支持（F1, F2, F3, F4, F7, H7, G0, G4, L0, L1, L4, L5, U5, WB, WL等）
• 基于Rust的async/await异步编程模型
• 零或极低开销的硬件抽象
• 内置RTIC支持
• 丰富的外设驱动支持

使用方法

添加依赖

首先在Cargo.toml中添加依赖：

[dependencies]
embassy-stm32 = { version = "0.1", features = ["stm32f429zi", "unstable-pac", "rt"] }
embassy-executor = { version = "0.1", features = ["arch-cortex-m", "executor-thread", "integrated-timers"] }
embassy-time = { version = "0.1", features = ["tick-hz-32_768"] }

注意：根据你的具体STM32型号选择正确的feature。

基本示例：闪烁LED

#![no_std]
#![no_main]
#![feature(type_alias_impl_trait)]

use embassy_stm32::gpio::{Level, Output, Speed};
use embassy_stm32::peripherals::PA5;
use embassy_executor::Spawner;
use embassy_time::{Duration, Timer};
use {defmt_rtt as _, panic_probe as _};

#[embassy_executor::main]
async fn main(_spawner: Spawner) {
    // 初始化硬件
    let p = embassy_stm32::init(Default::default());
    
    // 配置PA5引脚为输出（假设这是开发板上的LED引脚）
    let mut led = Output::new(p.PA5, Level::High, Speed::Low);
    
    loop {
        // 切换LED状态
        led.toggle();
        // 等待500ms
        Timer::after(Duration from_millis(500)).await;
    }
}

异步串口通信示例

use embassy_stm32::usart::{Uart, Config};
use embassy_stm32::peripherals::{USART1, DMA1_CH4, DMA1_CH5};
use embassy_stm32::dma::NoDma;
use defmt::info;

#[embassy_executor::task]
async fn uart_task(
    usart: USART1,
    tx_dma: DMA1_CH4,
    rx_dma: DMA1_CH5,
    tx_pin: PA9,
    rx_pin: PA10,
) {
    // 配置串口
    let config = Config::default();
    let mut usart = Uart::new(
        usart,
        tx_pin,
        rx_pin,
        tx_dma,
        rx_dma,
        config
    );
    
    // 发送欢迎消息
    usart.blocking_write(b"Hello from STM32!\r\n").unwrap();
    
    // 接收缓冲区
    let mut buf = [0u8; 128];
    
    loop {
        // 异步读取数据
        let n = usart.read(&mut buf).await.unwrap();
        info!("Received: {}", core::str::from_utf8(&buf[..n]).unwrap());
    }
}

定时器与PWM示例

use embassy_stm32::timer::simple_pwm::*;
use embassy_stm32::timer::Channel;
use embassy_stm32::peripherals::{TIM3, PC6};

#[embassy_executor::task]
async fn pwm_task(timer: TIM3, pin: PC6) {
    // 配置PWM
    let mut pwm = SimplePwm::new(
        timer,
        Some(pin),
        None,
        None,
        None,
        Default::default()
    );
    
    // 设置PWM频率为1kHz
    pwm.set_freq(1_000.Hz());
    
    // 获取通道1
    let ch = pwm.channel(Channel::Ch1);
    
    // 设置占空比
    ch.set_duty(ch.get_max_duty() / 4); // 25%占空比
    
    // 启用PWM输出
    ch.enable();
    
    loop {
        // 可以在这里动态调整占空比
        Timer::after(Duration::from_millis(100)).await;
    }
}

高级功能

中断处理

embassy-stm32提供了简洁的中断处理方式：

use embassy_stm32::exti::ExtiInput;
use embassy_stm32::gpio::{Input, Pull};

#[embassy_executor::task]
async fn button_task(pin: PC13) {
    // 配置按钮输入，带中断
    let button = Input::new(pin, Pull::Up);
    let mut button = ExtiInput::new(button, p.EXTI13);
    
    loop {
        // 等待按钮按下
        button.wait_for_falling_edge().await;
        info!("Button pressed!");
    }
}

使用RTIC框架

embassy-stm32可以与RTIC框架无缝集成：

use rtic::app;
use embassy_stm32::gpio::{Output, Level};

#[app(device = embassy_stm32::pac, peripherals = false)]
mod app {
    use super::*;
    
    #[shared]
    struct Shared {}
    
    #[local]
    struct Local {
        led: Output<'static, PA5>,
    }
    
    #[init]
    fn init(cx: init::Context) -> (Shared, Local) {
        let p = embassy-stm32::init(Default::default());
        let led = Output::new(p.PA5, Level::Low, Speed::Low);
        
        (Shared {}, Local { led })
    }
    
    #[task(local = [led])]
    fn blink(cx: blink::Context) {
        cx.local.led.toggle();
    }
}

外设驱动支持

embassy-stm32支持多种常见外设驱动：

• GPIO (输入/输出/中断)
• USART/UART/SPI/I2C
• 定时器/PWM
• ADC/DAC
• USB
• CAN
• RTC
• DMA
• CRC
• 看门狗

开发建议

1. 选择正确的芯片型号：确保在Cargo.toml中启用了正确的芯片feature
2. 利用异步编程：embassy的设计核心是异步编程，充分利用async/await简化代码
3. 查阅芯片参考手册：虽然embassy提供了抽象，但了解底层硬件特性仍然很有帮助
4. 使用defmt进行日志记录：embassy生态推荐使用defmt进行高效的日志记录
5. 利用社区资源：embassy项目有活跃的Discord社区，遇到问题时可以寻求帮助

完整示例：带LED和UART的多任务系统

#![no_std]
#![no_main]
#![feature(type_alias_impl_trait)]

use embassy_executor::Spawner;
use embassy_stm32::{
    gpio::{Level, Output, Speed},
    peripherals::{PA5, USART1, DMA1_CH4, DMA1_CH5, PA9, PA10},
    usart::{Uart, Config},
    dma::NoDma,
};
use embassy_time::{Duration, Timer};
use defmt::info;
use {defmt_rtt as _, panic_probe as _};

#[embassy_executor::main]
async fn main(spawner: Spawner) {
    let p = embassy_stm32::init(Default::default());
    
    // 启动LED闪烁任务
    spawner.spawn(led_task(p.PA5)).unwrap();
    
    // 启动UART通信任务
    spawner.spawn(uart_task(
        p.USART1,
        p.DMA1_CH4,
        p.DMA1_CH5,
        p.PA9,
        p.PA10,
    )).unwrap();
}

#[embassy_executor::task]
async fn led_task(pin: PA5) {
    let mut led = Output::new(pin, Level::High, Speed::Low);
    
    loop {
        led.toggle();
        Timer::after(Duration::from_millis(500)).await;
    }
}

#[embassy_executor::task]
async fn uart_task(
    usart: USART1,
    tx_dma: DMA1_CH4,
    rx_dma: DMA1_CH5,
    tx_pin: PA9,
    rx_pin: PA10,
) {
    let config = Config::default();
    let mut usart = Uart::new(
        usart,
        tx_pin,
        rx_pin,
        tx_dma,
        rx_dma,
        config
    );
    
    usart.blocking_write(b"System started!\r\n").unwrap();
    
    let mut buf = [0u8; 128];
    let mut counter = 0;
    
    loop {
        // 发送计数信息
        defmt::writeln!(&mut usart, "Counter: {}\r\n", counter).unwrap();
        counter += 1;
        
        // 接收数据
        if let Ok(n) = usart.read(&mut buf).await {
            info!("Received: {}", core::str::from_utf8(&buf[..n]).unwrap());
        }
        
        Timer::after(Duration::from_secs(1)).await;
    }
}