Rust嵌入式开发库stm32f4的使用指南

概述

stm32f4是Rust生态中针对STM32F4系列微控制器的硬件抽象层(HAL)和设备驱动支持库。它提供了对STM32F4系列芯片外设的直接访问能力，是Rust嵌入式开发的重要工具。

主要特性

• 提供对STM32F4全系列MCU的支持
• 类型安全的硬件抽象接口
• 零成本抽象（Zero-cost abstractions）
• 与embedded-hal兼容的驱动接口
• 支持DMA、中断等高级特性

使用方法

1. 添加依赖

在Cargo.toml中添加：

[dependencies]
stm32f4 = "0.15.1"  # 请使用最新版本
cortex-m = "0.7.6"
cortex-m-rt = "0.7.3"

2. 基本外设使用示例

#![no_std]
#![no_main]

use panic_halt as _;
use cortex_m_rt::entry;
use stm32f4::stm32f407;  // 根据具体芯片型号选择

#[entry]
fn main() -> ! {
    // 获取外设访问权
    let peripherals = stm32f407::Peripherals::take().unwrap();
    
    // 启用GPIOD时钟
    peripherals.RCC.ahb1enr.modify(|_, w| w.gpioden().enabled());
    
    // 配置PD12为推挽输出
    peripherals.GPIOD.moder.modify(|_, w| w.moder12().output());
    peripherals.GPIOD.otyper.modify(|_, w| w.ot12().push_pull());
    
    // 点亮LED（假设PD12连接LED）
    peripherals.GPIOD.bsrr.write(|w| w.bs12().set());
    
    loop {}
}

3. 使用HAL抽象层

更推荐使用HAL抽象层，它提供了更高级的API：

use stm32f4xx_hal::{
    prelude::*,
    gpio::GpioExt,
    stm32,
};

#[entry]
fn main() -> ! {
    let dp = stm32::Peripherals::take().unwrap();
    
    // 初始化GPIO
    let gpioc = dp.GPIOC.split();
    let mut led = gpioc.pc13.into_push_pull_output();
    
    // 配置SysTick定时器
    let mut delay = dp.TIM1.delay_ms(1.hz());
    
    loop {
        led.set_high();
        delay.delay_ms(1000_u32);
        led.set_low();
        delay.delay_ms(1000_u32);
    }
}

4. 使用中断

use cortex_m::peripheral::syst::SystClkSource;
use cortex_m_rt::{entry, exception};
use stm32f4xx_hal::stm32;

#[exception]
fn SysTick() {
    // 中断处理代码
}

#[entry]
fn main() -> ! {
    let mut cp = cortex_m::Peripherals::take().unwrap();
    let dp = stm32::Peripherals::take().unwrap();
    
    // 配置SysTick中断
    cp.SYST.set_clock_source(SystClkSource::Core);
    cp.SYST.set_reload(8_000_000); // 1s中断
    cp.SYST.enable_interrupt();
    cp.SYST.enable_counter();
    
    loop {}
}

常见外设驱动

1. UART通信示例

use stm32f4xx_hal::{
    serial::{config::Config, Serial},
    prelude::*,
};

let gpioa = dp.GPIOA.split();
let tx = gpioa.pa2.into_alternate_af7();
let rx = gpioa.pa3.into_alternate_af7();

let serial = Serial::usart2(
    dp.USART2,
    (tx, rx),
    Config::default().baudrate(115200.bps()),
    clocks,
).unwrap();

// 发送数据
block!(serial.write(b'H')).ok();
block!(serial.write(b'i')).ok();

2. PWM输出示例

use stm32f4xx_hal::{
    pwm::PwmExt,
    time::Hertz,
};

let gpioa = dp.GPIOA.split();
let pa8 = gpioa.pa8.into_alternate_af1();

let pwm = dp.TIM1.pwm(pa8, 1.khz(), clocks);
let max_duty = pwm.get_max_duty();
pwm.set_duty(max_duty / 2);  // 50%占空比
pwm.enable();

开发建议

1. 使用probe-rs和cargo-flash进行烧录和调试
2. 结合defmt日志框架进行调试输出
3. 参考embedded-hal兼容的驱动生态
4. 使用cortex-m-rtfm或RTIC框架进行实时任务管理

完整示例代码

以下是一个完整的STM32F4 HAL使用示例，包含LED闪烁和UART输出功能：

#![no_std]
#![no_main]

use panic_halt as _;
use core::fmt::Write;
use cortex_m_rt::entry;
use stm32f4xx_hal::{
    prelude::*,
    stm32,
    serial::{config::Config, Serial},
    timer::Timer,
    gpio::GpioExt,
};

#[entry]
fn main() -> ! {
    // 获取设备外设
    let dp = stm32::Peripherals::take().unwrap();
    let cp = cortex_m::Peripherals::take().unwrap();

    // 初始化时钟
    let rcc = dp.RCC.constrain();
    let clocks = rcc.cfgr.sysclk(84.mhz()).freeze();

    // 初始化GPIO
    let gpioa = dp.GPIOA.split();
    let gpioc = dp.GPIOC.split();

    // 配置LED引脚(PC13)
    let mut led = gpioc.pc13.into_push_pull_output();

    // 配置UART2(PA2为TX，PA3为RX)
    let tx = gpioa.pa2.into_alternate_af7();
    let rx = gpioa.pa3.into_alternate_af7();
    let mut serial = Serial::usart2(
        dp.USART2,
        (tx, rx),
        Config::default().baudrate(115200.bps()),
        clocks,
    ).unwrap();

    // 初始化SysTick定时器
    let mut delay = Timer::syst(cp.SYST, &clocks).delay();

    // 初始化计数器
    let mut count = 0;

    // 发送欢迎消息
    writeln!(serial, "STM32F4 Rust HAL Demo\r").unwrap();

    loop {
        // 切换LED状态
        led.toggle();

        // 发送计数信息
        writeln!(serial, "Count: {}\r", count).unwrap();
        count += 1;

        // 延迟1秒
        delay.delay_ms(1000_u32);
    }
}

这个完整示例展示了：

1. 基本的时钟配置
2. GPIO控制LED
3. UART通信初始化
4. 定时器延时
5. 循环计数并通过UART输出

要运行此代码，需要根据实际硬件连接修改GPIO引脚配置，并确保正确配置了Cargo.toml依赖项。