如何在Linux中使用Rust进行嵌入式开发

一、开发环境准备
在Linux（如Ubuntu/Debian）上搭建Rust嵌入式开发环境，需完成以下基础配置：

1. 安装Rust工具链：通过rustup安装最新稳定版Rust（含rustc编译器、Cargo包管理器），命令如下：

   curl --proto '=https' --tlsv1.2 -sSf https://sh.rustup.rs | sh
   source $HOME/.cargo/env  # 激活环境变量
   

   验证安装：rustc --version（显示版本号即为成功）。
2. 配置国内镜像加速（可选但推荐）：编辑~/.cargo/config，添加清华镜像源以提升依赖下载速度：

   [source.crates-io]
   replace-with = 'tuna'
   [source.tuna]
   registry = "https://mirrors.tuna.tsinghua.edu.cn/git/crates.io-index"
   

3. 安装嵌入式开发工具链：根据目标硬件选择工具链（如Cortex-M系列需thumbv6m-none-eabi、thumbv7m-none-eabi等），并通过cargo安装相关工具：

   rustup target add thumbv7em-none-eabihf  # 示例：Cortex-M4F/F7
   cargo install cargo-binutils  # 提供cargo objcopy/objdump等命令
   rustup component add llvm-tools-preview  # 支持LLVM工具链
   

4. 安装系统工具：用于编译、烧写和调试，如build-essential（编译工具）、openocd（调试接口）、qemu-system-arm（模拟运行）：

   sudo apt update &
       &
    sudo apt install build-essential openocd qemu-system-arm gdb-multiarch
   

二、创建嵌入式项目
使用社区模板快速生成嵌入式项目（以Cortex-M为例），避免手动配置繁琐文件：

cargo generate --git https://github.com/rust-embedded/cortex-m-quickstart

按提示输入项目名称（如hello-embedded），生成的项目结构如下：

hello-embedded/
├── .cargo/          # Cargo配置目录
├── src/             # 源代码目录
│   ├── main.rs      # 主程序入口
│   └── lib.rs       # 库文件（可选）
├── Cargo.toml       # 项目配置文件
├── memory.x         # 内存布局脚本（定义Flash/RAM地址）
└── build.rs         # 构建脚本（可选，用于自定义编译流程）

三、配置项目参数

1. 修改.cargo/config.toml：配置交叉编译目标、运行器（如QEMU）和调试工具，示例如下：

   [target.thumbv7em-none-eabihf]
   runner = "qemu-system-arm -cpu cortex-m4 -nographic -semihosting -kernel"  # 使用QEMU运行
   rustflags = [
       "-C", "linker=arm-none-eabi-gcc",  # 指定链接器
       "-C", "link-arg=-Tmemory.x",       # 指定链接脚本
   ]
   

2. 调整memory.x：根据目标芯片修改Flash/RAM的起始地址和大小（以STM32F103ZET6为例）：

   MEMORY
   {
   
       FLASH : ORIGIN = 0x08000000, LENGTH = 512K  # Flash起始地址和大小
       RAM : ORIGIN = 0x20000000, LENGTH = 64K    # RAM起始地址和大小
   }
       
   

四、编写嵌入式程序
嵌入式程序需使用#![no_std]（无标准库）和#![no_main]（自定义入口），示例如下：

#![no_std]  // 不使用标准库
#![no_main] // 自定义入口点

use panic_halt as _;
     // panic时停止程序（简单处理）
use cortex_m_rt::entry;
     // Cortex-M运行时入口宏
use cortex_m_semihosting::hprintln;
     // 半主机模式打印（通过调试器）

#[entry] // 标记入口函数
fn main() ->
 ! {
    
    hprintln!("Hello, Embedded Rust World!".as_bytes()).unwrap();
 // 打印消息
    loop {
}
 // 无限循环（嵌入式程序通常不退出）
}
    

五、构建与运行

1. 构建项目：使用cargo build编译，--release模式可优化代码大小和性能：

   cargo build --release
   

   生成的二进制文件位于target/thumbv7em-none-eabihf/release/目录下（如hello-embedded）。
2. 模拟运行：通过QEMU模拟执行（需提前安装QEMU）：

   qemu-system-arm -cpu cortex-m4 -nographic -semihosting -kernel target/thumbv7em-none-eabihf/release/hello-embedded
   

   若配置正确，终端将显示`Hello, Embedded Rust World!'。
3. 烧写到硬件：使用cargo objcopy将二进制转换为适合芯片的格式（如HEX/BIN），再通过openocd烧写：

   cargo objcopy --release -- -O ihex target/thumbv7em-none-eabihf/release/hello-embedded.hex  # 转换为HEX格式
   openocd -f interface/stlink.cfg -f target/stm32f1x.cfg  # 启动OpenOCD
   

   在另一个终端使用telnet或gdb烧写HEX文件（具体命令参考芯片文档）。

六、调试方法

1. 使用GDB调试：通过gdb-multiarch连接目标或模拟器，加载符号并调试：

   gdb-multiarch target/thumbv7em-none-eabihf/release/hello-embedded
   (gdb) target remote :3333  # 连接OpenOCD（端口需匹配）
   (gdb) load                 # 加载程序
   (gdb) continue             # 运行程序
   

2. VSCode集成调试：安装cortex-debug插件，配置.vscode/launch.json，实现点击调试按钮即可启动GDB和OpenOCD。

七、进阶技巧

• 交叉编译到其他平台：若需编译到ARM Linux或其他架构，添加对应目标（如aarch64-unknown-linux-gnu），并配置~/.cargo/config.toml中的链接器（如aarch64-linux-gnu-gcc）。
• 使用HAL库：针对具体芯片（如STM32、RP2040），使用对应的HAL库（如stm32f1xx-hal、rp2040-hal）简化外设操作（如GPIO、UART）。
• 条件编译：通过#[cfg(target_arch = "arm")]等属性，针对不同硬件编写差异化代码。

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