使用 Rust 编写 Arduino Uno 程序
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零、测试环境

使用的环境为

  • Windows11 （理论Linux、Mac同理）
  • rustc 1.75.0-nightly （必须为 nightly 版本）
  • Arduino Uno R3

测试时间为 2023/11/5 ，如果距离你阅读此文章的时间较远，则实际操作可能需要改变，注意相关文档

因测试环境局限，文章中未明确指出的命令均为在 Windows Cmd 上测试过，其他系统道理相同

一、环境配置

在这一步我们需要安装 avr-gcc （链接器）和 avrdude（上传固件），并配置rust项目

安装 avr-gcc / avrdude

Linux

Linux可以直接使用包管理器安装，包名一般为 avr-gcc （或 gcc-avr ）和 ravedude，具体视发行版的不同而不同

Windows

通过 msys2 安装
pacman -S mingw-w64-x86_64-avr-gcc
通过 scoop 安装

安装 scoop （已经安装了 scoop 则可以跳过此步骤）

# 直接安装
irm get.scoop.sh | iex
# 通过指定的代理安装 （适用于无法直接访问的情况）
irm get.scoop.sh -Proxy 'http://<ip:port>' | iex

安装 avr-gcc / avrdude

scoop config proxy <ip:port> # （可选）为 scoop 设置代理
scoop install avr-gcc
scoop install avrdude

Mac

xcode-select --install # 如果你还没有这样做
brew tap osx-cross/avr
brew install avr-gcc avrdude

配置 Rust 项目

新建项目

cargo new rust-arduino-test

修改 cargo.toml

# 包配置自动生成，无需在意是否与此相同
[package]
name = "rust-arduino-test"
version = "0.1.0"
edition = "2021"

# 需要一个恐慌处理器
# 包含以下选择，在此使用最简单的一个
# panic-halt：恐慌会导致程序或当前线程通过进入无限循环而暂停
# panic-abort：恐慌会导致执行中止指令
# panic-itm：恐慌消息将被使用ITM（ARM Cortex-M特定的外围设备）记录
# panic-semihosting：恐慌消息使用半主机技术记录到主机
[dependencies]
panic-halt = "0.2.0"

# 引入 avr-hal/arduino-hal , 并启用 arduino-uno 特性
[dependencies.arduino-hal]
git = "https://github.com/Rahix/avr-hal"
features = ["arduino-uno"]

在项目根目录下创建一个文件 avr-atmega328p.json 用于为 AVR 平台设置编译元数据

{
  "llvm-target": "avr-unknown-unknown",
  "cpu": "atmega328p",
  "target-endian": "little",
  "target-pointer-width": "16",
  "target-c-int-width": "16",
  "os": "unknown",
  "target-env": "",
  "target-vendor": "unknown",
  "arch": "avr",
  "data-layout": "e-P1-p:16:8-i8:8-i16:8-i32:8-i64:8-f32:8-f64:8-n8-a:8",

  "executables": true,

  "linker": "avr-gcc",
  "linker-flavor": "gcc",
  "pre-link-args": {
    "gcc": ["-Os", "-mmcu=atmega328p"]
  },
  "exe-suffix": ".elf",
  "post-link-args": {
    "gcc": ["-Wl,--gc-sections"]
  },

  "singlethread": false,
  "no-builtins": false,

  "no-default-libraries": false,

  "eh-frame-header": false
}

修改项目根目录下 .cargo/config.toml 如果不存在则创建

[build]
target = "avr-atmega328p.json"

[unstable]
build-std = ["core"]

至此，基础的环境配置已经完成，下面将编写用于测试的代码

二、测试代码

修改 main.rs

#![no_std] // 嵌入式环境并不包含全部标准库，故标记 no_std
#![no_main] // 不使用默认的入口，因为 arduino_hal 将提供宏来访问入口

use panic_halt as _; // 引用恐慌处理器，如果在上文中选择了不同的恐慌处理器，则应该对应修改

#[arduino_hal::entry] // 标记此函数为入口
fn main() -> ! {
    let dp = arduino_hal::Peripherals::take().unwrap();
    let pins = arduino_hal::pins!(dp);

  // 代码作用 使接入到 13 号端口的灯闪烁
    let mut led = pins.d13.into_output();
    
    loop {
        led.toggle();
        arduino_hal::delay_ms(1000);
    }
}

使用编译 cargo 编译程序

cargo build

若一切正常，则可以得到位于 target/avr-atmega328p/debug/ 目录下的 rust-arduino-test.elf 文件

三、上传固件

这里需要使用之前安装的 avrdude 命令

avrdude^
    -C path\to\avrdude.conf ^
    -p atmega328p ^
    -c arduino ^
    -P COM3 ^
    -D ^
    -U flash:w:target\avr-atmega328p\debug\rust-arduino-test.elf:e

逐行解析这条命令 粗体部分为必须阅读，可能根据环境不同需要手动调整的内容

  • -C 指定配置文件的位置，如果使用 scoop 安装，则位于{用户目录}\scoop\apps\avrdude\{版本号}\avrdude.conf，其他安装方法和其他系统可以通过 Everything 等工具搜索 avrdude.conf 来找到
  • -p 指定 AVR 设备，在这里是 atmega328p
  • -c 指定编程器类型，在这里为 arduino
  • -P 指定链接端口，可以通过 设备管理器>端口（COM 和 LPT）> Arduino Uno 在其后括号中找到
  • -D 禁用闪存的自动擦除功能
  • -U 执行的内存操作，格式为 <memtype>:r|w|v:<filename>[:format] 在这里的效果为指定操作目标为缓存（flash），读取指定文件（target\avr-atmega328p\debug\rust-arduino-test.elf）并将其写入指定的目标（w），文件格式为 ELF 格式（e）

运行此命令后直至出现 avrdude done. 则上传成功，通过在 13 号端口接入一个 LED 可以检查效果

附、参考资料

如何在 Arduino Uno 中运行 Rust：让你的 LED 灯闪起来 – n3xtchen

Rahix/avr-hal GitHub

avrdude#Option-Descriptions

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