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Rust Peripheral開発環境

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用語解説(Terminology)

• BSP : Board Support Packages
• PAC : Peripheral Access Crates
• HAL : Hardware Abstruct Layer

Peripheral アクセス方法の整理

• 全体イメージ
  • BSP, PAC, HAL の関係性
    • use 宣言の際、bsp::hal::pac の順にシンボルが繋がっている
    • HAL を具体的なチップの仕様に落としたのが、PAC
    • HAL の上に、ボードの仕様をかぶせたのが、BSP
    • そもそも HAL はハードの違いを吸収するためのものなので、ハードへのアクセスは PAC のシンボルを直接使うのではなく、できるだけ HAL の提供するAPIを使わなければならない
  • Cargo.toml には、BSP を書けば良い。(rp-pico)
    • BSP が rp2040-hal(PAC) を包含する。
    • 実際には、BSP(rp-pico)自体には、全ピンの定義しか入っておらず、別途 PAC を付属している。
• raspi pico 向け crate のRustドキュメント
• Crateの包含関係の考え方
  • embedded-hal : https://crates.io/crates/embedded-hal
    • Embedded Devices Working Group が開発している組み込み向け HAL (Traitを集めたCrate)
  • rp2040-hal : https://docs.rs/rp2040-hal/latest/rp2040_hal/
    • 上記 embedded-hal の RP2040マイコン向け実装
  • rp-pico : https://github.com/rp-rs/rp-hal-boards/tree/main/boards/rp-pico : マイコンにボード(Raspberry Pi pico)の情報を載せたもの？
    • rp2040-hal を含んでいる
    • GPIO の定義が書かれた lib.rs がソースに追加されている
  • 上記とは全然別に、組み込み用USBのCrateが存在する (usb-device)
  • さらに上記の USB Crate とは別に、USB MIDI 用のCrateが存在する (usbd-midi)
  • BSP, PAC, HAL の関係性に関する記事: https://qiita.com/iwatake2222/items/6bec963a145a15019ca5

具体的な実装の問題点

• 現状の問題意識
  • main()関数内で宣言されたペリフェラルの変数を、main()関数以外に持ち運ぶことができない。
  • 引数に入れると、copy Traitがないのなんのと言われる
• 現状の対応
  1. ペリフェラルを変数に出来る型で、グローバル変数化する。
     • グローバル変数は “static mut 大文字” と宣言
     • 型は rust-analyzer などで調べる
  2. グローバル変数は、型の宣言を Option でくるみ、初期値を None にする。
  3. 初期化処理の中で、init関数などを呼んで、この変数を初期化する。
  4. unsafe などを頻繁に書かなくて済むように、このペリフェラルをアクセスする関数を別途作成しておく。
     • 関数内は unsafe 内に if let Some(x) = &mut ペリフェラル名 {} と書き、xでアクセス
  5. 上記の関数を任意の箇所からコールして使う

ペリフェラル内のGenerics

pub struct I2C<I2C, Pins, Mode = Controller> {
        i2c: I2C,
        pins: Pins,
        mode: PhantomData<Mode>,
}

• 上記の定義では、最初のI2Cが型であり、<>内にあるI2Cは、Genericsとして示す文字列
• 型指定にあるGenerics
  • 例えば: static mut USB_DEVICE: Option<UsbDevice<hal::usb::UsbBus» = None;
    • Option は None があるから
    • UsbDevice<hal::usb::UsbBus> は ??
      • インスタンス生成なので、UsbDevice の型宣言の中にある型引数に、UsbBus が入れられたと考えられる
  • “A＜B＞” : AはGenericsを伴う型であり、中に特定の型Bを入れないと成り立たない。
    • BにさらにGenericsがあった場合、上記と同じ考えを繰り返す
    • 型定義でGenericsを使う場合、Trait で指示するが、Genericsで実インスタンスを作るときは、型名を指定しなければならない

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