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【沁恒微CH32V307评估板试用体验】探索Rust编程语言的嵌入式开发——基于CH32V307【1】

1 总述
Rust语言的运行效率高、开发效率好、适用范围广。作为一门编译型语言，它直接编译输出到汇编代码，通常公认裸机的Rust语言性能在C语言级别，拥有较高的运行效率。Rust语言的开发效率很高，文档完善、编译器提示有帮助，能节省软件开发所需的时间。它能应用在多个平台和指令集中，这包括裸机平台；处理核、操作系统厂家还可以提供自己的编译目标，无需厂家自己重新开发、提供工具链。
本着学习至上的精神，开始学习，并在开发板上编写并运行了最简单的Rust程序代码；并通过对Rust-Embedded的Discovery Book（）进行CH32V307的移植与翻译；
2 Rust开发环境的搭建安装
2.1 安装Rustup和Cargo
在windows系统中，从官网下载rustup-init.exe，由于默认的msvc需要Visual Studio，所以本机采用mingw的版本，只需要安装MinGW的gcc编译器即可，此部分略过；
然后在rustup-init.exe运行选项中，选择x86_64-pc-windows-gnu，toolchain可以选择stable/nightly，profile可以选择default/complete，PATH环境变量可以选择修改或者不修改，然后选择安装即可。

图 21 rust安装选项设置
如果选择不将%USERPROFILE%.cargobin加入PATH环境变量中，则每次在启动命令提示符cmd的时候，都需要执行一次set PATH=%PATH%;%USERPROFILE%.cargobin，这样才能调用cargo、rustc等命令。使用rustc -V可以查看版本号。
安装配置完毕，写个hello world。在cmd窗口中输入
cargo new hello_world
cd hello_world
cargo build
cargo run
可以看到生成了“Hello，World”；

图 22 rust hello_world项目的创建、编译和运行
自动生成的hello_worldsrcmain.rs代码如下：
fn main() {
println!("Hello, world!");
}
2.2 安装Rust的riscv32的target
cargo和rust安装好之后，需要安装适用于CH32V307（CPU内核：riscv32imac）的rust库，在此之前需要修改cargo的镜像源，使其从国内镜像源下载，网速更快；
# 放到 `$HOME/.cargo/config` 文件中
[source.crates-io]
registry = "https://github.com/rust-lang/crates.io-index"

# 替换成你偏好的镜像源
replace-with = 'tuna'
#replace-with = 'ustc'

# 清华大学
[source.tuna]
registry = "https://mirrors.tuna.tsinghua.edu.cn/git/crates.io-index.git"

# 中国科学技术大学
[source.ustc]
registry = "git://mirrors.ustc.edu.cn/crates.io-index"

# 上海交通大学
[source.sjtu]
registry = "https://mirrors.sjtug.sjtu.edu.cn/git/crates.io-index"

# rustcc社区
[source.rustcc]
registry = "git://crates.rustcc.cn/crates.io-index"
然后依次输入如下命令：
rustup target list
rustup target add riscv32imac-unknown-none-elf
Set PATH=%PATH%;%PATH_TO_RISCV32-UNKNOWN-ELF-GCC%;%PATH_TO_MINGW_GCC%
cargo install cargo-binutils
rustup component add llvm-tools-preview
cargo install cargo-generate
其中%PATH_TO_RISCV64-UNKNOWN-ELF-GCC%是系统安装的编译riscv64-unknown-elf-gcc的目录路径，%PATH_TO_MINGW_GCC%是系统安装的MinGW-gcc编译器的目录路径。在linux或者msys2系统中，则改为export PATH=$PATH:$PATH_TO_RISCV64-UNKNOWN-ELF-GCC

图 23 rust安装riscv32系列工具
至此rust用于riscv32的开发环境全部搭建完毕；

2.3 测试Rust-riscv32开发环境的简易例程
直接采用cargo复制官方的riscv-rust-quickstart例程模板，执行命令
cargo generate --git https://github.com/riscv-rust/riscv-rust-quickstart

图 24  复制riscv-rust-quickstart例程
由于该例程模板是针对Hifive系列开发板的，因此需要做少量修改，
将srcmain.rs修改如下：
#![no_std]
#![no_main]

extern crate panic_halt;

// use hifive1::hal::prelude::*;
// use hifive1::hal::DeviceResources;
use riscv_rt::entry;

#[entry]
fn main() -> ! {
let _y;
let x = 42;
_y = x;

// infinite loop; just so we don't leave this stack frame
loop {}
}
将.cargoconfig修改为：
[target.riscv32imac-unknown-none-elf]
runner = "riscv-none-embed-gdb -q -x gdb_init"
rustflags = [
  "-C", "link-arg=-Tmemory.x",
  "-C", "link-arg=-Tlink.x",
]

[build]
target = "riscv32imac-unknown-none-elf"
在目录下创建memory.x，将CH32V307的芯片存储布局的Flash、RAM等起始地址和大小确定：
MEMORY
{
  /* NOTE 1 K = 1 KiBi = 1024 bytes */
  /* TODO Adjust these memory regions to match your device memory layout */
  /* These values correspond to the LM3S6965, one of the few devices QEMU can emulate */
  FLASH : ORIGIN = 0x00000000, LENGTH = 256K
  RAM : ORIGIN = 0x20000000, LENGTH = 64K
}
REGION_ALIAS("REGION_TEXT", FLASH);
REGION_ALIAS("REGION_RODATA", FLASH);
REGION_ALIAS("REGION_DATA", RAM);
REGION_ALIAS("REGION_BSS", RAM);
REGION_ALIAS("REGION_HEAP", RAM);
REGION_ALIAS("REGION_STACK", RAM);
然后执行 cargo build，即可完成例程的编译构建，最后在riscv-rust-quickstarttargetriscv32imac-unknown-none-elfdebug目录下生成了elf可执行文件。
为了调试，必须使用OpenOCD作为调试服务器，将gdb的调试命令转换为WCH-Link调试器的序列，因此在新的命令提示符窗口，参照MounRiver Studio调用OpenOCD的命令行，执行如下命令：
D:DevToolsMounRiverMounRiver_Studiotoolchain/OpenOCD/bin/openocd.exe -c "gdb_port 3333" -c "telnet_port 4444" -c "tcl_port 6666" -f D:DevToolsMounRiverMounRiver_Studiotoolchain/OpenOCD/bin/wch-riscv.cfg -c "echo "Started by CMD""

图 25 riscv-rust-quickstart例程的OpenOCD命令
然后用gdb调试，命令如下：
riscv-none-embed-gdb riscv-rust-quickstart
并在gdb中执行
target remote 127.0.0.1:3333
load
b main
c
print _y
n
print _y
可以看到，在执行了_y = x; 这条代码之后，_y的值从初始值242变成了42，符合代码的预期，例程成功完成；