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Rust begegnet mir immer wieder: Zum Beispiel wenn ich wieder einmal ein Memory-Leak suche oder einen Fehler habe weil ich eine Variable vom Stack zu lange verwende. Dann kommen unweigerlich Gespräche auf, die auf Rust hoffen, dass damit mal Schluss sein wird. Auch in unseren Blogbeiträgen gibts bereits Artikel zu Rust, zum Beispiel wie Rust für den Raspberry Pi Pico aufgesetzt wird. Doch direkte Berührungspunkte hatte ich bis jetzt noch keine. Um ein fundiertere Aussage über den Stand von Rust auf einem Microcontroller machen zu können, durfte ich mich 3 Tage mit Rust beschäftigen, mit dem Ziel, eine einfache Applikation mit digitalen In- und Outputs und Uart in Rust auf einem Microcontroller zu erstellen und den Start in die Rust-Welt auf einem Microcontroller zu wagen.

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Rust ist eine momentan heiss diskutierte Programmiersprache. Sie findet under anderem auch in der Embedded-Welt Anklang, denn Rust kann Performance-Mässig in etwa mit C/C++ mithalten. Nur ist sie zusätzlich modern und so konzipiert, dass Entwickler gezwungen sind, Code so sicher wie möglich zu schreiben. Beispielsweise sind unerlaubte Speicherzugriffe wesentlich unwahrscheinlicher, als bei C/C++. Nun, wenn Rust auch auf Embedded Geräten eingesetzt werden kann, wäre es da nicht schön, Rust auf einem Mikrocontroller auszuprobieren?

Ich zeige euch in diesem Artikel, wie man mit etwa 15 CHF Budget bei einem regnerischen Sonntagnachmittag Rust vollständig auf einem Mikrocontroller zum Laufen bringt, inklusive Debugging. Wenn alles einwandfrei läuft, ist mit einem Zeitaufwand von ca. 2 -3 Stunden zu rechnen. Wir verwenden dafür das Raspberry Pi Pico, das erste Mikrocontrollerboard von der Raspberry Pi Foundation, mit hauseigenem Controller, dem RP2040.

Hardware und Tools

• Pico: Als Target wird wie oben erwähnt das Raspberry Pi Pico verwendet. Dabei handelt es sich um ein Mikrocontrollerboard, das perfekt in das Portfolio von Rapsberry Pi passt: preiswert, gut dokumentiert, grosse Community, relativ simpel, opensource. Als Debug-Probe verwenden wir: ebenfalls ein Pico. Dazu gibt es eine Firmware, die das Board mit sehr kleinem Aufwand in eine SWD Debug-Probe „verwandelt“. Wir benötigen also zwei Boards, die je ca. 5 – 7 CHF kosten.
• Rust: Obwohl dieser Blog zeigt, wie die Boards eingerichtet werden, um Rust darauf zu entwickeln, steht die Sprache selbst nicht im Vordergrund. Es wird also nicht auf die Eigenschaften der Sprache im Embedded-Bereich eingegangen. Wenn man mehr darüber wissen will, empfiehlt sich ein Blick in „The Embedded Rust Book“ (https://docs.rust-embedded.org/book/). Wir installieren Rust und verwenden Cargo als Packetmanager. Zudem binden wir den Hardware Abstraction Layer für das Pico als Paket ein und verwenden diesen in einem Beispielprojekt.
• OpenOCD: Der grösste Teil des Zeitaufwands investieren wir in OpenOCD, eine Applikation, die für die Kommunikation zur Debug-Probe zuständig ist. OpenOCD unterstützt bis jetzt den RP2040 offiziell nicht. Deshalb machen wir den Build davon selber, Raspberry Pi stellt dazu den Quellcode zur Verfügung.
• Die Arm GNU Toolchain wird für einzelne Build Schritte verwendet.
• Als Entwicklungsumgebung verwenden wir Visual Studio Code.
• Das ganze Setup ist für das Windows Betriebssystem gezeigt. Auf Linux Distributionen und macOS ist das Setup ähnlich, einzelne Schritte vereinfachen sich jedoch.

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