rust嵌入式开发之RTICvsEmbassy

RTIC和Embassy是目前rust嵌入式开发中比较热门的两个框架。本来呢，针对RTIC的移植已经完成了一小半，但在移植过程中感受到了RTIC的不足，正好跳出来全面考察下embassy，本文就是根据目前的尝试结果做个对比总结。

RTIC和Embassy是两种完全不同的思路：

1、RTIC是基于MCU强大的中断体系以中断来驱动，所以RTIC的重心是放到了数据的隔离上，可参考rust嵌入式开发补充，整个框架，不管是处理还是规模都比较简单

2、Embassy则是基于rust语言的异步特性【async和await】、Send等来实现线程化并确保安全

也就是说，一个依托底层MCU，一个依托rust语言，所以分别形成了自己的特色。

RTIC的优缺点

RTIC的优点就是简便，一旦理解了RTIC的工作机制，开发起来只要牢记三个方面就好了：

• 中断驱动：所有的任务调用源头都是某个硬件中断，是天然的事件-响应模型，以此模型来编写各个处理任务，然后将这些任务分配到相应的硬件中断中spawn就好了，逻辑非常清晰、简洁
• 数据隔离：RTIC将数据分为了本地和共享两类，本地数据为某个任务独享，其它任务全都无法访问；共享数据为指定的某几个任务共享，使用时需加锁来互斥使用。确保了数据安全，而且数据的访问逻辑也非常清晰，不容易混乱，使用上也非常简单，不会出现复杂的Option<Arc<Mutex<…>>>的形式【RTIC自己做了，提供给用户任务时就是复制过来的数据指针了】
• 优先级：RTIC依靠MCU进行任务的调度，而MCU不管其它，只依靠中断许可和优先级进行调度。所以，优先级就是RTIC工作的基石，如果用户任务较多，就需要仔细考虑这些任务的调配和优先级的匹配问题

RTIC的缺点就是过于简单，对rust的特性支持不够，面对稍微复杂点的任务，就有些力不从心了。

首先，上面讲了RTIC良好的数据隔离机制，但反过来，由于用户任务中的数据，都来自RTIC从自己所管理的全局数据中的复制，所以RTIC的用户任务中，很难使用闭包，因为其所有的数据都是从栈上分配的，一旦离开所在用户任务就会被销毁，而RTIC中所有任务都是中断驱动。这两点决定了RTIC中的闭包无法异步使用，但不能脱离本地来异步使用的闭包，一点价值都没有的。

而如果自己用box来保存与复制，那何不干脆另起一个用户任务呢？！

但每个RTIC的用户任务的参数都是通过宏扩写出来的，所以用户任务很难通过指针的方式按需调度，这对状态机、控制台命令、远程控制等功能很不友好。

也就是说，RTIC最大的问题就是不灵活，一旦需要灵活的根据实际情况来动态调用用户任务，RTIC就会很笨拙。需要通过静态函数和统一的参数表，来为用户任务的调用提供参数转换和过渡。这对于状态机还好，但对于控制台命令和远程控制就很不友好了。

其次，RTIC是用过程宏来完成规模庞大的任务和数据的扩写工作的【对rust的过程宏还不太理解的可参考：rust嵌入式之用类函数宏简写状态机定义】，但由于其对过程宏的重度使用，使得我们编写自己的过程宏然后和RTIC进行衔接时，就不能触碰所有的数据和用户任务，只能通过上面提到的静态函数来进行过渡。

而这，自然就会大幅度的削弱过程宏的强大与便利了。

Embassy的优缺点

Embassy我才刚开始尝试，所以就只能对比上面RTIC的优缺点来说了。

1、Embassy既然是依托rust的async和await来调度任务，所以其必须实现自己的一个运行时来完成中断接管、poll登记与分发、基于优先级的任务调度等等

运行时的存在，自然会提供更好的灵活性和弹性，更有利于充分发挥rust作为现代语言的优势与强大。

2、Embassy提供了强大的线程间通信手段，如Channel和mbox，这就非常便于复杂业务场景下各功能部件之间的密切协作了

3、任务的创建手段更灵活、更便利，如：

方式一：独立任务模式：

#[embassy_executor::task]
async fn writer(mut tx: UartTx<'static, USART1, DMA1_CH4>) {#串口1通过一个Channel接收要发送的字符串，然后以DMA方式发送loop {let buf = CHANNEL.receive().await;unwrap!(tx.write(buf.as_bytes()).await);}
}
在主程序中启动该任务：
unwrap!(spawner.spawn(writer(tx)));
如此，不管在哪，只要通过Channel发送字符串就可以执行：
CHANNEL.send(s).await;

方式二：闭包模式：

//主程序中定义一个闭包
let blinky = async {loop {//注意，这里直接使用了主程序创建的led和delay两个局部变量【rust会自动将其分配到堆上去】//其它闭包也可以使用这两个变量【对于没有实现Copy的，需要考虑借用问题】//当然，如果多个闭包同时使用到某个复杂的数据结构，需要实现Send或用Mutex等实现线程间数据保护led.toggle();Timer::after_millis(delay).await;}
};
//将这个闭包启动
futures::join!(blinky, ...其它闭包...);

RTIC可以同样很简单的实现方式一，但根本无法实现方式二。而对于大量简单的小任务来说，显然方式二更简便，同时还省去了RTIC中复杂的数据隔离措施，更轻更快。

此外，Embassy对过程宏的使用不是太过严重，甚至还可以在Embassy项目中支持RTIC框架，结合其对闭包的友好支持，我们完全可以在用过程宏来定义状态机、控制台命令时直接用闭包来实现动作或命令的实现函数，既省去了过渡函数的繁琐，还更容易阅读与理解，降低了bug的几率。

当然，Embassy不提供如RTIC般的数据隔离与保护，所以线程间的数据保护就需要程序员自己来承担了。

总结

如开头所述，RTIC其实是一种中断驱动的嵌入式任务调度思想的rust实现【增强了数据隔离与保护】，而Embassy则是rust语言用于嵌入式环境的一种实现【所有其有两个发力点：运行时和基于自己HAL的各种芯片的适配】。

显然，RTIC更容易上手，更针对固定功能的嵌入式开发；而Embassy更有rust味道，更灵活、更强大，给予了程序员更丰富的支持，同时也对程序员提出了rust特有的高要求、高门槛。

当然，rust嵌入式开发还有tock，在Embassy之前，笔者也是更看好tock，但仔细研究了几天，笔者认为就嵌入式来说，tock属于过度设计了：

• 资源占用过于庞大，flash需256K起，ram需64K起，对于大多数的嵌入式应用来说，实无必要
• tock的一个诉求是彼此隔离所以安全的app，但对于嵌入式来说，实在有些过分了

所以，tock是针对一个复杂产品的中控来设计的。由于我们目前尚无此需求，所以我们显然不是tock预期中的目标群体。因此很快就转向Embassy了。