02-作为状态机的外设

译文 · 基于 The Embedded Rust Book

作为状态机的外设

原文链接: https://doc.rust-lang.org/stable/embedded-book/static-guarantees/state-machines.html

微控制器的外设可以被看作一组状态机。例如，一个简化的 GPIO 引脚 的配置可以表示为如下状态树：

• Disabled（禁用）
• Enabled（启用）
  • Configured as Output（配置为输出）
    • Output: High（输出：高）
    • Output: Low（输出：低）
  • Configured as Input（配置为输入）
    • Input: High Resistance（输入：高阻）
    • Input: Pulled Low（输入：下拉）
    • Input: Pulled High（输入：上拉）

若外设从 Disabled 模式开始，要移到 Input: High Resistance 模式，必须执行以下步骤：

1. 禁用（Disabled）
2. 启用（Enabled）
3. 配置为输入（Configured as Input）
4. 输入：高阻（Input: High Resistance）

若想从 Input: High Resistance 移到 Input: Pulled Low，必须执行以下步骤：

1. 输入：高阻（Input: High Resistance）
2. 输入：下拉（Input: Pulled Low）

类似地，若想把 GPIO 引脚从 Input: Pulled Low 配置移到 Output: High，必须执行以下步骤：

1. 输入：下拉（Input: Pulled Low）
2. 配置为输入（Configured as Input）
3. 配置为输出（Configured as Output）
4. 输出：高（Output: High）

硬件表示

通常，上面列出的状态是通过向映射到 GPIO 外设的给定寄存器写入值来设置的。我们定义一个假想的 GPIO 配置寄存器来说明这一点：

我们可以在 Rust 中暴露如下结构体来控制这个 GPIO：

/// GPIO 接口
struct GpioConfig {
    /// 由 svd2rust 生成的 GPIO 配置结构
    periph: GPIO_CONFIG,
}

impl GpioConfig {
    pub fn set_enable(&mut self, is_enabled: bool) {
        self.periph.modify(|_r, w| {
            w.enable().set_bit(is_enabled)
        });
    }

    pub fn set_direction(&mut self, is_output: bool) {
        self.periph.modify(|_r, w| {
            w.direction().set_bit(is_output)
        });
    }

    pub fn set_input_mode(&mut self, variant: InputMode) {
        self.periph.modify(|_r, w| {
            w.input_mode().variant(variant)
        });
    }

    pub fn set_output_mode(&mut self, is_high: bool) {
        self.periph.modify(|_r, w| {
            w.output_mode.set_bit(is_high)
        });
    }

    pub fn get_input_status(&self) -> bool {
        self.periph.read().input_status().bit_is_set()
    }
}

然而，这会允许我们修改某些没有意义的寄存器。例如，当 GPIO 配置为输入时设置 output_mode 字段会发生什么？

总的来说，使用这个结构体会让我们到达上面状态机未定义的状态：例如被下拉的输出，或被设为高的输入。对某些硬件这可能无关紧要。在其他硬件上，它可能导致意外或未定义行为！

虽然这个接口写起来方便，但它并不强制执行硬件实现所设定的设计契约。