カーネルランド Rust 勉強会 #4: Zephyr で Rust を使う前に

2026 9/3 に開催した勉強会で使ったスライドの加筆版。

Transcript

1. カーネルランド Rust 勉強会 #4 古賀信哉 株式会社アットマークテクノ
2. 今日のネタ Rust + Zephyr 実験プロジェクトの進捗 準備までは終わった（？） 組込み開発で Rust を使うには ベアメタルと RTOS 押えておきたい core crate のモジュール Zephyr で Rust を使うには ネイティブ実行と仮想マシン実行
3. Rust + Zephyr 実験プロジェクト やりたいこと Z: CONFIG_USERSPACE と WAMR の評価 R: 興味深い IP 用のドライバを実装評価 Z: MCUboot によるセキュアブート評価 現在の準備状況 対応済みボードでの Zephyr 起動確認 △ i.MX 93 ボード（Cortex-A55 コア） ルネサスの Cortex-M85 MCU 搭載ボード native_sim と qemu_xx でのデバッグ実行 ◦
4. Rust + Zephyr 実験プロジェクト やりたいこと 後述します Z: CONFIG_USERSPACE と WAMR の評価 R: 興味深い IP 用のドライバを実装評価 Z: MCUboot によるセキュアブート評価 現在の準備状況 SWD / DAPLink 用のハーフピッチコネクタに 接続しないと書き込めない！ →部材調達待ち 対応済みボードでの Zephyr 起動確認 △ i.MX 93 ボード（Cortex-A55 コア） ルネサスの Cortex-M85 MCU 搭載ボード native_sim と qemu_xx でのデバッグ実行 ◦
5. 組込み開発で Rust を使うには ベアメタルと RTOS（※Linux は今回スコープ外） ベアメタルだと欲しいもの RTOS (Zephyr) の場合に推奨される作法（？） 押えておきたい core crate のモジュール
6. ベアメタルと RTOS (with Rust) ベアメタルだと欲しいもの
7. ベアメタルと RTOS (with Rust) ベアメタルだと欲しいもの HAL (Hardware Abstraction Layer) OS のカーネル移植レイヤに相当 並行動作の仕組み（割り込みをトリガーに） OS のスレッド機構に相当
8. ベアメタルと RTOS (with Rust) ベアメタルだと欲しいもの HAL (Hardware Abstraction Layer) OS のカーネル移植レイヤに相当 並行動作の仕組み（割り込みをトリガーに） OS のスレッド機構に相当 ・ハードウェアを変えてもソフトウェアを 全部は作り直したくない。 ・CPU の使用効率を上げたい。 ・コードの見やすさ・保守しやすさを確保したい。
9. ベアメタルと RTOS (with Rust) ベアメタルだと欲しいもの HAL (Hardware Abstraction Layer) OS のカーネル移植レイヤに相当 並行動作の仕組み（割り込みをトリガーに） OS のスレッド機構に相当 ・ハードウェアを変えてもソフトウェアを 全部は作り直したくない。 ・CPU の使用効率を上げたい。 ・コードの見やすさ・保守しやすさを確保したい。 async/await による抽象化！
10. ベアメタルと RTOS (with Rust) ベアメタルだと欲しいもの HAL (Hardware Abstraction Layer) OS のカーネル移植レイヤに相当 並行動作の仕組み（割り込みをトリガーに） OS のスレッド機構に相当 二つの系統： Real-Time Interrupt-driven Concurrency embedded-hal{-async, -*} crate + rtic crate embassy フレームワーク async/await の executor 機能を提供
11. ベアメタルと RTOS (with Rust) ベアメタルだと欲しいもの HAL (Hardware Abstraction Layer) OS のカーネル移植レイヤに相当 並行動作の仕組み（割り込みをトリガーに） OS のスレッド機構に相当 二つの系統： embedded-hal{-async, -*} crate + rtic crate embassy フレームワーク 参考： https://pico.implrust.com/async-embedded-rust/introduction.html
12. 余談 むかし古賀が作ったベアメタル実装 以下で構成： 各種ステートマシンを駆動 緩い定周期動作用のメインループ（WFI しながら） ソフトウェア割り込み (SWI) による定周期動作 周辺機器の割り込みハンドラ（複数、優先度順） タイマの割込みハンドラ（SWI をトリガ） 高優先度 各周辺機器のデバイスドライバを、 この組み合わせで実装。 ( top half + bottom half ) こういう構成で十分／向いている 場合もありますよね。
13. ベアメタルと RTOS (with Rust) RTOS (Zephyr) の場合に推奨される作法 OS の機能を素直に使う：スレッド panic=“abort” に設定、panic ハンドラを実装 スタック巻き戻しやバックトレース出力なし ：コードサイズの削減 .unwrap() は極力使わず、エラーの分岐を実装 ・安易に panic させない。 ・エラーする可能性があるなら正しく考慮する。 https://www.amazon.co.jp/Zephyr-RTOS-Rust-Real-Time-Development/dp/B0GW8RRRCH
14. 押えておきたい core モジュール core::sync::atomic プリミティブ型の値の atomic な操作を提供 共有メモリ／変数を使った、スレッド同士や 割り込みハンドラとの間の「通信」に利用できる。 struct Atomic enum Ordering
15. 押えておきたい core モジュール core::sync::atomic プリミティブ型の値の atomic な操作を提供 共有メモリ／変数を使った、スレッド同士や 割り込みハンドラとの間の「通信」に利用できる。 struct Atomic enum Ordering lock-free。 ただし、wait-free は保証されない！ Atomic<T> のメソッドの中には、 compare-and-swap ループで実装 されたものがあり得る。 https://doc.rust-lang.org/beta/core/sync/atomic/index.html#structs
16. Zephyr で Rust を使うには ネイティブ実行と仮想マシン実行 pros & cons ネイティブ実行での使い方 static lib としてビルド・リンクする LLEXT (loadble module 方式) もあり（？） 仮想マシン実行 WAMR (WAsm Micro Runtime)
17. Zephyr で Rust を使うには ネイティブ実行と仮想マシン実行 pros & cons Zephyr は単一 OS イメージが基本！ ネイティブ実行での使い方 static lib としてビルド・リンクする LLEXT (loadble module 方式) もあり（？） 仮想マシン実行 WAMR (WAsm Micro Runtime)
18. Zephyr で Rust を使うには ネイティブ実行と仮想マシン実行 pros & cons Zephyr は単一 OS イメージが基本！ ネイティブ実行での使い方 static lib としてビルド・リンクする LLEXT (loadble module 方式) もあり（？） 仮想マシン実行 アプリケーションの実行ファイルが分離 され、sand box 化も簡単。 WAMR (WAsm Micro Runtime) アプリケーションの追加や削除を運用中に行うのも、比較的簡単？
19. Zephyr で Rust を使うには ネイティブ実行と仮想マシン実行 pros & cons user mode による隔離と組み合わせることが可能！ ネイティブ実行での使い方 static lib としてビルド・リンクする LLEXT (loadble module 方式) もあり（？） https://docs.zephyrproject.org/latest/samples/subsys/llext/edk/README.html 仮想マシン実行 アプリケーションの実行ファイルが分離 され、sand box 化も簡単。 WAMR (WAsm Micro Runtime) アプリケーションの追加や削除を運用中に行うのも、比較的簡単？
20. 参考ページ 1/5 Zephyr が対応済みのボード i.MX 93 FRDM https://www.nxp.com/document/guide/getting-started-withfrdm-imx93:GS-FRDM-IMX93?tid=vanFRDM-IMX93/start https://docs.zephyrproject.org/latest/boards/nxp/frdm_imx93/d oc/index.html RA8D1 Vision Board https://docs.zephyrproject.org/latest/boards/ruiside/ra8d1_visi on_board/doc/index.html
21. 参考ページ 2/5 実機なしでの Zephyr の開発作業用 Native simulator - native_sim https://docs.zephyrproject.org/latest/boards/native/native_sim/ doc/index.html QEMU Emulation for ARM Corーtex-M3 https://docs.zephyrproject.org/latest/boards/qemu/cortex_m3/ doc/index.html 他の MCU / SoC ボードのエミュレータもあり。 自分でエミュレーション実装を QEMU に追加 してもよい :-) Zephyr のデバッグ手順 https://docs.zephyrproject.org/latest/develop/debug/index.htm l#running-qemu-via-west
22. 参考ページ 3/5 Zephyr の User Mode (CONFIG_USERSPACE) 公式ドキュメント https://docs.zephyrproject.org/latest/kernel/usermode/index.html その他の参考ページ https://zephyrproject.org/user-mode-explained-in-simple-words/ https://zephyrproject.org/user-mode-explained-in-simple-words-part-2/ https://zephyrproject.org/user-mode-explained-in-simple-words-part-3/ https://emlogic.no/2026/05/zephyr-user-mode/ Linkable Loadable Extensions (LLEXT) https://docs.zephyrproject.org/latest/services/llext/index.html
23. 参考ページ 4/5 Zephyr の Rust 対応 https://docs.zephyrproject.org/latest/develop/languages/rust/i ndex.html Rust の rtic と embassy（※ベアメタル用） rtic https://rtic.rs/2/book/en/ https://github.com/rtic-rs/rtic/blob/master/rtic/src/export/executor.rs embassy async 動作の executor のソース https://embassy.dev/ https://github.com/embassy-rs/embassy/tree/main/embassy-executor
24. 参考ページ 5/5 Rust の async に対する考察（※非ベアメタル） The State of Async Rust: Runtimes https://corrode.dev/blog/async/ 「Tokio などの、async ベースのフレームワークを 使う場合は必然的に使うことになるけど、一般論 としては、スレッドでよくない？」という論調。 フレームワークに依存して使わなければいけない ところを分離して、使わなくてよいところでは、 使わずにシンプルにするのがよい。・・・Rust の エコシステム全体の中では、async は十分に成熟 していない、とも言っている。