プログラミング言語 Rust によるベアメタル環境向け SW 開発の一側面

1. Kentaro Sugimoto (tarotene) / 第18回オープンエッジデバイス研究会 / ソニークリエイティブラウンジ プログラミング言語 Rust による
 ベアメタル環境向け SW 開発の一側面 Embedded Rust Driver Made Easy
2. 自己紹介 • 氏名: 杉本 健太朗
 （すぎもと けんたろう） • 所属: ArkEdge Space Inc. • 2023/04 - • 人工衛星の姿勢制御系 FW • 前職: Photosynth Inc. • 2021/04（新卒）- 2023/03 • スマートロックの FW • あんまり制御っぽいことはしていない • 興味のあること • 高速通信向け物理層（Ethernet, USB, …） • 制御理論全般 GitHub LinkedIn Follow me!
3. • 要求: PoC 開発の高速化、小ロット生産、異種混合カスタマイズ、… • OSS の恩恵を最大限受けられる状態にある • デバイスドライバや各種 HW 依存コードが再利用可能 • 再利用を促進するエコシステム込みで考える • 不自由な開発環境（IDE）の強制を受けない • いつでも等価なビルドを plaintext で as as code できる • 自動テストやその他の検証周りが pluggable にできる 2024 年時点でのスナップショット 自分の考える「組込み開発」
4. • 要求: PoC 開発の高速化、小ロット生産、異種混合カスタマイズ、… • OSS の恩恵を最大限受けられる状態にある • デバイスドライバや各種 HW 依存コードが再利用可能 • 再利用を促進するエコシステム込みで考える • 不自由な開発環境（IDE）の強制を受けない • いつでも等価なビルドを plaintext で as as code できる • 自動テストやその他の検証周りが pluggable にできる 2024 年時点でのスナップショット 自分の考える「組込み開発」 HW スタートアップにありがちなこと
5. • 要求: PoC 開発の高速化、小ロット生産、異種混合カスタマイズ、… • OSS の恩恵を最大限受けられる状態にある • デバイスドライバや各種 HW 依存コードが再利用可能 • 再利用を促進するエコシステム込みで考える • 不自由な開発環境（IDE）の強制を受けない • いつでも等価なビルドを plaintext で as as code できる • 自動テストやその他の検証周りが pluggable にできる 2024 年時点でのスナップショット 自分の考える「組込み開発」 Embedded Rust の主戦場 HW スタートアップにありがちなこと
6. Q. 元々 C がメインの現場で 即座に Rust の導入は可能？
7. Q. 元々 C がメインの現場で 即座に Rust の導入は可能？ A. 状況による
8. • target-triple によって Tier 1, Tier 2, Tier 3 に分類 • Tier 1: 完全なビルド + 完全な動作 を担保 • 例: aarch64-unknown-linux-gnu, x86_64-apple-darwin • Tier 2: 完全なビルド + 一部の動作 を担保 • 例: armv7-unknown-linux-gnueabihf, thumbv7em-none-eabihf • Tier 3: 一部のビルド + 一部の動作 を担保 • 例: mipsel-sony-psp • Host tools と言って開発環境としての利用の担保もある • 要するに Tier 3 までの何かしらに引っかかる CPU の選定が必要！ The rustc book / Platform support より Rust は元来特定 CPU 向け
9. Q. 結局、タイミングクリティカルな製品向けの（ベア メタルな）動作環境として、SW エンジニアの開発者 体験だけを考えるとどうなる…?
10. Q. 結局、タイミングクリティカルな製品向けの（ベア メタルな）動作環境として、SW エンジニアの開発者 体験だけを考えるとどうなる…? A. 有効な解の一つは Arm Cortex-M
11. • 要求: PoC 開発の高速化、小ロット生産、異種混合カスタマイズ、… • OSS の恩恵を最大限受けられる状態にある • デバイスドライバや各種 HW 依存コードが再利用可能 • 再利用を促進するエコシステム込みで考える • 不自由な開発環境（IDE）の強制を受けない • いつでも等価なビルドを plaintext で as as code できる • 自動テストやその他の検証周りが pluggable にできる 2024 年時点でのスナップショット 自分の考える「組込み開発」
12. • 要求: PoC 開発の高速化、小ロット生産、異種混合カスタマイズ、… • OSS の恩恵を最大限受けられる状態にある • デバイスドライバや各種 HW 依存コードが再利用可能 • 再利用を促進するエコシステム込みで考える • 不自由な開発環境（IDE）の強制を受けない • いつでも等価なビルドを plaintext で as as code できる • 自動テストやその他の検証周りが pluggable にできる 2024 年時点でのスナップショット 自分の考える「組込み開発」 パッケージマネージャ兼プロジェクトマネージャ Cargo の力 Crate システムによる SW のモジュール化促進
13. • 要求: PoC 開発の高速化、小ロット生産、異種混合カスタマイズ、… • OSS の恩恵を最大限受けられる状態にある • デバイスドライバや各種 HW 依存コードが再利用可能 • 再利用を促進するエコシステム込みで考える • 不自由な開発環境（IDE）の強制を受けない • いつでも等価なビルドを plaintext で as as code できる • 自動テストやその他の検証周りが pluggable にできる 2024 年時点でのスナップショット 自分の考える「組込み開発」
14. • 要求: PoC 開発の高速化、小ロット生産、異種混合カスタマイズ、… • OSS の恩恵を最大限受けられる状態にある • デバイスドライバや各種 HW 依存コードが再利用可能 • 再利用を促進するエコシステム込みで考える • 不自由な開発環境（IDE）の強制を受けない • いつでも等価なビルドを plaintext で as as code できる • 自動テストやその他の検証周りが pluggable にできる 2024 年時点でのスナップショット 自分の考える「組込み開発」 コマンドラインツール Cargo の力 ビルドやテストもその場でできる（コンテキストスイッチ軽減にも寄与） 任意のテキストエディタ、IDE を使用可能 特にロジックを注入する仕組みに強い
15. • HW の用意 • ターゲット: STS32-DIS-10KS • I2C の温度センサ • Thermo 30 Click (MIKROE) という評価ボードを通して利用 • 開発用基板: STM32F4 Discovery Board • その他: STM32F4 Discovery Shield (MIKROE) • SW の用意 • 実装（ビルド・サンプルアプリの書き込みや実行など） • テスト（target-tests という sub-directory crate を用意）
 テーマ: 再利用可能なデバイスドライバを書く お品書き
16. HW の用意: STM32F4 Discovery Shieldの紹介
17. HW の用意 STM32F4 Discovery Shield • STM32F4 Discovery Board を挿して使う • mikroBUS が 4 つ搭載 • MIKROE のソケット規格 • センサ・アクチュエータ・ CPU の評価基板などは基 本これ • cf. seeed の xiao / grove
18. HW の用意 STM32F4 Discovery Shield • STM32F4 Discovery Board を挿して使う • mikroBUS が 4 つ搭載 • MIKROE のソケット規格 • センサ・アクチュエータ・ CPU の評価基板などは基 本これ • cf. seeed の xiao / grove
19. HW の用意 STM32F4 Discovery Shield • STM32F4 Discovery Board を挿 して使う • mikroBUS が 4 つ搭載 • MIKROE のソケット規格 • センサ・アクチュエータ・CPU の評価基板などは基本これ • cf. seeed の xiao / grove • Thermo 30 Click で検証する
20. SW の開発
21. • ここから疑似ライブコーディングをするので、少し画面を変えます． • やること • cargo init --lib • .cargo/config.toml の編集 • Patch: stm32f3xx.yaml の追加 • Cargo.toml の編集 • dependencies • bitfield-struct • embedded-hal • dev-dependencies（基本コピペ） • cortex-m{,rt} • defmt{,-rtt} • panic-probe • stm32f3xx-hal • lib.rs の編集（コピペ） • examples/hello.rs のテスト • 最後に target-tests という空の crate を掘る プロジェクトの立ち上げ SW の開発
22. おまけ
23. Thermo 30 Click STS-32-DIS-10KS • ソースコードはこちらに:
 https://github.com/tarotene/ sts32-33-dis • 使用したライブラリなど • bitfield_struct • レジスタマップの as a code にはよく利用する • embedded-hal (v1.x.y) • マルチドロップ環境でバス共有 の仕組みが比較的良い感じ
24. Thermo 30 Click STS-32-DIS-10KS （Sensiron の Datasheet STS3x-DIS より）
25. 閑話休題 / Tips 着実にドライバ開発を進める方法 • デバイス（センサ・アクチュエータ）が持つ性 質の volatility/ambiguity に着目して順にやる • 恒久的に不変: シリアルナンバーなど • 一定の論理制約のもとで不変: 設定値など • 不変性を保証できない: 測定値など • Prinf 文デバッグ（大粒度極限）とデバッガに よる step 実行（小粒度極限）の間で上手く開 発者体験を調節する • シリアル端末の埋込み • rust-embedded-community/ menu • funbiscuit/embedded-cli-rs