M5StackをRustで動かす

M5StackをRustで動かす

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  M5StackをRustで動かすまで インターフェース オフ会 @CQ出版 2019/06/17 Kenta IDA (@ciniml)
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  自己紹介 •井田 健太 (@ciniml) •仕事：FPGAの論理設計 •最近はなぜかGoのコードを書いている… •Rustレベルは入門 • 実践Rust入門読んでます。 2019/6/17M5StackをRustで動かすまで
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  M5Stackとは •ESP32を使ったプロトタイピング・モジュール • Wi-Fi, Bluetooth4.2 • グラフィック液晶 • ボタン • バッテリー • そこそこしっかりした筐体 (重要) 2019/6/17M5StackをRustで動かすまで
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  ESP32とは •Espressifが製造・販売しているマイコン • Wi-Fi, Bluetooth4.2 • Xtensa LX6 dual core @240[MHz] max • →ARMではない 2019/6/17M5StackをRustで動かすまで
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  RustのXtensa対応 •Rust(rustc)の対応にはLLVMの対応が必要 • rustcはLLVMを使ってコード生成している •LLVMのXtensa対応 • 2019年2月13日に対応 •https://esp32.com/viewtopic.php?t=9226 • GitHubに対応版がある (llvm-xtensa) • https://github.com/espressif/llvm-xtensa • LLVMのmainstreamに入ったわけではない 2019/6/17M5StackをRustで動かすまで
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  rustcのXtensa対応 •LLVMのmainstreamが対応してないので当然未対応 •対応版を作るしかない •つくれるのか？ • llvm-xtensa はLLVM6.0ベース •最新のrustcはLLVM9.0 • LLVMのプロジェクト構成、9.0から完全に別物… • llvmとclangとかに分かれてたのが、llvm-projectにまとまった感じ？ • →最新は諦めて、LLVM6.0のころのrustcを使う 2019/6/17M5StackをRustで動かすまで
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  Xtensa対応に必要なこと • rustcのターゲットを追加する • Xtensaバックエンドのリンクと初期化処理を追加 •XtensaのABI情報を追加 • ターゲット定義の追加 • 細かい変更箇所はGitHubに書いておきました • https://github.com/ciniml/rust • ということをやっていたら、既に他の人がやっていた • https://github.com/MabezDev/xtensa-rust-quickstart • 私の方のrustcは1.28.0、向こうは1.34.0 負けた… • 新しい物が動くのはありがたいので1.34.0の方を使うことにする 2019/6/17M5StackをRustで動かすまで
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  ESP32でRustを使うときの方針 •ベアメタル • ESP-IDF(ESP32公式フレームワーク)を使用しない • スタートアップコードから直接Rustのコードを実行 •→ESP-IDFは一部バイナリのみ提供部分あり • e.g. Wi-Fi, Bluetoothなど無線部分、ペリフェラルのドライバなど • アプリケーションを作るのにはあまり現実的では無い •→ESP-IDFからRustのメインルーチンを呼び出す方針にす る 2019/6/17M5StackをRustで動かすまで
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  ESP-IDFとRustのコードの結合 •extern “C”なrust_main関数を定義 • ESP-IDFのmain関数から呼び出す •Rust側の全コードをESP-IDFの1コンポーネントとする •staticlibとしてビルドしてIDFからライブラリとして参照 •あとはIDF単体のアプリと同じ 2019/6/17M5StackをRustで動かすまで
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  ESP32上でのRustの環境 •とりあえずno_std • std動くようになるといいですね •現状はlibcoreでがんばる • ESP-IDF側のlibcのmallocが使えるのでヒープは使える •malloc/freeを呼び出すGlobalAlloc実装を作るだけ 2019/6/17M5StackをRustで動かすまで
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  ESP-IDFの関数呼び出し •bindgenを使ってCFFIの定義を生成 • ヘッダー入力するとRustの定義を生成してくれるツール •CFFI定義だけなので、UnsafeとSafeの橋渡しが必要 •SPI Masterのラッパーを書いたがそこそこ大変 •ESP-IDFのSPI Masterドライバの呼び出しをラップ • ベアメタルで書くよりはマシなはず 2019/6/17M5StackをRustで動かすまで
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  RustでFreeRTOSの機能を使う •freertos-rs クレート • https://github.com/hashmismatch/freertos.rs •FreeRTOSのAPI呼び出しはCで書いたshim経由 •プラットフォームごとにshimを書けば良い •但しESP32のFreeRTOS固有の機能(デュアルコア)未対応 • xTaskCreatePinnedToCore (コア指定してタスク作成)が呼べ ない • →freertos-rsを修正してコア指定できるように対応 2019/6/17M5StackをRustで動かすまで
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  Rustで周辺回路を扱う •embedded-hal クレート • 組み込み向けでよく使われる周辺回路の抽象化 •ADC, I2C, SPI, GPIOなどのトレイトが定義されている •embedded-hal経由で外部ICを扱うドライバ • awesome embedded rustにまとめられている • https://github.com/rust-embedded/awesome- embedded-rust 2019/6/17M5StackをRustで動かすまで
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  RustでM5Stackの液晶を扱う •M5Stackの液晶はILI9341 • Arduino向け実装が一番よく出来ている •Rust用にも ili9341クレートがある • ただし、作りかけであまり機能は多くない •Ili9341クレートは初期化処理と指定座標への点描画のみ • 実際の描画処理は embedded-graphics クレートが担当 2019/6/17M5StackをRustで動かすまで
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  embedded-graphicsクレート •図形描画や画像データの読み込みと描画制御を担当 • 線分や楕円の描画アルゴリズムなど • ビットマップ・フォントの描画 •実際の描画はDrawable トレイトを実装した型が担当 •PC上のシミュレータもあってよく出来ている •https://docs.rs/embedded- graphics/0.5.0/embedded_graphics/ 2019/6/17M5StackをRustで動かすまで
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  現在の進捗 • M5Stackの液晶表示に成功 • ただしすごく遅いので要改良 •SPIの送信処理が非効率 • FreeRTOSのタスク間通信 • 乱数生成タスクで描画座標生成 • 描画タスクで描画処理 • Wi-Fiとかはまだ • AP接続までは確認できている 2019/6/17M5StackをRustで動かすまで
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  Rust入門した感想 • unsafeばかり触ってるのでまだ分からない • まだあまりborrowcheckerに怒られてない • SPIドライバ作るときにちょっと怒られたけど… • ライフタイムが怪しいコードを書くとコンパイル時に死ぬのが良い • C++だとそのまま通ってSEGVとかになりがち • Result<T,E>の楽な扱い方がよく分かってない • 今朝ようやくtry!マクロの存在に気付いた • 早くsafeな世界に行きたい 2019/6/17M5StackをRustで動かすまで
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  おしまい 2019/6/17M5StackをRustで動かすまで