为什么我们应当将 Rust 用于嵌入式开发？

笔者最近在了解嵌入式 Rust 开发方面的知识，网络搜索中，阅读到了 Pawan Bisht 于 2021 年 5 月 4 日发表在 knoldus 博客的文章 Why Rust for Embedded Development?。此文阐述了将 Rust 用于嵌入式的诸多优势，特此分享。

Rust 是一门系统编程语言，专注于三个要素：安全性、并发性，以及高性能。在语法上，Rust 类似于 C++，但具有内存安全性。

今天，我们将尝试理解：为什么我们应当将 Rust 用于嵌入式开发？以及在嵌入式开发领域，Rust 比其它编程语言更合适、更重要的几个原因。

较少的内存管理问题

众所周知，70% 的安全漏洞，都是由于内存错误而造成的。在防止内存安全问题方面，Rust 语言自身有其机制发挥着重要作用。Rust 语言中，有一个名为借用检查器（borrow checker）的组件，该组件旨在强制执行内存和资源的所有权（ownership），确保在编译时，捕获对内存的任何滥用。Rust 迫使开发者思考，让开发者意识到他们到底在做什么。

以前的开发中，面临的问题是：开发人员要么可以获得低层次的控制，要么可以获得更安全的权限。

例如：在 C/C++ 中，当程序员进行低层次的控制时，必须多加谨慎，他们必须考虑很多事情，以确保内存安全。

但是，在 Rust 出现之后，程序员进行低层次控制时，语言自身和编译器确保了内存安全。

高性能

Rust 语言中，性能提升的主要原因之一是：没有垃圾收集器。在编译时，确定何时不再需要内存，并且清理内存。与其它编程语言不同，Rust 没有运行时（runtime）检查。也就是说，Rust 所有的检查，都仅在编译时验证。

因为我们可以直接访问硬件和内存，所以 Rust 是嵌入式和裸机式（bare-metal）开发的理想程序设计语言。并且可以对我们的程序进行优化，使之接近机器硬件的最大理论性能。

跨平台支持

使用 Rust，我们可以在各种操作系统上，轻松构建完美工作的跨平台解决方案。此外，在 Rust 中有一些 web 框架可用，我们可以编写前端应用程序，如 Rocket、Actix 等。

丰富的生态系统

在软件的生产环境中，需要更多方面的因素，以保持其质量。Rust 具有丰富的生态系统：软件包管理器 Cargo、软件包社区站点 crates.io、文档中心站点 doc.rs 等等。当然还有更多生态工具，包括 Clippy，其提供的编译器扩展工具 lint 和 rustfmt，可自动进行语法检查、代码分析，以及格式化代码。

此外，Rust 还有一些官方和非官方的帮助渠道，比如聊天室、用户论坛、reddit 网站的 Rust 子站点、Stack Overflow 和其开设的 Rust 交谈频道。类似其它技术，Rust 也有许多全球交流研讨会议，如 RustConf、Rust Belt Rust、RustFest、RustCon Asia 等等。因此，我们可以说，Rust 有一个充满活力和受欢迎的社区。

好吧！我们已经介绍了使用 Rust 进行嵌入式开发的部分优点。现在我们来讨论：Rust 能否满足嵌入式系统的一些需求？

上述优势分析，是关于在嵌入式开发中，使用 Rust 的原因。然而，嵌入式开发中还有一些条件，使得 Rust 语言更值得选择。

可移植性

简而言之，可移植性即是“系统独立性（system Independence）”。在嵌入式系统中，如果一个产品能够在不同的环境中运行，那么，它可以被称为便携式产品。实现可移植性的一种方法，是通过硬件抽象层（HAL，Hardware Abstraction Layer）。

硬件抽象，是指软件中的一组类和例程，用于模拟某些特定于平台的细节。换句话说，硬件抽象提供了对硬件资源的直接访问。

那么，Rust 是如何满足这种重要需求的呢？在 Rust 中，具有嵌入式硬件抽象层（embedded-hal），其是一组 traits，定义了硬件抽象层（HAL）的：实现、驱动程序、应用程序，以及固件）之间的实现契约。

互操作性

软件的互操作性，是为了有效地交换和处理信息，而相互通信的能力。

Rust 语言实现了在和 C 语言的互操作性。关于此互操作方式，Rust 标准库 stdlib 中有两个专用的模块：std::ffi、std::os::raw。另外，Rust 还支持与其它构建系统的互操作性。目前，RTOSs 正在进行中。

谢谢您的阅读，欢迎交流。