可移植性

在嵌入式环境中，可移植性是一个非常重要的指标：每家厂商或一家厂商中的不同系列都提供不同的外设与功能，并且交互的方法也不同。

一个普遍的方法是通过硬件抽象层，或者说是 HAL 解决。

硬件抽象是软件中的一组程序，他们模拟某些平台特定的操作细节，来让程序可以直接访问硬件资源。

他们提供对于硬件的标准 OS 接口可以让程序员来写出不依赖于设备，高性能的程序。

Wikipedia: Hardware Abstraction Layer

嵌入式系统在这方面有些特殊，因为我们通常没有操作系统，也不能安装软件，固件是作为一个整体来编译的，有着许多其他限制。 因此，尽管 Wikipedia 所定义的传统方法可能有用，但是并不是一个最有效的方法来确保可移植性。

我们怎么在 Rust 中做？来看看 embedded-hal...

什么是 embedded-hal？

简而言之，它是一组 trait ，它定义了 HAL 的实现，驱动还有应用（或固件）。这些约定包括能力（例如，如果你为某些类型实现了 trait ，那 HAL 就为它提供了一系列功能）和方法（例如，如果你构建了一个实现 trait 的类型，那就可以使用他的方法）。

典型的分型可能如下所示：

embedded-hal 中定义的一些 trait 如下：

• GPIO （输入输出引脚）
• 串行通信
• I2C
• SPI
• 计数器、定时器
• 数模转换

设计 embedded-hal trait 与 crate 并使用他们的原因是为了控制复杂性。 考虑一下，如果某一个应用必须实现硬件外设的使用方法，并且可能使用其他驱动，那么保持可移植性是很难的。 用数学一点的方法来表示，如果 M 是外设HAL实现的数量， N 是驱动的数量，那么如果我们为每一个应用重新造轮子，那么最终会得到 M * N 种实现，但是使用 embedded-hal trait 提供的 API 会把复杂度降低到 M + N。当然也有其他好处，例如这些定义良好、反复测试过的易用 API 。

embedded-hal 的应用场合

如前所述， HAL 的应用场合如下：

HAL 实现

HAL 实现提供了硬件与 HAL traits 用户的交互。典型的实现包括三个部分：

• 一个或多个硬件具体类型
• 提供多个配置（速度，操作方式，引脚等）来创建或初始化一个类型的函数
• 一个或多个 embedded-hal 中 trait 的 impl

这样的一个 HAL 实现有如下几种实现形式：

• 通过低级硬件全是先，如寄存器
• 通过操作系统，如在linux下通过 sysfs
• 通过适配器，如单元测试中的 mock
• 通过硬件适配器驱动，如 I2C 多路复用 或 GPIO 拓展

驱动

一个驱动为一个内部或外部的连接到实现了 embedded-hal traits 的组件实现一系列功能。 典型的例子包括各种传感器（温度，磁场，加速器，光），显示设备（ LED ， LCD 显示器）还有执行器（马达，发送器）。

一个驱动需要一个实现了 embedded-hal trait 的类型来初始化，这通过类型绑定来保证，并且为它自身提供一系列方法来让使用者与被驱动的设备来交互。

应用

应用将各个部分组合在一起来实现所需功能。在不同系统间移植时需要花费大量精力，因为应用程序需要通过 HAL 来正确的初试话实际硬件，并且不同的硬件之间初始化方法也有不同。此外，用户的决定通常也有着很大的影响，因为硬件可以物理的连接到不同位置，硬件有时候需要外部硬件才能正确配置，或者在使用内部设备时也面临着不同的选择（例如，多个定时器有着不同的功能并且可能有冲突）