近年来，消费、医疗、农业、工业以及其他领域对物联网（IoT）连接的需求不断增长，产品开发咨询公司42 Technology表示，制造商希望为最终用户带来与众不同的产品，因此想利用物联网连接来添加功能，或为基于服务的产品生成新的数据流。
IoT连接中的硬件包括电池供电的便携式小型设备，其中很多都采用Arm Cortex-M系列嵌入式处理器，例如Nordic Semiconductor的nRF9160 SiP核心采用了M33处理器。
到目前为止，开发人员仅能够使用C或C++语言对这类Cortex-M器件进行编程。现在42 Technology提出了第三种选择，即Rust编程语言，为开发人员带来许多有用的新功能。
Rust编程语言必须在高性能和能有效使用资源的平台和环境下使用，它还引入了一些功能来帮助开发人员提高效率并生成更安全的代码。例如，Rust提供了称为Cargo的软件包管理器，就像Python的pip或Node的npm一样，可以让开发人员从中央存储库中提取开源软件包，在其项目中轻松使用。
Rust的另一项独特功能是“借阅检查器”，它是编译器的一部分。在编译期间，该工具能够检查代码，以确保两段代码不会同时访问同一数据（这是未定义的行为）。换句话说，如果一个函数被调用了，开发人员需要指定这次调用是临时（专有的或作为共享借入）“借入”该数值，或取得该数值的所有权。
这款语言具有安全性、高速度和高生产力。根据42 Technology报道，微软、Dropbox、Facebook、谷歌、Cloudflare等公司都已成功将Rust语言应用于新项目，包括用于云基础架构，谷歌还将其用于下一代移动操作系统Fuchsia中。
在Rust嵌入式工作组的大力推动下，Rust已经发展到“1.0”版本，可支持许多嵌入式平台，越来越多的企业也利用同样的技术优势来支持小尺寸低功耗系统，例如Nordic的nRF52和nRF53系列短距无线SoC，以及nRF9160低功耗蜂窝物联网SiP。
nRF9160开发人员可以直接或通过Zephyr使用Nordic Socket API，这个API严格遵循标准Berkeley套接字API（有如在Linux和Windows中使用）。但它也有一些缺点，例如套接字和套接字家族都使用“int”类型，如果开发人员将它们混淆，编译器将不能工作。另外，开发人员必须记住在套接字中调用“nrf_close”，因为如果变量超出范围，套接字将出现泄漏，从而在运行时难以调试。
为了使Rust开发人员能够很好地利用这一功能强大且经过良好测试的程序库，同时帮助他们避免意想不到的错误，42 Technology针对Nordic套接字库开发了Rust包装器。Rust包装器使用高级别并且分类严谨的对象，例如“TcpSocket”和“AtSocket”，它们在超出范围时会自动关闭，并允许开发人员发送格式化数据（图1）。
图1：针对Nordic套接字库建立的Rust包装器使用分类严谨的对象，例如“TcpSocket”和“AtSocket”，当它们超出范围时会自动关闭，并允许开发人员发送格式化数据。
这种方法非常有效，42 Technology表示可以使用Cloudflare的新Rust语言QUIC库进行开发，直接在nRF9160上运行世界上首个QUIC（即将发布的HTTP/3标准的一部分）示例。
Rust的另一个优点是可以与Zephyr RTOS混合使用。Rust库可以编译为标准的C静态库，从而与所有开发人员现有的C和C++项目关联。某些项目甚至只需一次替换一个函数，就可以从C语言转换为Rust语言。例如，使用SVG库，其中的库具有相同的API但在内部运行得更快、更安全。
Rust编程语言旨在提高性能、安全性和开发人员生产力，适合不同规模的项目——从超大规模云基础设施到最小的Cortex-M微控制器。此外，由于它可以编译为标准目标码文件，因此开发人员可以充分利用其所有优点，同时仍然将其集成到现有的C和C++项目中。
本文为《电子技术设计》2021年4月刊杂志文章，版权所有，禁止转载。免费杂志订阅申请点击这里。
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