背景

對于嵌入式工程師而言，也許對異步編程比較陌生，通常在大型復雜的的嵌入式應用中，采用 FreeRTOS 或 Rtthread 嵌入式操作系統編程，采用 C/C++ 編寫驅動或應用邏輯。本文則介紹在 Rust 嵌入式中非常流行的 Embassy異步操作系統。Embassy是采用 Rust 語言編寫的異步操作系統，目前有很多芯片已經支持 embassy異步操作系統，如 NRF、STM32、ESP32、WCH 等，本文將基于 STM32F446ZET6 單片機測試 Embassy 和 FreeRTOS 下的響應性能和資源占用大小。

兩者都在180MHz 的主頻下運行。測試采用簡單的按鍵響應與 LED 翻轉的程序，通過示波器記錄按鍵電平翻轉與 LED 電平響應的間隔。

Embassy

Embassy的機制與 FreeRTOS 等 C 語言寫的嵌入式操作系統不一樣，它通過輪詢機制，各任務都是靜態分配，所有任務在編譯時已經確認所需的資源，任務間的切換無需進行線程堆棧上下文的切換，提高了CPU 的有效使用率。Rust 測試任務如下：

#[embassy::task]
async fn blink_led(mut led: Output<'static, PB0>, button_high: &'static AtomicBool) {
    loop {
        Timer::after(Duration::from_millis(100)).await;
        if !button_high.load(Ordering::SeqCst) {
            led.set_high().unwrap();
        }
        Timer::after(Duration::from_millis(100)).await;
        led.set_low().unwrap();
    }
}

FreeRTOS

在 FreeRTOS 中，通過中斷檢測按鍵的變化，將按下和釋放事件發送給原子變量，主任務代碼如下。

void StartBlinkLedTask(void *argument)
{
    for (;;) {
        osDelay(100);

        if (atomic_load(&buttonPressed) == GPIO_PIN_RESET) {
            HAL_GPIO_WritePin(LD1_GPIO_Port, LD1_Pin, GPIO_PIN_SET);
        }

        osDelay(100);
        HAL_GPIO_WritePin(LD1_GPIO_Port, LD1_Pin, GPIO_PIN_RESET);
    }
}

測試結果

結論

通過以上的簡單對比，在實驗中可以知道 Embassy 與 FreeRTOS 的中斷響應速度差異不大, 但FreeRTOS 響應更快。同時在 Ram 和 Flash 占用中 Embassy 反而更小。當然這個數據結果與代碼的編譯選項、庫的驅動邏輯有較大關系，因此本結論僅供參考。