2. embedded-hal 特质初探：从点亮一盏灯开始

各位同学，欢迎来到第二章。上一章我们搭好了开发环境，今天咱们来点真家伙——直接上手 embedded-hal 这个核心库。

说实话，我第一次接触嵌入式 HAL 时也有点懵。那么多 trait，到底怎么用？后来做项目多了才明白，这些 trait 就是 Rust 给硬件外设画的“接口蓝图”。你只要实现这些 trait，你的驱动就能跑在任何支持 embedded-hal 的芯片上。这就是生态的力量。

2.1 embedded-hal 是什么？

embedded-hal 是一个 trait 集合，它定义了嵌入式外设的通用接口。它不是库实现，而是一套规范。就像 USB 接口规范——不管你是 U 盘还是键盘，插上去就能用。

概念	说明
trait 定义	只声明方法签名，不提供实现
芯片厂商实现	STM32、ESP32、nRF52 等各自实现这些 trait
驱动开发者	你只需要依赖 trait，不用关心底层寄存器

2.2 数字输入输出：GPIO 的基本操作

咱们先从最简单的开始——控制一个 LED 亮灭。这背后就是 OutputPin 和 InputPin 两个 trait。

OutputPin：让引脚输出高低电平

看代码最直接：

use embedded_hal::digital::v2::OutputPin;

// 假设 led 已经由 HAL 初始化好了
let mut led: PA5 = ...;  // 具体类型由芯片 HAL 提供

// 点亮 LED（输出高电平）
led.set_high().unwrap();

// 熄灭 LED（输出低电平）
led.set_low().unwrap();

// 翻转状态
led.toggle().unwrap();

这里有个细节——set_high() 返回的是 Result。为什么？因为硬件操作可能失败。比如引脚被复用成其他功能了，或者时钟没开。我在项目中就踩过这个坑——直接 unwrap() 一时爽，调试火葬场。

InputPin：读取外部信号

读取按键状态是 InputPin 的典型场景：

use embedded_hal::digital::v2::InputPin;

let button: PB1 = ...;

loop {
    if button.is_high().unwrap() {
        // 按键未按下
    } else {
        // 按键按下（低电平有效）
    }
}

你可能会问：为什么不用 is_low()？两个都有。我个人习惯用 is_high()，逻辑更直观——高电平就是 true，低电平就是 false。

避坑指南：引脚复用冲突

2.3 阻塞式延时：DelayMs 和 DelayUs

做嵌入式开发，延时是家常便饭。LED 闪烁、按键消抖、传感器等待……都离不开延时。

embedded-hal 提供了两个 trait：

• DelayMs：毫秒级延时
• DelayUs：微秒级延时

用法极其简单：

use embedded_hal::blocking::delay::{DelayMs, DelayUs};

// 假设 delay 由 HAL 初始化
let mut delay: SysDelay = ...;

// 延时 500 毫秒
delay.delay_ms(500u16);

// 延时 100 微秒
delay.delay_us(100u32);

这里有个类型参数的问题——delay_ms 接受 u16，最大 65535 毫秒（约 65 秒）。delay_us 接受 u32，最大约 4294 秒。够用了吧？

2.4 串口通信：serial::Read 和 serial::Write

串口是嵌入式开发者的“眼睛”——调试信息、传感器数据、设备间通信，都靠它。

embedded-hal 把串口抽象成两个 trait：

Trait	方法	说明
serial::Write	bwrite_all(&mut self, buffer: &[u8])	发送字节数据
serial::Read	read(&mut self, buffer: &mut [u8])	接收字节数据

来看个实际例子——打印 "Hello, world!"：

use embedded_hal::serial::Write;
use nb::block;

// 假设 serial 由 HAL 初始化
let mut serial: USART1 = ...;

// 发送字符串
let msg = b"Hello, embedded world!\r\n";
serial.bwrite_all(msg).unwrap();

// 注意：bwrite_all 是阻塞的，会等所有字节发送完成

接收数据稍微复杂一点——因为你不知道数据什么时候来：

use embedded_hal::serial::Read;
use nb::block;

let mut rx_buf = [0u8; 1];

// 阻塞等待一个字节
let byte = block!(serial.read()).unwrap();

// 或者用循环接收多个字节
for byte in rx_buf.iter_mut() {
    *byte = block!(serial.read()).unwrap();
}

这里出现了 nb::block! 宏。为什么需要它？因为串口读取是非阻塞的——没有数据时返回 WouldBlock 错误。block! 宏帮我们循环等待直到数据到达。

2.5 知识体系总览

这一章的内容其实就围绕一个核心——trait 抽象。下面这张图帮你理清关系：

2.6 本章小结

这一章我们干了三件事：

1. 认识了 embedded-hal——它不是库，是接口规范
2. 学会了 GPIO 操作——OutputPin 控制输出，InputPin 读取输入
3. 掌握了延时和串口——DelayMs/Us 做时间控制，serial::Read/Write 做数据收发

这些 trait 看起来简单，但它们是整个嵌入式 Rust 生态的基石。你想想看——以后你写的传感器驱动，只要依赖这些 trait，就能跑在任何支持 embedded-hal 的芯片上。这就是抽象的力量。