背景

对于嵌入式工程师而言，也许对异步编程比较陌生，通常在大型复杂的的嵌入式应用中，采用 FreeRTOS 或 Rtthread 嵌入式操作系统编程，采用 C/C++ 编写驱动或应用逻辑。本文则介绍在 Rust 嵌入式中非常流行的 Embassy异步操作系统。Embassy是采用 Rust 语言编写的异步操作系统，目前有很多芯片已经支持 embassy异步操作系统，如 NRF、STM32、ESP32、WCH 等，本文将基于 STM32F446ZET6 单片机测试 Embassy 和 FreeRTOS 下的响应性能和资源占用大小。

两者都在180MHz 的主频下运行。测试采用简单的按键响应与 LED 翻转的程序，通过示波器记录按键电平翻转与 LED 电平响应的间隔。

Embassy

Embassy的机制与 FreeRTOS 等 C 语言写的嵌入式操作系统不一样，它通过轮询机制，各任务都是静态分配，所有任务在编译时已经确认所需的资源，任务间的切换无需进行线程堆栈上下文的切换，提高了CPU 的有效使用率。Rust 测试任务如下：

#[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，通过中断检测按键的变化，将按下和释放事件发送给原子变量，主任务代码如下。

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);
    }
}

测试结果

结论

通过以上的简单对比，在实验中可以知道 Embassy 与 FreeRTOS 的中断响应速度差异不大, 但FreeRTOS 响应更快。同时在 Ram 和 Flash 占用中 Embassy 反而更小。当然这个数据结果与代码的编译选项、库的驱动逻辑有较大关系，因此本结论仅供参考。