Rust روی میکروکنترلر؛ وقتی C می‌فهمه که تنها نیست

اگه تا حالا با میکروکنترلر ها کار کرده باشید، چه Arduino باشه، چه STM32، یا حتی یه چیپ عجیب‌غریب چینی با ۶ تا پا بیشتر از استاندارد، احتمالاً با زبان C یا نهایتاً ++C سروکله زده‌اید. یه دنیای خشن، بدون حافظه‌ی پویا، با اشاره‌گرهایی که اگه حواست نباشه می‌زنن کل پروژه رو به باد می‌دن. حالا تصور کنید یه زبانی بیاد که به شما قدرت C رو بده، ولی جلوی اشتباهات مرگبارتون رو هم بگیره. اینجاست که Rust می‌گه: “اجازه هست وارد شم؟”

Rust در حوزه‌ی برنامه‌نویسی امبدد (embedded) داره روزبه‌روز محبوب‌تر می‌شه. چرا؟ چون هم بدون نیاز به garbage collector کار می‌کنه، هم کاملاً zero-cost abstraction داره، هم حافظه‌ی statically allocated، و از همه مهم‌تر: ایمنی حافظه حتی روی دستگاه‌هایی که فقط ۸ کیلوبایت رم دارن. بله، همون ESP8266 خودمون!

یکی از سوال‌های رایج اینه: “آخه Rust که برای سیستم‌عامل‌ها و سرورها ساخته شده، چطوری می‌خواد روی یه چیپ کوچیک اجرا بشه؟” واقعیت اینه که Rust خیلی قابل تنظیمه. وقتی با #![no_std] پروژه‌تون رو شروع می‌کنید، در واقع می‌گید: «نه، دوست عزیز، من libc و runtime نمی‌خوام. خودم بلدم چطور با آدرس رجیسترها حرف بزنم!» و Rust هم با کمال احترام می‌گه: «چشم.»

ابزارهای بسیار خوبی هم در اختیار برنامه‌نویس‌های embedded هست. مثلاً cortex-m و cortex-m-rt برای Rust روی میکروکنترلر های ARM، یا riscv-rt برای معماری RISC-V. این crateها به شما امکان نوشتن interrupt handlerها، startup code، و مدیریت مموری رو می‌دن ولی به سبک Rust، یعنی امن، تمیز، و بدون اشاره‌گر آویزان.

پروژه‌های ساده برای میکروکنترلر

برای پروژه‌های ساده‌تر یا وقتی تازه شروع کردید، پروژه‌ای مثل embedded-hal می‌تونه نجات‌دهنده‌تون باشه. این یه abstraction کلی برای کار با GPIO، SPI، I2C، PWM و… هست که با هر چیپ پشتیبانی‌شده‌ای قابل پیاده‌سازیه. یعنی یه بار کد می‌نویسید، بعد با تغییر درایور، همون کد می‌تونه روی STM32 یا nRF52 کار کنه. بله، درست شنیدید: قابل‌حمل، بدون دردسر، و بدون #ifdef hell.

یکی دیگه از پروژه‌های دوست‌داشتنی RTIC (Real-Time Interrupt-driven Concurrency) هست؛ یه فریم‌ورک فوق‌العاده برای مدیریت concurrency روی میکروکنترلر، بدون اینکه لازم باشه RTOS جدا نصب کنید. به جای thread و mutex، با task و priority سروکار دارید، و با syntax راحتی می‌تونید سیستم‌هایی بنویسید که چند تا interrupt رو همزمان هندل می‌کنن، بدون اینکه data race داشته باشید.

و البته نمی‌شه از probe-rs نگذشت؛ ابزاری برای debug و flash کردن مستقیم روی میکروکنترلرها. با این ابزار حتی می‌تونید break point بذارید، رجیسترها رو بخونید، و از طریق VSCode یا CLI، پروژه رو زنده بررسی کنید. خلاصه، فقط کامپایل نکنید و دعا؛ می‌تونید واقعاً ببینید چی داره می‌گذره!

شاید بپرسید: «خب پس چرا هنوز همه از C استفاده می‌کنن؟» پاسخ کوتاه اینه: inertia. ابزارهای Rust در حال رشدن، ولی هنوز کامل‌تر از اکوسیستم C++/C نیستن. ولی اگه دارید پروژه‌ی جدیدی از صفر می‌زنید، مخصوصاً اگه بحث امنیت، قابلیت نگهداری یا تایم واقعی مهمه، Rust جدی‌ترین گزینه‌ی آلترناتیو به C در دنیای embedded شده.

و بله، پروژه‌هایی مثل Ferrous Systems, TockOS، یا حتی تلاش‌های رسمی در برخی چیپ‌ست‌های صنعتی نشون می‌دن که این فقط یه علاقه‌ی دانشگاهی یا گیک‌بازی نیست. Rust داره وارد صنعت هم می‌شه، اونم با سرعتی بیشتر از موتورهای درون یه پرینتر سه‌بعدی که اشتباهی 255 فرستاده شده براش.

جمع‌بندی

در نهایت، شاید Rust روی میکروکنترلر هنوز راهی برای طی‌کردن داشته باشه، ولی راهی هست که با اطمینان داره طی می‌شه. اگر شما هم از pointer bugها و interrupt spaghetti خسته شدید، وقتشه با cargo generate --git https://github.com/rust-embedded/cortex-m-quickstart یه پروژه‌ی جدید شروع کنید. قول نمی‌دم راحت باشه، ولی قول می‌دم پشیمون نشید.