no_std 与工具链

关键概念

std vs no_std 分层图

理解三层标准库的关系，就理解了嵌入式为什么"少了很多东西"，以及缺的部分该用什么补：

一个完整的 no_std 项目结构

典型的 Rust 嵌入式项目目录如下，每个文件各司其职：

blinky/
├── Cargo.toml            # 依赖与元数据
├── memory.x              # 芯片内存布局（Flash/RAM 地址与大小）
├── build.rs              # 构建脚本：把 memory.x 放进链接器搜索路径
├── .cargo/
│   └── config.toml       # 默认 target、链接参数、runner
└── src/
    └── main.rs           # #![no_std] 应用代码

Cargo.toml

[package]
name = "blinky"
version = "0.1.0"
edition = "2021"

[dependencies]
cortex-m = "0.7"            # 内核外设访问（NVIC/SysTick 等）
cortex-m-rt = "0.7"         # 启动运行时 + #[entry]
panic-halt = "0.2"          # panic 时停机
stm32f4xx-hal = { version = "0.21", features = ["stm32f411"] }

# 嵌入式几乎总是启用优化，即使 dev 构建也建议开 opt-level
[profile.dev]
opt-level = "s"            # 优化体积，保留一定调试信息

[profile.release]
opt-level = "z"            # 最激进的体积优化
lto = true                 # 链接时优化，进一步缩小固件
codegen-units = 1         # 牺牲编译速度换取更好优化
debug = true               # 保留调试符号（不进 Flash，供 defmt/gdb 用）

memory.x（以 STM32F411CE 为例：512K Flash / 128K RAM）

/* 芯片存储器布局，链接器据此分配段地址 */
MEMORY
{
  /* NAME (属性) : ORIGIN = 起始地址, LENGTH = 大小 */
  FLASH : ORIGIN = 0x08000000, LENGTH = 512K
  RAM   : ORIGIN = 0x20000000, LENGTH = 128K
}

/* cortex-m-rt 的 link.x 会引用上面的 FLASH/RAM 符号，
   并自动把 .text 放 FLASH、.data/.bss 放 RAM、栈顶设在 RAM 末端 */

.cargo/config.toml

[build]
# 默认交叉编译目标，这样 cargo build 不用每次带 --target
target = "thumbv7em-none-eabihf"

[target.thumbv7em-none-eabihf]
# 让 cargo run 自动调用 probe-rs 烧录并打开日志
runner = "probe-rs run --chip STM32F411CEUx"
rustflags = [
  # 引入 cortex-m-rt 的链接脚本
  "-C", "link-arg=-Tlink.x",
]

cortex-m-rt 启动流程

从芯片上电到你的 main() 被调用，中间发生了这些事——这正是 C 语言里那个"神秘的 startup.s 汇编"在 Rust 中做的工作，只不过它被封装进了 cortex-m-rt：

最小 no_std 骨架

#![no_std]
#![no_main]

// 引入 panic handler。`as _` 表示只为副作用引入（注册 handler），
// 不直接使用其中的名字。
use panic_halt as _;
use cortex_m_rt::entry;

// #[entry] 宏做三件事：
// 1) 校验签名必须是 fn() -> !（永不返回）
// 2) 把它注册为 cortex-m-rt 的用户入口
// 3) 保证只有一个 #[entry]
#[entry]
fn main() -> ! {
    let mut counter: u32 = 0;
    loop {
        counter = counter.wrapping_add(1);
        // 真实项目里这里操作外设；现在只是空转
        cortex_m::asm::nop();
    }
}

自定义 panic handler（不依赖现成 crate 时）

use core::panic::PanicInfo;

// #[panic_handler] 全局唯一，签名固定：接收 &PanicInfo，返回 !
#[panic_handler]
fn panic(_info: &PanicInfo) -> ! {
    // 裸机里通常：停机 / 触发断点 / 复位
    loop {
        cortex_m::asm::bkpt();  // 若接了调试器则在此断下
    }
}

常用工具链命令