Go 语言在极小硬件上的运用（一）

Go 语言，能在多低下的配置上运行并发挥作用呢？

我最近购买了一个特别便宜的开发板：

我购买它的理由有三个。首先，我（作为程序员）从未接触过 STM320 系列的开发板。其次，STM32F10x 系列使用也有点少了。STM320 系列的 MCU 很便宜，有更新一些的外设，对系列产品进行了改进，问题修复也做得更好了。最后，为了这篇文章，我选用了这一系列中最低配置的开发板，整件事情就变得有趣起来了。

硬件部分

STM32F030F4P6 给人留下了很深的印象：

• CPU: Cortex M0 48 MHz（最低配置，只有 12000 个逻辑门电路）
• RAM: 4 KB，
• Flash: 16 KB，
• ADC、SPI、I2C、USART 和几个定时器

以上这些采用了 TSSOP20 封装。正如你所见，这是一个很小的 32 位系统。

软件部分

如果你想知道如何在这块开发板上使用 Go 编程，你需要反复阅读硬件规范手册。你必须面对这样的真实情况：在 Go 编译器中给 Cortex-M0 提供支持的可能性很小。而且，这还仅仅只是第一个要解决的问题。

我会使用 Emgo，但别担心，之后你会看到，它如何让 Go 在如此小的系统上尽可能发挥作用。

在我拿到这块开发板之前，对 stm32/hal 系列下的 F0 MCU 没有任何支持。在简单研究参考手册后，我发现 STM32F0 系列是 STM32F3 削减版，这让在新端口上开发的工作变得容易了一些。

如果你想接着本文的步骤做下去，需要先安装 Emgo

cd $HOME
git clone https://github.com/ziutek/emgo/
cd emgo/egc
go install

然后设置一下环境变量

export EGCC=path_to_arm_gcc      # eg. /usr/local/arm/bin/arm-none-eabi-gcc
export EGLD=path_to_arm_linker   # eg. /usr/local/arm/bin/arm-none-eabi-ld
export EGAR=path_to_arm_archiver # eg. /usr/local/arm/bin/arm-none-eabi-ar

export EGROOT=$HOME/emgo/egroot
export EGPATH=$HOME/emgo/egpath

export EGARCH=cortexm0
export EGOS=noos
export EGTARGET=f030x6

更详细的说明可以在 Emgo 官网上找到。

要确保 egc 在你的 PATH 中。 你可以使用 go build 来代替 go install，然后把 egc 复制到你的 $HOME/bin 或 /usr/local/bin 中。

现在，为你的第一个 Emgo 程序创建一个新文件夹，随后把示例中链接器脚本复制过来：

mkdir $HOME/firstemgo
cd $HOME/firstemgo
cp $EGPATH/src/stm32/examples/f030-demo-board/blinky/script.ld .

最基本程序

在 main.go 文件中创建一个最基本的程序：

package main

func main() {
}

文件编译没有出现任何问题：

$ egc
$ arm-none-eabi-size cortexm0.elf
   text    data     bss     dec     hex filename
   7452     172     104    7728    1e30 cortexm0.elf

第一次编译可能会花点时间。编译后产生的二进制占用了 7624 个字节的 Flash 空间（文本 + 数据）。对于一个什么都没做的程序来说，占用的空间有些大。还剩下 8760 字节，可以用来做些有用的事。

不妨试试传统的 “Hello, World!” 程序：

package main

import "fmt"

func main() {
    fmt.Println("Hello, World!")
}

不幸的是，这次结果有些糟糕：

$ egc
/usr/local/arm/bin/arm-none-eabi-ld: /home/michal/P/go/src/github.com/ziutek/emgo/egpath/src/stm32/examples/f030-demo-board/blog/cortexm0.elf section `.text' will not fit in region `Flash'
/usr/local/arm/bin/arm-none-eabi-ld: region `Flash' overflowed by 10880 bytes
exit status 1

“Hello, World!” 需要 STM32F030x6 上至少 32KB 的 Flash 空间。

fmt 包强制包含整个 strconv 和 reflect 包。这三个包，即使在精简版本中的 Emgo 中，占用空间也很大。我们不能使用这个例子了。有很多的应用不需要好看的文本输出。通常，一个或多个 LED，或者七段数码管显示就足够了。不过，在第二部分，我会尝试使用 strconv 包来格式化，并在 UART 上显示一些数字和文本。

闪烁

我们的开发板上有一个与 PA4 引脚和 VCC 相连的 LED。这次我们的代码稍稍长了一些：

package main

import (
    "delay"

    "stm32/hal/gpio"
    "stm32/hal/system"
    "stm32/hal/system/timer/systick"
)

var led gpio.Pin

func init() {
    system.SetupPLL(8, 1, 48/8)
    systick.Setup(2e6)

    gpio.A.EnableClock(false)
    led = gpio.A.Pin(4)

    cfg := &gpio.Config{Mode: gpio.Out, Driver: gpio.OpenDrain}
    led.Setup(cfg)
}

func main() {
    for {
        led.Clear()
        delay.Millisec(100)
        led.Set()
        delay.Millisec(900)
    }
}

按照惯例，init 函数用来初始化和配置外设。

system.SetupPLL(8, 1, 48/8) 用来配置 RCC，将外部的 8 MHz 振荡器的 PLL 作为系统时钟源。PLL 分频器设置为 1，倍频数设置为 48/8 =6，这样系统时钟频率为 48MHz。

systick.Setup(2e6) 将 Cortex-M SYSTICK 时钟作为系统时钟，每隔 2e6 次纳秒运行一次（每秒钟 500 次）。

gpio.A.EnableClock(false) 开启了 GPIO A 口的时钟。False 意味着这一时钟在低功耗模式下会被禁用，但在 STM32F0 系列中并未实现这一功能。

led.Setup(cfg) 设置 PA4 引脚为开漏输出。

led.Clear() 将 PA4 引脚设为低，在开漏设置中，打开 LED。

led.Set() 将 PA4 设为高电平状态，关掉LED。

编译这个代码：

$ egc
$ arm-none-eabi-size cortexm0.elf
   text    data     bss     dec     hex filename
   9772     172     168   10112    2780 cortexm0.elf

正如你所看到的，这个闪烁程序占用了 2320 字节，比最基本程序占用空间要大。还有 6440 字节的剩余空间。

看看代码是否能运行：

$ openocd -d0 -f interface/stlink.cfg -f target/stm32f0x.cfg -c 'init; program cortexm0.elf; reset run; exit'
Open On-Chip Debugger 0.10.0+dev-00319-g8f1f912a (2018-03-07-19:20)
Licensed under GNU GPL v2
For bug reports, read
        http://openocd.org/doc/doxygen/bugs.html
debug_level: 0
adapter speed: 1000 kHz
adapter_nsrst_delay: 100
none separate
adapter speed: 950 kHz
target halted due to debug-request, current mode: Thread 
xPSR: 0xc1000000 pc: 0x0800119c msp: 0x20000da0
adapter speed: 4000 kHz
** Programming Started **
auto erase enabled
target halted due to breakpoint, current mode: Thread 
xPSR: 0x61000000 pc: 0x2000003a msp: 0x20000da0
wrote 10240 bytes from file cortexm0.elf in 0.817425s (12.234 KiB/s)
** Programming Finished **
adapter speed: 950 kHz

在这篇文章中，这是我第一次，将一个短视频转换成动画 PNG。我对此印象很深，再见了 YouTube。 对于 IE 用户，我很抱歉，更多信息请看 apngasm。我本应该学习 HTML5，但现在，APNG 是我最喜欢的，用来播放循环短视频的方法了。

更多的 Go 语言编程

如果你不是一个 Go 程序员，但你已经听说过一些关于 Go 语言的事情，你可能会说：“Go 语法很好，但跟 C 比起来，并没有明显的提升。让我看看 Go 语言的通道和协程！”

接下来我会一一展示:

import (
    "delay"

    "stm32/hal/gpio"
    "stm32/hal/system"
    "stm32/hal/system/timer/systick"
)

var led1, led2 gpio.Pin

func init() {
    system.SetupPLL(8, 1, 48/8)
    systick.Setup(2e6)

    gpio.A.EnableClock(false)
    led1 = gpio.A.Pin(4)
    led2 = gpio.A.Pin(5)

    cfg := &gpio.Config{Mode: gpio.Out, Driver: gpio.OpenDrain}
    led1.Setup(cfg)
    led2.Setup(cfg)
}

func blinky(led gpio.Pin, period int) {
    for {
        led.Clear()
        delay.Millisec(100)
        led.Set()
        delay.Millisec(period - 100)
    }
}

func main() {
    go blinky(led1, 500)
    blinky(led2, 1000)
}

代码改动很小: 添加了第二个 LED，上一个例子中的 main 函数被重命名为 blinky 并且需要提供两个参数。 main 在新的协程中先调用 blinky，所以两个 LED 灯在并行使用。值得一提的是，gpio.Pin 可以同时访问同一 GPIO 口的不同引脚。

Emgo 还有很多不足。其中之一就是你需要提前规定 goroutines(tasks) 的最大执行数量。是时候修改 script.ld 了:

ISRStack = 1024;
MainStack = 1024;
TaskStack = 1024;
MaxTasks = 2;

INCLUDE stm32/f030x4
INCLUDE stm32/loadflash
INCLUDE noos-cortexm

栈的大小需要靠猜，现在还不用关心这一点。

$ egc
$ arm-none-eabi-size cortexm0.elf
   text    data     bss     dec     hex filename
  10020     172     172   10364    287c cortexm0.elf

另一个 LED 和协程一共占用了 248 字节的 Flash 空间。

通道

通道是 Go 语言中协程之间相互通信的一种推荐方式。Emgo 甚至能允许通过中断处理来使用缓冲通道。下一个例子就展示了这种情况。

package main

import (

    "delay"

    "rtos"
    "stm32/hal/gpio"

    "stm32/hal/irq"

    "stm32/hal/system"

    "stm32/hal/system/timer/systick"

    "stm32/hal/tim"

)
var (

    leds  [3]gpio.Pin

    timer *tim.Periph

    ch    = make(chan int, 1)

)
func init() {

    system.SetupPLL(8, 1, 48/8)

    systick.Setup(2e6)
    gpio.A.EnableClock(false)

    leds[0] = gpio.A.Pin(4)

    leds[1] = gpio.A.Pin(5)

    leds[2] = gpio.A.Pin(9)
    cfg := &gpio.Config{Mode: gpio.Out, Driver: gpio.OpenDrain}

    for _, led := range leds {

        led.Set()

        led.Setup(cfg)

    }
    timer = tim.TIM3

    pclk := timer.Bus().Clock()

    if pclk < system.AHB.Clock() {

        pclk *= 2

    }

    freq := uint(1e3) // Hz

    timer.EnableClock(true)

    timer.PSC.Store(tim.PSC(pclk/freq - 1))

    timer.ARR.Store(700) // ms

    timer.DIER.Store(tim.UIE)

    timer.CR1.Store(tim.CEN)
    rtos.IRQ(irq.TIM3).Enable()

}
func blinky(led gpio.Pin, period int) {

    for range ch {

        led.Clear()

        delay.Millisec(100)

        led.Set()

        delay.Millisec(period - 100)

    }

}
func main() {

    go blinky(leds[1], 500)

    blinky(leds[2], 500)

}
func timerISR() {

    timer.SR.Store(0)

    leds[0].Set()

    select {

    case ch