外设作为状态机

微控制器的外设可以被认为是状态机的集合。例如，简化的 GPIO 引脚的配置可以表示为以下状态树

• 禁用
• 启用
  • 配置为输出
    • 输出：高电平
    • 输出：低电平
  • 配置为输入
    • 输入：高阻抗
    • 输入：下拉
    • 输入：上拉

如果外设从 禁用 模式开始，要移动到 输入：高阻抗 模式，我们必须执行以下步骤

1. 禁用
2. 启用
3. 配置为输入
4. 输入：高阻抗

如果我们想从 输入：高阻抗 移动到 输入：下拉，我们必须执行以下步骤

1. 输入：高阻抗
2. 输入：下拉

类似地，如果我们想将 GPIO 引脚从配置为 输入：下拉 移动到 输出：高电平，我们必须执行以下步骤

1. 输入：下拉
2. 配置为输入
3. 配置为输出
4. 输出：高电平

硬件表示

通常，上面列出的状态是通过向映射到 GPIO 外设的给定寄存器写入值来设置的。让我们定义一个虚构的 GPIO 配置寄存器来说明这一点

我们可以在 Rust 中公开以下结构来控制此 GPIO

/// GPIO interface
struct GpioConfig {
    /// GPIO Configuration structure generated by svd2rust
    periph: GPIO_CONFIG,
}

impl GpioConfig {
    pub fn set_enable(&mut self, is_enabled: bool) {
        self.periph.modify(|_r, w| {
            w.enable().set_bit(is_enabled)
        });
    }

    pub fn set_direction(&mut self, is_output: bool) {
        self.periph.modify(|_r, w| {
            w.direction().set_bit(is_output)
        });
    }

    pub fn set_input_mode(&mut self, variant: InputMode) {
        self.periph.modify(|_r, w| {
            w.input_mode().variant(variant)
        });
    }

    pub fn set_output_mode(&mut self, is_high: bool) {
        self.periph.modify(|_r, w| {
            w.output_mode.set_bit(is_high)
        });
    }

    pub fn get_input_status(&self) -> bool {
        self.periph.read().input_status().bit_is_set()
    }
}

但是，这将允许我们修改某些没有意义的寄存器。例如，当我们的 GPIO 配置为输入时，如果我们设置 output_mode 字段会发生什么？

通常，使用此结构将允许我们达到上面状态机未定义的状态：例如，一个被下拉的输出，或一个被设置为高电平的输入。对于某些硬件，这可能无关紧要。在其他硬件上，它可能会导致意外或未定义的行为！

虽然此接口编写起来很方便，但它并未强制执行我们的硬件实现设置的设计契约。