# 外设作为状态机 - The Embedded Rust Book

# 外设作为状态机

微控制器的外围设备可以认为是一组状态机。例如，简化的GPIO引脚的配置可以表示为以下状态树:

- 禁用
- 已启用
  - 配置为输出
    - 输出:高
    - 输出:低
  - 配置为输入
    - 输入:高电阻
    - 输入:拉低
    - 输入:拉高

如果外围设备以“禁用”模式启动，想要转移至“输入:高电阻”模式，我们必须执行以下步骤:

1. 禁用模式
2. 启用
3. 配置为输入
4. 输入:高电阻

如果要从“输入:高电阻”转移至“输入:拉低”，则必须执行以下步骤:

1. 输入:高阻
2. 输入:拉低

同样，如果要将GPIO引脚从“输入:拉低”转移到“输出:高”，则必须执行以下步骤:

1. 输入:拉低
2. 配置为输入
3. 配置为输出
4. 输出:高

## 硬件表示

通常，上面列出的状态是通过将修改映射到GPIO外设的寄存器来设置的。让我们虚拟一个的PIO配置寄存器来说明这一点:

名字 | 位号 | 值 | 含义 | 注意事项
--- | --- | --- | --- | ---
启用 | 0 | 0 | 禁用 | 禁用GPIO
|  | 1 | 启用 | 启用GPIO
方向 | 1 | 0 | 输入 | 将方向设置为输入
|  | 1 | 输出 | 将方向设置为输出
输入模式 | 2..3 | 00 | 高电阻 | 将输入设置为高阻
|  | 01 | 拉低 | 输入引脚被拉低
|  | 10 | 拉高 | 输入引脚被拉高
|  | 11 | 状态无效 | 不设
输出模式 | 4 | 0 | 低 | 引脚被驱动为低电平
|  | 1 | 高 | 输出引脚被驱动为高电平
输入状态 | 5 | x | 输入值 | 如果输入<1.5v，则为0；如果输入> = 1.5v，则为1

我们可以在Rust中定义以下结构来控制此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，这能使我们对寄存器做没有任何意义的修改。例如在GPIO配置为输入时,修改输出模式(表中位4)会发生什么？

一般来说,这个结构体的定义虽然可以工作,但是让我们很容易进入没有定义的状态,比如输出模式时,输入引脚被配置为拉低;输入模式时,输出引脚被配置为高。对于某些硬件，这可能无所谓,但是在其他硬件上，这可能会导致意外或未定义的行为！

总的来说,尽管编写该接口很方便，但是它并没有严格遵循硬件的设计约定(design contracts)。