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＃ embedded-time

embedded-time 提供了全面的 Duration 和 Rate 类型库，以及硬件定时器/时钟的 Clock 抽象和用于嵌入式系统的相关 Instant 类型。

此外，还提供了一个与该包中所有类型无缝工作的软件定时器实现。

use embedded_time::{duration::*, rate::*};

let micros = 200_000_u32.microseconds();                // 200_000 ╬╝s
let millis: Milliseconds = micros.into();               // 200 ms
let frequency: Result<Hertz,_> = millis.to_rate();      // 5 Hz

assert_eq!(frequency, Ok(5_u32.Hz()));

动机

嵌入式系统中的时间处理通常与操作系统大不相同。例如，在操作系统上，时间是以任意纪元为基准测量的。嵌入式系统通常不知道（也不关心）实际时间是什么，而是关心自系统启动以来经过了多少时间。

标准库类型的缺点

持续时间

• 存储为 u64 秒和 u32 纳秒。
• 这过于夸张，增加了不必要的复杂性，超出了嵌入式系统所需（或期望）的复杂度。
• 任何读取（除秒和纳秒外）都需要进行算术转换到所需单位
• 这比本项目实现的时间单位类似标记联合体慢得多。

瞬间

• Instant 类型需要 std。

time crate 的缺点

《time》crate 是一个出色的库，但并不适合嵌入式系统（尽管它支持 no_std 上下文中的一些功能子集）。它存在一些与核心 Duration 类型相同的缺点（尤其是存储格式），并且依赖于 std 中的 Instant 结构。它还添加了很多在嵌入式环境中很少用到的功能。例如，它提供了全面的日期/时间格式化、时区和日历支持。

背景

什么是 Instant？

在 Rust 生态系统内，似乎有一种惯例是从 Instant 类型调用一个名为 now() 的关联函数。通常没有“时钟”的概念。我认为以这种方式使用 Instant 是违反了 关注点分离 原则的。什么是 Instant？它是一个读取当前时间的计时实体，还是它本身就是那个时间点。在这种情况下，两者都是。

作为替代，当前的时间点是从一个 时钟 读取的。从 Clock 读取的 Instant 与 Clock 具有相同的精度和宽度（内部类型）。请求两个 Instant 之间的差值会得到一个 Duration，它可以有不同的精度和/或宽度。

概述

采用的方法类似于 C++ 的 chrono 库。在 Duration 和 Rate 中，使用的是固定点值，即它们由 整数 和 缩放因子 值组成。缩放因子是一个 const 的 Fraction。这种结构的一个好处是它避免了不必要的算术运算。例如，如果 Duration 类型是 Milliseconds，调用 Duration::integer() 方法直接返回整数部分，在这种情况下就是由 Duration 表示的毫秒数。转换算术运算仅在显式转换时间单位时（例如，Milliseconds --> Seconds）执行。

此外，还提供了广泛的速率类型，包括 Hertz、BitsPerSecond、KibibytesPerSecond、Baud 等。

Duration 类型可以转换为 Rate 类型，反之亦然。

定义

时钟：任何周期性计数的实体（即外部或外围硬件计时器/计数器）。通常，这需要单调。只要满足其他要求，环绕时钟也被视为单调。

环绕时钟：当达到最大值时，下一次计数为最小值的时钟。

计时器：向到期计数的一个实体。

瞬间：从时钟中读取的特定时间点。

持续时间：两个瞬间之间的差异。自某个瞬间以来经过的时间。一段时间。

速率：每单位时间事件的数量，例如频率、数据速率等。

导入

建议的使用语句如下，具体取决于需要什么

use embedded_time::duration::*;    // imports all duration-related types and traits
use embedded_time::rate::*;        // imports all rate-related types and traits
use embedded_time::clock;
use embedded_time::Instant;
use embedded_time::Timer;

持续时间类型

• 从Rate类型转换

use embedded_time::{duration::*, rate::*};

Microseconds(500_u32).to_rate() == Ok(Kilohertz(2_u32))

• 转换为/从Generic Duration类型

use embedded_time::{duration::*};

Seconds(2_u64).to_generic(Fraction::new(1, 2_000)) == Ok(Generic::new(4_000_u32, Fraction::new(1, 2_000)))
Seconds::<u64>::try_from(Generic::new(2_000_u32, Fraction::new(1, 1_000))) == Ok(Seconds(2_u64))

core 兼容性

• 转换为/从core::time::Duration

与core持续时间类型的基准比较

构造和读取毫秒

use embedded_time::duration::*;

let duration = Milliseconds::<u64>(ms); // 8 bytes
let count = duration.integer();

(嵌入式时间持续时间类型的大小仅是内部类型的大小)

use std::time::Duration;

let core_duration = Duration::from_millis(ms); // 12 bytes
let count = core_duration.as_millis();

(核心持续时间类型的大小为12 B)

速率类型

频率

数据速率

符号速率

• 在同一类别（频率、数据速率等）和基本（兆、梅比、千、基比）内从/到所有其他速率类型的转换。例如，MiBps（每秒梅比字节）--> Kibps（每秒基比比特）和MBps（每秒兆字节）--> kbps（每秒千比特）。

• 从Duration类型转换

use embedded_time::{duration::*, rate::*};

Kilohertz(500_u32).to_duration() == Ok(Microseconds(2_u32))

• 转换为/从Generic Rate类型

use embedded_time::rate::*;

Hertz(2_u64).to_generic(Fraction::new(1,2_000)) == Ok(Generic::new(4_000_u32, Fraction::new(1,2_000)))
Hertz::<u64>::try_from(Generic::new(2_000_u32, Fraction::new(1,1_000))) == Ok(Hertz(2_u64))

硬件抽象

• Clock特质，允许抽象硬件计时器/时钟以进行时间维护。

计时器

• 从Clock实现对象产生的软件计时器。
• 单次或周期性/连续的
• 阻塞延迟
• 轮询到期
• 读取经过/剩余的持续时间

可靠性和可用性

• 广泛的测试
• 详细文档，附有示例
• 适用于nRF52_DK板的示例

注释

此crate的一些部分是从各种来源派生的

• RTIC
• time（特别是原始整数的time::NumbericalDuration实现）

许可证：MIT OR Apache-2.0