STM32CubeMX_09 | 重定向printf函数到串口输出的多种方法

只看该作者 · 2020-4-4 14:32

本文详细的介绍了如何重定向printf输出到串口输出的多种方法，包括调用MDK微库（MicroLib）的方法，调用标准库的方法，以及适用于 GNUC 系列编译器的方法。

只看该作者 · 2020-4-4 14:33

1.printf与fputc
对于 printf 函数相信大家都不陌生，第一个C语言程序就是使用 printf 函数在屏幕上的控制台打印出Hello World，之后使用 printf 函数输出各种类型的数据，使用格式控制输出各种长度的字符，甚至输出各种各样的图案。

除此之外，在程序出错的时候，懒得调试，直接简单粗暴的加个 printf 找bug，有时候也不失为一种有效的方法。

对于已经习惯的 printf 函数，你了解多少呢？

只看该作者 · 2020-4-4 14:33

printf 定义在 <stdio.h> 头文件中，如下：

int printf(const char *format, ...);

printf 函数根据 format 字符串给出的格式打印输出到 stdout（标准输出）中，当然，printf 函数是不会一个字符一个字符去输出，它会调用更底层的 I/O 函数：fputc去逐个字符打印。

只看该作者 · 2020-4-4 14:34

fputc 也定义于头文件 <stdio.h>中，如下：

int fputc(int ch, FILE *stream);

fputc 函数写入字符 ch 到给定输出流 stream，printf函数在调用该函数时，会向stream参数传入stdout从而打印数据到标准输出。

只看该作者 · 2020-4-4 14:34

那么，要实现printf打印到串口就变得非常简单了，只需要重新定义fputc函数，在fputc的函数中将数据通过串口发送，称之为：fputc重定向或者printf重定向。

只看该作者 · 2020-4-4 14:35

2.在MDK中使用MicroLib重定向printf
勾选Use MicroLib
MicroLib是对标准C库进行了高度优化之后的库，供MDK默认使用，相比之下，MicroLIB的代码更少，资源占用更少：

只看该作者 · 2020-4-4 14:35

重定义fputc到串口
重新实现fputc函数，编写代码将这个字符通过串口发送，因为发送每个字符时都会调用该函数，所以为了效率，不再调用库函数 HAL_UART_Transmit 发送，而是直接操作寄存器发送。

只看该作者 · 2020-4-4 14:36

检测串口当前状态

STM32L431的USART串口外设有一个 ISR 寄存器，全名 Interrupt and status register，用来指示当前串口的状态，如图：

只看该作者 · 2020-4-4 14:36

其中 BIT6 TC用来指示当前串口是否发送完成，如图：

只看该作者 · 2020-4-4 14:37

可以通过判断该位来判断串口当前是否处于发送状态，代码如下：

while((USART1->ISR & 0X40) == 0);

只看该作者 · 2020-4-4 14:37

串口发送字符ch

同样，为了提高发送效率，直接使用寄存器来操作：

USART1->TDR = (uint8_t) ch;

只看该作者 · 2020-4-4 14:38

最后实现fputc函数就变的非常简单了，这里我放在usart.c文件的末尾：

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/* USER CODE BEGIN 1 */

#if 1

#include <stdio.h>



int fputc(int ch, FILE *stream)

{

    /* 堵塞判断串口是否发送完成 */

    while((USART1->ISR & 0X40) == 0);



    /* 串口发送完成，将该字符发送 */

    USART1->TDR = (uint8_t) ch;



    return ch;

}

#endif



/* USER CODE END 1 */

只看该作者 · 2020-4-4 14:38

注意：如果是STM32F1系列，上面这段代码不适用，请使用下面的代码：

复制

/* USER CODE BEGIN 1 */

#if 1

#include <stdio.h>



int fputc(int ch, FILE *stream)

{

    /* 堵塞判断串口是否发送完成 */

    while((USART1->SR & 0X40) == 0);



    /* 串口发送完成，将该字符发送 */

    USART1->DR = (uint8_t) ch;



    return ch;

}

#endif

/* USER CODE END 1 */

只看该作者 · 2020-4-4 14:39

测试printf
在main函数中测试一下printf函数是否可以正常使用：

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    /* USER CODE BEGIN 2 */

    printf("Hello, i am %s\n", "mculover666");

    printf("Test int: i = %d", 100);

    printf("Test float: i = %f", 1.234);

    printf("Test hex: i = 0x%2x",100);

    /* USER CODE END 2 */

只看该作者 · 2020-4-4 14:39

结果如下：

只看该作者 · 2020-4-4 14:40

3.在MDK中使用标准库重定向printf
printf 函数使用了半主机模式，所以直接使用标准库会导致程序无法运行，因此必须提前告知编译器不使用半主机模式：

不使用半主机模式

/* 告知连接器不从C库链接使用半主机的函数 */
#pragma import(__use_no_semihosting)

只看该作者 · 2020-4-4 14:40

/* 定义 _sys_exit() 以避免使用半主机模式 */
void _sys_exit(int x)
{
x = x;
}

只看该作者 · 2020-4-4 14:41

所以，重定向fputc()函数完整的代码如下：

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#if 1

#include <stdio.h>



/* 告知连接器不从C库链接使用半主机的函数 */

#pragma import(__use_no_semihosting)



/* 定义 _sys_exit() 以避免使用半主机模式 */

void _sys_exit(int x)

{

    x = x;

}



/* 标准库需要的支持类型 */

struct __FILE

{

    int handle;

};



FILE __stdout;



/*  */

int fputc(int ch, FILE *stream)

{

    /* 堵塞判断串口是否发送完成 */

    while((USART1->ISR & 0X40) == 0);



    /* 串口发送完成，将该字符发送 */

    USART1->TDR = (uint8_t) ch;



    return ch;

}



#endif

只看该作者 · 2020-4-4 14:41

测试printf
测试printf函数的代码不变，在MDK设置中取消勾选USE MICROLIB，然后重新编译，下载代码后试验现象如下：

只看该作者 · 2020-4-4 14:42

4.在GCC中使用标准库重定向printf
不同的编译器对于C库的底层实现机制是不同的，所以上面两种在MDK中的实现方法，在使用Gcc编译器的时候是不可行的。

在Gcc中重定向printf函数时注意两个关键点：

与重定义fputs()函数一样，在使用Gcc编译器的时候，需要重新定义_write函数；
Gcc中没有MicroLib，只能使用标准库；