重定向printf函数到串口输出的多种方法

最新推荐文章于 2025-04-18 00:00:00 发布

诗酒任年华

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分类专栏： AT32 文章标签： c语言

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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。

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？

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。

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。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。

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：

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。

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：

其中 BIT6 TRAC用来指示当前串口是否发送完成，如图：

int fputc(int ch, FILE *f)
{  
	 
	/* 堵塞判断串口是否发送完成 */
  while((USART1->STS & 0X40) == RESET);
	
	/* 串口发送完成，将该字符发送 */
	USART1->DT = (uint8_t)ch;  
	
  return ch;
}

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->STS & 0X40) == RESET);

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->DT = (uint8_t)ch;

最后实现fputc函数就变的非常简单：

int fputc(int ch, FILE *f)
{  
	 
	/* 堵塞判断串口是否发送完成 */
  while((USART1->STS & 0X40) == RESET);
	
	/* 串口发送完成，将该字符发送 */
	USART1->DT = (uint8_t)ch;  
	
  return ch;
}

在main函数中实现即可。

printf("Hello, i am %s\n", "mculover666");
printf("Test int: i = %d\n", 100);
printf("Test float: i = %f\n", 1.234);
printf("Test hex: i = 0x%2x\n",100);

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)

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

所以，重定向fputc()函数完整的代码如下：

#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

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。

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；

所以重定向printf函数的代码如下：

/* USER CODE BEGIN 1 */
#if 1
#include <stdio.h>

int _write(int fd, char *ptr, int len)  
{  
  HAL_UART_Transmit(&huart1, (uint8_t*)ptr, len, 0xFFFF);
  return len;
}
#endif
/* USER CODE END 1 */

使用STM32CubeMX生成makefile，然后使用arm-none-eabi-gcc编译没有问题，再使用STM32 ST-LINK utility 下载。

至此，我们已经学会实现printf()函数的多种方法。

半主机模式解释：

一、什么是半主机模式？
简单的说，就是我们嵌入式程序中，类似printf的接口是会与我们PC进行通讯，以方便我们借助我们调试板的仿真器在PC上用开发工具进行调试。

二、为什么要禁用半主机模式？
在嵌入式的编程中你是避免不了使用printf、fopen、fclose等函数的但是因为嵌入式的程序中并没有对这些函数的底层实现，使得设备运行时会进入软件中断BAEB处，这时就需要__use_no_semihosting_swi这个声明，使程序遇到这些文件操作函数时不停在此中断处。

MDK上开启半主机模式-需要SWO线（换言之，需要使用JTAG接线），而我们程序模式开启的半主机模式，所以，我们需要禁止半主机模式。当目标板脱离仿真器（jlink/ulink）单独运行时，不能使用半主机模式。否则进入软件中断BAEB处，无法再执行下去。

三、如何禁止半主机模式？