杂记：STM32 调试信息打印实现方式

一、引言

在 STM32 开发过程中，调试信息打印是一种非常实用的调试手段。通过打印关键信息，开发者可以实时了解程序的运行状态，快速定位和解决问题。本文将介绍几种常见的 STM32 调试信息打印实现方式，并给出相应的代码示例和图文说明。

二、使用 USART 串口打印

原理

USART（通用同步异步收发传输器）是 STM32 常用的通信接口，通过配置 USART 并将调试信息以字符形式发送出去，上位机（如电脑）使用串口调试助手接收并显示这些信息。

（二）实现步骤

硬件连接

将 STM32 开发板的 USART 引脚（TX、RX）通过 USB 转串口模块连接到电脑的 USB 接口。例如，使用 STM32F103 系列，通常 USART1 的 TX 为 PA9，RX 为 PA10。

代码实现

#include "stm32f1xx_hal.h"
#include <stdio.h>

UART_HandleTypeDef huart1;

// 重定向 fputc 函数
int fputc(int ch, FILE *f)
{
    HAL_UART_Transmit(&huart1, (uint8_t *)&ch, 1, HAL_MAX_DELAY);
    return ch;
}

void SystemClock_Config(void);
static void MX_GPIO_Init(void);
static void MX_USART1_UART_Init(void);

int main(void)
{
    HAL_Init();
    SystemClock_Config();
    MX_GPIO_Init();
    MX_USART1_UART_Init();

    while (1)
    {
        printf("Hello, USART!\r\n");
        HAL_Delay(1000);
    }
}

使用 ST - LINK 调试器 ITM 打印

（一）原理

ITM（Instrumentation Trace Macrocell）是 ARM Cortex - M 内核提供的一种调试功能，通过 ST - LINK 调试器将调试信息从芯片传输到开发环境（如 Keil MDK）中显示。

（二）实现步骤

硬件连接

使用 ST - LINK 调试器通过 SWD 或 JTAG 接口连接 STM32 开发板。

代码实现

#include "stm32f1xx_hal.h"
#include <stdio.h>

// 使能 ITM
#define ITM_Port8(n)    (*((volatile unsigned char *)(0xE0000000+4*n)))
#define ITM_Port16(n)   (*((volatile unsigned short*)(0xE0000000+4*n)))
#define ITM_Port32(n)   (*((volatile unsigned long *)(0xE0000000+4*n)))
#define DEMCR           (*((volatile unsigned long *)(0xE000EDFC)))
#define TRCENA          0x01000000

int fputc(int ch, FILE *f)
{
    if (DEMCR & TRCENA)
    {
        while (ITM_Port32(0) == 0);
        ITM_Port8(0) = ch;
    }
    return(ch);
}

void SystemClock_Config(void);
static void MX_GPIO_Init(void);

int main(void)
{
    HAL_Init();
    SystemClock_Config();
    MX_GPIO_Init();

    while (1)
    {
        printf("Hello, ITM!\r\n");
        HAL_Delay(1000);
    }
}

四、使用 Semihosting 打印

（一）原理

Semihosting 是 ARM 提供的一种机制，允许运行在目标芯片上的代码与主机（开发环境）进行交互，通过主机的标准输入输出设备进行调试信息的打印。

（二）实现步骤

硬件连接

使用 ST - LINK 调试器通过 SWD 或 JTAG 接口连接 STM32 开发板。

代码实现

配置半主机模式在Keil中，可以通过以下步骤启用半主机模式：

1. 打开项目选项（Project -> Options for Target）。
2. 在“Debug”选项卡中，选择“Settings”。
3. 在“Semihosting”部分，启用“Semihosting”选项。
   

#include "stm32f1xx_hal.h"
#include <stdio.h>

// 重定向 fputc 函数
extern int __io_putchar(int ch);
int fputc(int ch, FILE *f)
{
    return __io_putchar(ch);
}

void SystemClock_Config(void);
static void MX_GPIO_Init(void);

int main(void)
{
    HAL_Init();
    SystemClock_Config();
    MX_GPIO_Init();

    while (1)
    {
        printf("Hello, Semihosting!\r\n");
        HAL_Delay(1000);
    }
}

五、对比USART1与STLINK调试器输出打印

5.1 硬件依赖性

• USART1：需要硬件串口支持，需要连接串口线或USB转串口模块。
• STLINK：不需要硬件串口，但需要调试器支持半主机模式。

5.2 适用场景

• USART1：适用于需要在目标硬件上直接查看调试信息的场景，如嵌入式系统开发。• STLINK：适用于需要在开发环境中查看调试信息的场景，如调试阶段。

5.3 性能

• USART1：性能较高，适合大量数据输出。
• STLINK：性能较低，适合少量调试信息输出。

5.4 使用方便性

• USART1：需要配置串口和重定向 printf 函数。
• STLINK：配置简单，直接使用 printf 函数即可。