实测STM32F4中printf的效率问题

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原文链接：http://www.cnblogs.com/sprone/p/4114922.html
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#嵌入式

本文探讨了STM32F4中printf效率低下的问题，通过实测发现，即使在115200波特率下，printf的输出速度也耗尽了CPU资源。作者通过中断信号量尝试优化，但未见成效，揭示了printf内部可能的复杂操作。寻求解答并邀请他人进行验证。

实测STM32F4中printf的效率问题

一直认为printf所做的工作就是格式化字符串，然后依次调用fputc函数发送出去。于是以前都认为printf函数的瓶颈是在fputc这里，是因为发送一个字节所占的时间太长，才导致printf效率慢。也就是说，一直认为如果串口的波特率设置成115200的话，printf至少也是能达到115200的波特率的。

而这几天在学习ucOS，于是想到，如果printf的瓶颈是在等在串口发送完成的话，那么我在等待串口发送完成中断的时候是不是挂起一个信号量，然后就可以去做点别的事情了呢？这也正是RTOS的目的之一嘛————最大化利用CPU。

花了点时间时间试了下之后，发现完全没有改善！于是有了测试两次进入fputc间隔时间的想法。

测试环境：MDK5.12 + 自带STM32F4 HAL层 + UCOS3.04.04
硬件平台：安富莱V5板卡，主芯片STM32F407IG，USB转串口线CH430芯片，ThinkPad T420

代码如下：

 
 
     
  
  1.  int fputc(int ch, FILE *f)
    2.  
  
  2.  { 
     
    3.  
  
  3.  OS_ERR err;
    4.  
  
  4.  CPU_TS ts;
    5.  
  
  5.  Dbg_printf_time[Dbg_printf_cnt++] = STK_VAL_REG
    6. 
 



                

        




    

    
  


        

            

                      
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STM32电机PID速度控制

				
			

			

				

					「小白学移动机器人」一个专注分享移动机器人相关知识的公众号！
				

				

					08-19
					
					6万+
					
				

			

		

		

			
				
2.3 STM32电机PID速度控制
之前的文章，完成了直流减速电机的PWM控制、电机测速。本篇文章，将实现电机的速度闭环控制。
在公众号：小白学移动机器人，发送：速度PID，即可获得本篇文章的STM32工程文件以及相关资料。
2.3.1 解决的问题
解决带编码器直流电机的速度闭环问题。
2.3.2 PID理论
将偏差的比例、积分、微分，通过线性组合构成控制量，用控制量对被控对象进行控制，这样的控制器称为PID控制器。在连续空间中，我们通常探讨模拟PID的控制原理，如图所示：

我们这里用电机速度控制为例，

			
		

	



                

            
              



	

		

			

				
					
基于STM32设计的老人监护系统(OneNet)_118

				
			

			

				

					
				

				

					07-17
					
					6515
					
				

			

		

		

			
				
该项目是基于STM32设计的老人监护系统。本系统可以通过脉搏心率传感器，体温传感器检测老人的脉搏状态，体温状态，把老人的数据状态在STM32单片机内部进行处理，然后通过GSM模块上传到OneNet云平台，在通过可视化界面显示出来，这样可以让子女随时随地了解到老人现在的身体情况，以便对老人的突发情况能够做出及时的预防和处理。而且如今，随着老人年纪不断的增长，身体体质不断的衰弱，在上楼梯或者走斜坡的时候很容易会发生摔倒或跌倒，如果不及时的接收到治疗，很可能会造成很严重的后果。

			
		

	



              


  
              

                


	

		

			

				
					
单片机使用printf()有了这个串口打印函数，你还在用系统自带printf()？C语言自己写printf()串口格式输出，适用于程序空间紧缺的单片机，如51内核单片机，占用资源空间远远小于系统自带

				
			

			

				

					qq_29458665的博客
				

				

					12-04
					
					1371
					
				

			

		

		

			
				
单片机编程技巧 ，C语言自创printf()串口格式输出，优势：适用于程序空间紧缺的单片机，如51单片机，占用资源空间远远小于系统自带

			
		

	





	

		

			

				
					
STM32F4 UART4重定向printf和scanf函数

				
			

			

				

					01-25
				

			

		

		

			
				
将printf和scanf重定向串口，直接打印到串口，方便调试，非常好用。自己写的，求下载啊

			
		

	



		

			
		



	

		

			

				
					
STM32 使用 printf 发送数据配置方法 -- 串口 UART,  JTAG SWO, JLINK RTT

				
			

			

				

					weixin_34259559的博客
				

				

					09-13
					
					1693
					
				

			

		

		

			
				
STM32串口通信中使用printf发送数据配置方法(开发环境 Keil RVMDK)
http://home.eeworld.com.cn/my/space-uid-338727-blogid-47176.html
在STM32串口通信程序中使用printf发送数据，非常的方便。可在刚开始使用的时候总是遇到问题，常见的是硬件访真时无法进入main主函数，其实只要简单的配置一下就可以了。
 ...

			
		

	





	

		

			

				
					
【亲测免费】 STM32F4 UART4重定向printf和scanf函数

				
			

			

				

					gitblog_09762的博客
				

				

					10-19
					
					717
					
				

			

		

		

			
				
STM32F4 UART4重定向printf和scanf函数
去发现同类优质开源项目:https://gitcode.com/
简介
本资源文件提供了一个在STM32F4系列微控制器上实现UART4重定向printf和scanf函数的解决方案。通过将printf和scanf函数重定向到串口，您可以直接在串口终端上打印调试信息或接收用户输入，极大地简化了调试过程，提高了开发效率。
功能特点

pri...

			
		

	





	

		

			

				
					
单片机一种简便的printf调试方案。

				
			

			

				

					嘘、小点声。
				

				

					01-28
					
					625
					
				

			

		

		

			
				
此处引用csdn博客。链接如下、
http://blog.youkuaiyun.com/cp1300/article/details/7773239
http://blog.youkuaiyun.com/aobai219/article/details/6092292
我们在写程序的时候，总是或多或少会加入一些printf之类的语句用于输出调试信息，但是printf语句有个很不方便的地方就是当我们需要发布...

			
		

	





	

		

			

				
					
STM32搭载FreeRTOS实现任务+消息队列+串口通信完整项目代码[实测]

				
			

			

				

					11-17
				

			

		

		

			
				
STM32F103搭载FreeRTOS系统，工程中有2个任务，任务一1秒发送一次数字至任务队列，任务二接收来自任务一和串口中断的填充数据并打印。串口采用DMA+闲时中断方式，串口接收的数据转发到队列中。工程将USART重定义到...

			
		

	





	

		

			

				
					
基于STM32+OneNet设计的智能鱼缸

				
			

			

				

					
				

				

					06-21
					
					5224
					
				

			

		

		

			
				
基于STM32单片机设计基于物联网的智能鱼缸，可以实现水温检测、水质检测、自动或手动换水、氛围灯灯光变换和自动或手动喂食等功能为一体的控制系统，鱼缸通过ESP8266连接Onenet物联网平台，并通过应用侧接口开发了上位机APP实现远程对鱼缸参数检测查看，并能远程控制。

			
		

	





	

		

			

				
					
pic单片机使用printf函数

				
			

			

				

					kingson129的博客
				

				

					10-24
					
					3646
					
				

			

		

		

			
				
mplab 以及 iar 中printf的问题（下面第一条已验证过雷清生注2017-10-24 20：18）
1、在MPLAB PIC单片机中，要使用PRINTF，要在自己的工程中加入以下函数
void 
putch(unsigned char byte) 
{
 /* output one byte */
 while(!TXIF) /* set when register is e

			
		

	





	

		

			

				
					
STM32支持printf打印

				
			

			

				

					qq_15309945的博客
				

				

					03-27
					
					397
					
				

			

		

		

			
				
STM32支持printf打印

#include "sys.h"
#include "delay.h"
#include "stdio.h"


void RCC_Configuration(void);
void GPIO_Configuration(void);
void USART_Configuration(u32 Baudrate);
int fputc(int ch, ...

			
		

	





	

		

			

				
					
STM32 printf函数

				
			

			

				

					weixin_30651273的博客
				

				

					01-13
					
					2610
					
				

			

		

		

			
				
/******************** (C) COPYRIGHT 2012 WildFire Team ***************************
 * 文件名  ：usart1.c
 * 描述    ：将printf函数重定向到USART1。这样就可以用printf函数将单片机的数据
 *           打印到PC上的超级终端或串口调试助手。       ...

			
		

	





	

		

			

				
					
printf 宏 居然有这么秀的调试技巧...

				
			

			

				

					李肖遥的专栏
				

				

					11-21
					
					602
					
				

			

		

		

			
				
1.前言printf调试是嵌入式调试的基本手段，而且是非常重要的手段，我认为相比单步调试更加有用有效，特别是单片机之后跑系统，单步调试效率更加低下了，我们在工作遇到bug的时候，我们第一...

			
		

	





	

		

			

				
					
预处理器进行调试

				
			

			

				

					angtuanv07384的博客
				

				

					01-04
					
					136
					
				

			

		

		

			
				
先介绍几个编译器内置的宏定义，这些宏定义不仅可以帮助我们完成跨平台的源码编写，灵活使用也可以巧妙地帮我们输出非常有用的调试信息。
ANSI C标准中有几个标准预定义宏（也是常用的）：
__LINE__：在源代码中插入当前源代码行号；
__FILE__：在源文件中插入当前源文件名；
__DATE__：在源文件中插入当前的编译日期
__TIME__：在源文件中插入当前编译时间；
...

			
		

	





	

		

			

				
					
STM32串口通信中使用printf和USART_SendData比较

				
			

			

				

					li707414287的博客
				

				

					09-19
					
					5882
					
				

			

		

		

			
				
1、printf和 USART_SendData稳定性都很高。
前者实现格式化字符，字符串比较有优势，后者传送单个字符和指令比较合适。
2、在复杂的串口通信协议实现中，建议printf()用作大文本及信息显示。
涉及自定义帧头+校验的通信时，用USART_SendData实现单字符及控制命令。
3、这两个占用代码量非常小，可以忽略，除非在FLASH严格的场合，目前ST的产品FLASH容量都足够大
...

			
		

	





	

		

			

				
					
C51/C52单片机printf打印出来的值是原来值的256倍

				
			

			

				

					pang9998的博客
				

				

					04-19
					
					2972
					
				

			

		

		

			
				
开发环境(蓝色粗体字为特别注意内容)
1，开发板：89C52RC。

2，开发环境：Keil uv5

在51单片机的KEIL程序中，使用printf("Voltage0:%d\r\n",123);串口打印输出，发现数据异常。

输出31488

KeilC51中的printf()与标准的C库的printf()函数稍有不同，在相应的帮助文档中有如下描述：
The optional charact...

			
		

	





	

		

			

				
					
STM32  printf 死机  printf半主机模式

				
			

			

				

					m0_37777700的博客
				

				

					01-16
					
					3378
					
				

			

		

		

			
				
标准库函数的默认输出设备是显示器，要实现在串口或LCD输出，必须重定义标准库函数里调用的与输出设备相关的函数.




例如:printf输出到串口，需要将fputc里面的输出指向串口(重定向),方法如下:

#ifdef __GNUC__


#define PUTCHAR_PROTOTYPE int __io_putchar(int ch)
#else
#define PUTCHAR_PROT...

			
		

	





	

		

			

				
					
STM32 单片机，设置串口 115200，打印 printf(“ABCDEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZ“)；如何计算需要多少时间

				
			

			

				

					清风明月的专栏
				

				

					05-17
					
					786
					
				

			

		

		

			
				
要计算通过115200波特率的串口发送一个特定字符串所需的时间，我们首先需要知道该字符串的字节长度（不包括任何可能的控制字符或终止符）。在这个例子中，字符串是ASCII字符组成的，所以每个字符占用一个字节。在115200波特率的串口下，每秒可以发送115200个位。但是，由于每个字节（8位数据）通常还包含一个起始位（1位）和一个停止位（1位），所以每个字节实际上需要发送10个位。260 位 / 115200 位/秒 ≈ 0.002257 秒。26 字节 * 10 位/字节 = 260 位。

			
		

	





	

		

			

				
					
STM32F4核心板做主控，ESP32用python编写程序模拟数据流，与STM32核心板相连

					
最新发布

				
			

			

				

					04-29
				

			

		

		

			
				
<think>好的，用户现在想了解如何通过Python在ESP32上模拟数据流并与STM32F4核心板进行通信。需要结合之前的对话和提供的引用内容来给出具体的实现方法。

首先回顾之前的回答，用户已经知道如何通过UART或SPI连接STM32F4和ESP32，并且有相关的硬件连接和软件配置示例。但现在用户希望使用Python在ESP32上编写程序，而之前的示例是使用Arduino框架的C++代码。因此，需要调整方法，考虑如何在ESP32上运行Python代码。

查阅引用[1]中提到，Arduino-esp32库允许使用Arduino函数编写代码。但用户现在想用Python，所以需要确认ESP32是否支持MicroPython或CircuitPython，因为这是常见的在ESP32上运行Python的方式。根据知识库，ESP32确实支持MicroPython，因此需要基于此进行调整。

接下来，用户需要具体的实现步骤，包括硬件连接、Python代码示例、STM32端的配置等。之前的回答中提到了UART和SPI两种方案，但用户可能更倾向于UART，因为Python在UART通信上较为简单。同时需要确保Python代码能够模拟数据流，比如生成传感器数据，并通过UART发送。

还需要考虑通信协议的设计，比如帧头、数据长度、校验和等，以确保数据的可靠性。之前的回答中已经有自定义协议的示例，可以沿用类似的帧结构，但需要用Python实现。

另外，引用[3]中的示例是关于STM32的WiFi模块通信，但用户现在关注的是ESP32模拟数据流，可能涉及不同的库和函数。需要将重点放在ESP32的Python代码和STM32的接收处理上。

需要注意用户可能对MicroPython不熟悉，需要给出安装和配置MicroPython的步骤，包括固件烧录和库的使用。同时，STM32端的代码可能需要使用HAL库进行UART接收，这部分可以沿用之前的C代码示例，但需要与Python端的发送代码对应。

最后，要验证整个流程，确保数据能够正确传输和解析，并提供测试方法，如打印发送和接收的数据，检查校验和等。可能还需要提到性能优化，比如使用DMA或调整波特率，但用户主要关注基础实现，所以这部分可以简要提及。

总结步骤：
1. 确认ESP32运行MicroPython的环境搭建。
2. 硬件连接UART引脚，注意电平兼容。
3. 编写Python代码模拟数据流，按照自定义协议发送。
4. STM32端配置UART接收，解析数据帧。
5. 测试和调试，确保通信稳定。

需要检查是否有遗漏的细节，比如Python库的安装、引脚的配置、错误处理等。同时确保引用中的内容被合理参考，比如引用[2]提到的不同单片机的兼容性，但用户使用STM32F4和ESP32，可能不需要特别处理。引用[3]中的WiFi通信可能与当前问题无关，但可以忽略。

可能的问题：用户可能没有MicroPython经验，需要详细说明如何烧录固件和使用工具。另外，Python代码的效率可能不如C++，需提醒用户注意数据速率和实时性要求。

最终的回应需要结构清晰，分步骤说明，提供代码示例，并解答相关问题，确保用户能够逐步实现通信。</think>### STM32F4与ESP32通过Python模拟数据流通信方案

#### 一、环境搭建与工具选择
1. **ESP32开发环境**  
   - 使用**MicroPython**实现Python编程（与用户需求直接对应）  
   - 烧录步骤：  
     - 下载固件：从[micropython.org](https://micropython.org/download/esp32/)获取最新固件  
     - 烧录工具：`esptool`（Python安装：`pip install esptool`）  
     ```bash
     # 擦除Flash
     esptool.py --port COMx erase_flash
     # 烧录固件
     esptool.py --port COMx write_flash 0x1000 esp32-xxx.bin
     ```

2. **STM32F4开发环境**  
   - 继续使用STM32CubeIDE + HAL库（兼容原有工程）[^2]

#### 二、硬件连接优化（关键注意事项）
1. **UART电平匹配**  
   - ESP32与STM32F4均为$3.3V$电平，可直接连接：  
     - ESP32 `GPIO17(TX)` ➔ STM32 `PA10(RX)`  
     - ESP32 `GPIO16(RX)` ➔ STM32 `PA9(TX)`  
     - 共地连接（必须）

2. **波特率选择**  
   - 推荐值：$921600$（MicroPython实测稳定上限）[^1]

#### 三、Python端实现（ESP32）
1. **MicroPython数据流生成**  
   ```python
   from machine import UART
   import utime
   import urandom

   # UART初始化
   uart = UART(2, baudrate=921600, tx=17, rx=16)  # 使用UART2

   def generate_sensor_data():
       """模拟传感器数据：温度+湿度+时间戳"""
       return bytes([
           0xAA,  # 帧头
           6,     # 数据长度(6字节)
           int(urandom.uniform(20,30)),  # 温度
           int(urandom.uniform(30,90)),  # 湿度
           *utime.localtime()[3:6],      # 时:分:秒
           (sum([20,30,utime.localtime()[3],utime.localtime()[4],utime.localtime()[5]]) % 256),  # 校验和
           0x55   # 帧尾
       ])

   while True:
       data_packet = generate_sensor_data()
       uart.write(data_packet)
       utime.sleep_ms(100)  # 100ms间隔
   ```

2. **数据流验证工具**  
   ```python
   # 调试用接收检测代码（同一ESP32）
   def monitor_uart():
       while True:
           if uart.any():
               print(uart.read())
   ```

#### 四、STM32F4接收解析（与Python协议对齐）
```c
// 基于HAL库的改进版接收代码（DMA模式）
#define PACKET_HEADER 0xAA
#define PACKET_TAIL 0x55

uint8_t dma_buffer[128];
volatile uint8_t packet_ready = 0;

void HAL_UART_RxCpltCallback(UART_HandleTypeDef *huart) {
    packet_ready = 1;
    HAL_UART_Receive_DMA(huart, dma_buffer, sizeof(dma_buffer));
}

void process_packet() {
    if(packet_ready) {
        for(int i=0; i<sizeof(dma_buffer)-6; i++) {
            if(dma_buffer[i] == PACKET_HEADER) {
                uint8_t data_len = dma_buffer[i+1];
                if(dma_buffer[i+data_len+3] == PACKET_TAIL) { // 验证帧尾
                    uint8_t checksum = 0;
                    for(int j=0; j<data_len; j++) {
                        checksum += dma_buffer[i+2+j];
                    }
                    if(checksum == dma_buffer[i+2+data_len]) {
                        // 提取有效数据示例
                        uint8_t temp = dma_buffer[i+2];
                        uint8_t humidity = dma_buffer[i+3];
                        // 触发数据处理...
                    }
                }
            }
        }
        packet_ready = 0;
    }
}
```

#### 五、双向通信扩展
1. **STM32F4反馈控制实现**  
   - 在Python端添加响应监听：
   ```python
   def listen_commands():
       while True:
           if uart.any():
               cmd = uart.read(1)
               if cmd == b'\x01':
                   adjust_sampling_rate(100)  # 修改采样率
   ```

2. **混合编程优化**  
   - 关键性能部分用C语言模块（MicroPython支持内联汇编）：
   ```python
   import esp32
   from esp32 import RMT

   @micropython.native  # 启用性能优化
   def high_speed_sampling():
       pass
   ```

#### 六、调试技巧
1. **交叉验证工具**  
   - 使用**PuTTY**或**CoolTerm**同时监控双方数据：
   - STM32端添加调试输出：  
     ```c
     printf("[STM32] Received: temp=%d, humidity=%d\r\n", temp, humidity);
     ```

2. **错误诊断**  
   - 常见问题排查表：

| 现象               | 解决方案                     |
|--------------------|----------------------------|
| 数据丢包           | 降低波特率至$460800$        |
| 校验失败           | 检查Python端sum算法与C端一致|
| 帧头/帧尾不匹配    | 检查硬件连接是否接触不良    |

--相关问题--  
1. MicroPython与Arduino-C在ESP32上的性能差异有多大？  
2. 如何实现STM32F4与ESP32的无线数据流传输？  
3. Python模拟数据流时如何保证时间戳的精确同步？

			
		

	



              




          




        



    





    



      

      

        
      

      





	

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