Printf重定向以及半主机模式

悲伤番茄炒蛋yf

于 2024-05-06 10:22:27 发布

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文章标签：单片机嵌入式硬件 stm32 c语言

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本文介绍了半主机模式在ARM嵌入式开发中的作用，如何通过仿真器实现输入输出调试，以及禁用半主机模式的方法。同时讨论了MicroLib库的特点和在使用printf重定向时的优缺点。

摘要生成于 C知道，由 DeepSeek-R1 满血版支持，前往体验 >

半主机模式：

半主机是用于ARM目标的一种机制；可将来自STM32单片机应用程序的输入输出请求传送至运行仿真器的PC主机。使用此机制可以启用C库中的函数，如printf()和scanf()，来使用PC主机的屏幕和键盘。

这样就可以看到单片机的输入输出，方便进行调试。但是这种机制的运行需要仿真器，否则无法运行。

半主机模式就是通过仿真器实现开发板在电脑上的 输入和输出 。在嵌入式的编程中避免不了使用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。
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。

半主机是通过一组定义好的软件指令（如 SVC）来实现的，这些指令通过程序控制生成异常。应用程序调用相应的半主机调用，然后调试代理处理该异常。调试代理提供与主机之间的必需通信。

半主机接口对 ARM 公司提供的所有调试代理都是通用的。在无需移植的情况下使用 RealView ARMulator® ISS、指令集系统模型 (ISSM)、实时系统模型 (RTSM)、RealView ICE 或 RealMonitor 时，会执行半主机操作。

标准库使用半主机模式，半主机是通过一组定义好的软件指令（如 SVC）SVC 指令（以前称为 SWI 指令）来实现的，这些指令通过程序控制生成异常。应用程序调用相应的半主机调用，然后调试代理处理该异常。调试代理（这里的调试代理是仿真器）提供与主机之间的必需通信。也就是说使用半主机模式必须使用仿真器调试。

ARMv7 之前的 ARM 处理器使用 SVC 指令（以前称为 SWI 指令）进行半主机调用。但是，如果要为 ARMv6-M 或 ARMv7-M （如 Cortex™-M1 或 Cortex-M3 处理器）进行编译，需要使用 BKPT 指令来实现半主机。

禁用半主机：
#pragma import(__use_no_semihosting)     //关闭半主机模式，只需要在任意一个C文件中加入即可

重定向Printf：

要使用Printf通常有两种方法：

1.使用ARM标准库，在任意一个.c文件中添加如下代码

xx.c
struct __FILE 
{ 
    int handle; 
}; 
 
// 定义_sys_exit()以避免使用半主机模式    
void _sys_exit(int x) 
{ 
    x = x; 
} 
 
FILE __stdout;

// 重定义fputc函数 
int fputc(int ch, FILE *f)
{  
    while((USART1->SR&0X40)==0);//循环发送,直到发送完毕   
    USART1->DR = (u8) ch;     		
    return ch;
}

2.使用微库

/*使用microLib的方法*/
int fputc(int ch, FILE *f)
{
    USART_SendData(USART1, (uint8_t) ch);
 
    while (USART_GetFlagStatus(USART1, USART_FLAG_TC) == RESET) {}	
 
    return ch;
}
int GetKey (void)  { 
 
    while (!(USART1->SR & USART_FLAG_RXNE));
 
    return ((int)(USART1->DR & 0x1FF));
}

关于MicroLIB微库：

什么是MicroLIB
来自ARM-MDK官方的解释：MicroLib 是一个高度优化的库，适用于用 C 编写的基于 ARM 的嵌入式应用程序。与 ARM 编译器工具链中包含的标准 C 库相比，MicroLib 提供了许多嵌入式系统所需的显着代码大小优势。
MicroLib 和标准 C 库之间的主要区别是：

MicroLib 专为深度嵌入式应用而设计。
MicroLib 经过优化，可以使用比使用 ARM 标准库更少的代码和数据存储器。
MicroLib 设计为无需操作系统即可工作，但这并不妨碍它与任何操作系统或 RTOS（例如 Keil RTX）一起使用。
MicroLib 不包含文件 I/O 或宽字符支持。
由于 MicroLib 已经过优化以最小化代码大小，因此某些函数的执行速度将比 ARM 编译工具中可用的标准 C 库例程更慢。
MicroLib 和 ARM 标准库都包含在 Keil MDK-ARM 中。

使用MicroLib的优缺点

使用MicroLIB，简化嵌入式开发操作，例如你用printf()函数的时候，就会从串口1输出字符串，当然也可以重定义到其他串口；
使用MicroLIB会优化代码空间，但会降低某些程序的执行效率(比如: memcpy())，效率换空间；
由于MicroLIB不支持浮点运算，所以在有FPU单元的MCU上，使用MicroLIB并开启FPU会让程序死机或跑飞。
Microlib不支持C++，在使用C++开发MCU时，首要条件是不能使用Microlib；