从0开始搭建基于ARM GCC的软件系统05——基于FreeRTOS的打印函数vPrintf

本文介绍在FreeRTOS环境下如何解决printf打印问题,通过重写打印函数,确保信息正确输出,避免打印混乱或缺失,适用于基于ARMGCC的软件系统。

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前期回顾:从0开始搭建基于ARM GCC的软件系统03——printf重定向

移植FreeRTOS后,可能会遇到打印信息打印不出,或者打印混乱的情况。

需要重写一下打印函数,可参考以下代码vPrintf函数。(vPrintf可自由命名)

#include "stdio.h"
#include "stdlib.h"
#include "string.h"
#include <stdarg.h>

#define LOG_BUF_LEN 128
static char log_buf[LOG_BUF_LEN]; //定义打印信息缓存区

/* Overriding the __io_putchar function */
int __io_putchar(int ch)
{
    while (!(LPUART1->ISR & USART_ISR_TXE));
    LPUART1->TDR = ch;
    return ch;
}

/* Overriding the _write function */
int _write(int file, char *ptr, int len)
{
    int i=0;

    (void)file;
    
    for (i = 0; i < len; i++)
    {
        __io_putchar(ptr[i]);
    }
    return len;
}


void vPrintf(void *fmt, ...)
{
    extern void vPortEnterCritical( void );
    extern void vPortExitCritical( void );
    vPortEnterCritical(); //进入临界区保护,否则多任务打印时,会出现交替打印的情况
    {
        va_list ap;

        va_start(ap, (char*)fmt);

        memset(log_buf, 0, LOG_BUF_LEN);

        vsprintf(log_buf, (char*)fmt, ap);

        _write(0, log_buf, strlen(log_buf));

        va_end(ap);
    }
    vPortExitCritical();//退出临界区
}

 

<think>我们正在寻找FreeRTOS中用于串口打印的函数API。FreeRTOS本身并不提供特定的串口打印函数,因为串口硬件依赖于具体的微控制器平台。通常,开发者需要自行实现串口初始化以及发送函数,然后结合FreeRTOS的任务机制使用。 在FreeRTOS中,打印输出通常通过以下方式实现: 1. 使用标准库的printf函数,但需要重定向其底层输出到串口(例如,重定向`_write`或`fputc`函数)。 2. 使用平台提供的串口发送函数(如HAL_UART_Transmit等)并封装成自己的打印函数。 因此,FreeRTOS没有专门的“serial print”API,而是依赖于底层硬件的串口驱动和用户对标准输出函数的重定向。 根据引用[1]的内容,提到了在STM32CubeMx中使用FreeRTOS搭建printf输出串口打印,其中涉及了重定向printf到串口。具体步骤包括配置USART,重定向printf功能(通过不使用半主机模式并重写fputc或_write函数),以及在FreeRTOS环境中使用。 另外,引用[4]提到了在Arduino上运行FreeRTOS时,使用vTaskDelay来替代Delay函数,但并没有直接提供串口打印函数。 因此,我们可以总结出:在FreeRTOS中,串口打印需要用户自己实现,通常的做法是重定向printf到串口,或者直接调用串口发送函数。 下面我们给出一个典型的实现步骤: 1. 初始化串口硬件(使用芯片厂商提供的库,如STM32的HAL库)。 2. 重定向printf函数,使其输出到串口。例如,在STM32中,可以重写`_write`函数(对于ARMCC)或`__io_putchar`函数(对于GCC)等。 3. 在FreeRTOS任务中,可以直接调用printf进行打印,但要注意多任务环境下串口输出的互斥问题(因为多个任务可能同时调用printf,导致输出混乱)。因此,通常需要添加互斥锁(如使用FreeRTOS的互斥量)来保护串口发送。 示例代码(基于STM32 HAL库和FreeRTOS): 重定向printf(以GCC为例): ```c #include <stdio.h> #include "stm32f4xx_hal.h" UART_HandleTypeDef huart1; // 假设串口1 // 重定向putchar int __io_putchar(int ch) { HAL_UART_Transmit(&huart1, (uint8_t *)&ch, 1, HAL_MAX_DELAY); return ch; } ``` 在FreeRTOS任务中使用printf: ```c void vTaskPrint(void *pvParameters) { for(;;) { printf("Hello from FreeRTOS task!\n"); vTaskDelay(1000); // 延时1秒 } } ``` 但是,如果多个任务都调用printf,则可能会出现交叉输出。因此,我们可以使用互斥量来保护整个打印过程: 首先创建互斥量: ```c SemaphoreHandle_t xPrintMutex = NULL; // 在main函数中创建互斥量 xPrintMutex = xSemaphoreCreateMutex(); ``` 然后封装一个线程安全的打印函数: ```c void safe_printf(const char *format, ...) { va_list args; va_start(args, format); // 获取互斥量 if (xSemaphoreTake(xPrintMutex, portMAX_DELAY) == pdTRUE) { vprintf(format, args); xSemaphoreGive(xPrintMutex); } va_end(args); } ``` 这样,在任务中调用`safe_printf`代替`printf`。 另外,引用[1]中还提到了在FreeRTOS中需要配置中断,以及重定向printf时关闭半主机模式等。 总结:FreeRTOS没有内置的串口打印API,需要用户根据硬件平台实现串口输出,并注意多任务环境下的互斥访问。 相关问题: 1. 如何在FreeRTOS中重定向printf到串口? 2. 如何解决FreeRTOS多任务中printf输出的互斥问题? 3. 在FreeRTOS中使用串口打印时需要注意哪些问题?</think>### FreeRTOS串口打印函数API 在FreeRTOS中,**没有专门针对串口打印的内置API函数**。串口打印功能需要开发者自行实现,通常通过以下两种方式结合FreeRTOS使用: #### 1. 标准库`printf`重定向(最常用) 通过重定向C标准库的`printf`函数到串口硬件,配合FreeRTOS任务使用: ```c // 重定向printf到串口(以STM32 HAL为例) int __io_putchar(int ch) { HAL_UART_Transmit(&huart1, (uint8_t*)&ch, 1, HAL_MAX_DELAY); return ch; } // 在FreeRTOS任务中调用 void vTaskPrint(void *pvParameters) { for(;;) { printf("FreeRTOS任务运行中,计数: %d\n", count++); vTaskDelay(pdMS_TO_TICKS(1000)); // 延时1秒 } } ``` **关键点:** - 需要实现底层串口发送函数(如`HAL_UART_Transmit()`) - 在CubeMX中需使能串口和FreeRTOS[^1] - 需关闭半主机模式(`-specs=nosys.specs`)[^1] #### 2. 直接调用硬件层串口API 直接使用微控制器的串口发送函数: ```c // STM32示例 void USART_Print(const char *msg) { HAL_UART_Transmit(&huart1, (uint8_t*)msg, strlen(msg), HAL_MAX_DELAY); } // FreeRTOS任务调用 void vTaskComm(void *pvParameters) { const char *hello = "Hello FreeRTOS!\r\n"; for(;;) { USART_Print(hello); vTaskDelay(pdMS_TO_TICKS(500)); } } ``` #### 多任务安全注意事项 当多个任务同时访问串口时,需添加互斥保护: ```c SemaphoreHandle_t xMutex; // 创建互斥量 xMutex = xSemaphoreCreateMutex(); // 安全打印函数 void SafePrint(const char *msg) { xSemaphoreTake(xMutex, portMAX_DELAY); HAL_UART_Transmit(&huart1, (uint8_t*)msg, strlen(msg), 100); xSemaphoreGive(xMutex); } ``` ### 配置要点总结 | 步骤 | 操作 | 说明 | |------|------|------| | 1 | 初始化串口 | 通过CubeMX或手动配置USART | | 2 | 重定向`printf` | 实现`__io_putchar()`或`_write()` | | 3 | 关闭半主机模式 | 添加编译选项`-specs=nosys.specs`[^1] | | 4 | 创建FreeRTOS任务 | 使用`xTaskCreate()`创建打印任务 | | 5 | 添加互斥量(可选) | 多任务访问时保护共享资源 | > ⚠️ **重要提示**:FreeRTOS本身不提供硬件外设驱动,串口功能完全依赖底层硬件库(如STM32 HAL库、ESP32 IDF等)实现[^2][^4]。 ###
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