重定向printf函数到串口输出

转⾃：

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 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 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 TC⽤来指⽰当前串⼝是否发送完成，如图：

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->ISR & 0X40) == 0);

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->TDR = (uint8_t) ch;

最后实现fputc函数就变的⾮常简单了，这⾥我放在usart.c⽂件的末尾：

/* USER CODE BEGIN 1 */#if 1

#include

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

/* USER CODE END 1 */

测试printf

在main函数中测试⼀下printf函数是否可以正常使⽤：

/* USER CODE BEGIN 2 */

printf(\"Hello, i am %s\\n\ printf(\"Test int: i = %d\ printf(\"Test float: i = %f\ printf(\"Test hex: i = 0x%2x\ /* USER CODE END 2 */

结果如下：

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fputs()函数完整的代码如下：

#if 1

#include

/* 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

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，下载代码后试验现象如下：

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

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 下载后实验现象如下：