STM32学习：使用printf函数将信息打印至电脑串口助手

本文所使用的方法与代码参考自正点原子，如果想要详细了解这方面的知识，请阅读正点原子官方提供的文档。

一、背景

在开发STM32应用时，将一些信息通过串口打印到电脑上是常用的调试手段。C语言标准库中的printf函数是我们常用的打印函数。但是在STM32应用下一般无法直接使用这个函数，正点原子给出的解释如下，有兴趣可以详细了解一下。

标准库下的 printf 为调试属性的函数，如果直接使用，会使单片机进入半主机模式（semihosting），这是一种调试模式，直接下载代码后出现程序无法运行，但是在连接调试器进行 Debug 时程序反而能正常工作的情况。半主机是 ARM 目标的一种机制，用于将输入/输出请求从应用程序代码通信到运行调试器的主机。例如，此机制可用于允许 C 库中的函数（如 printf()和 scanf()）使用主机的屏幕和键盘，而不是在目标系统上设置屏幕和键盘。这很有用，因为开发硬件通常不具有最终系统的所有输入和输出设备，如屏幕、键盘等。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。
如果想在独立环境下运行调试功能的函数，我们这里是 printf，printf 对字符 ch 处理后写入文件 f，最后使用 fputc 将文件 f 输出到显示设备。对于 PC 端的设备，fputc 通过复杂的源码，最终把字符显示到屏幕上。那我们需要做的，就是把 printf 调用的 fputc 函数重新实现，重定向fputc 的输出，同时避免进入半主模式。

目前想要在SMT32上使用printf有两种方法：

1. 通过代码取消ARM的半主机工作模式，并重定向printf函数
2. 使用微库MicroLib，并重定向printf函数。

由于微库裁剪了许多标准库的功能，如果注重功能完整性建议使用第一种方法。

二、取消ARM的半主机工作模式

添加stdio.h头文件，并在程序中加入以下代码段即可（代码引自正点原子）

/******************************************************************************************/

/* 在合适的位置引用下面头文件 */
#include <stdio.h>

/* 加入以下代码, 支持printf函数, 而不需要选择use MicroLIB */

#if 1
#if (__ARMCC_VERSION >= 6010050)                    /* 使用AC6编译器时 */
__asm(".global __use_no_semihosting\n\t");          /* 声明不使用半主机模式 */
__asm(".global __ARM_use_no_argv \n\t");            /* AC6下需要声明main函数为无参数格式，否则部分例程可能出现半主机模式 */

#else
/* 使用AC5编译器时, 要在这里定义__FILE 和 不使用半主机模式 */
#pragma import(__use_no_semihosting)

struct __FILE
{
    int handle;
    /* Whatever you require here. If the only file you are using is */
    /* standard output using printf() for debugging, no file handling */
    /* is required. */
};

#endif

/* 不使用半主机模式，至少需要重定义_ttywrch\_sys_exit\_sys_command_string函数,以同时兼容AC6和AC5模式 */
int _ttywrch(int ch)
{
    ch = ch;
    return ch;
}

/* 定义_sys_exit()以避免使用半主机模式 */
void _sys_exit(int x)
{
    x = x;
}

char *_sys_command_string(char *cmd, int len)
{
    return NULL;
}

/* FILE 在 stdio.h里面定义. */
FILE __stdout;

/* 重定义fputc函数, printf函数最终会通过调用fputc输出字符串到串口 
其中串口可根据实际使用情况调整 */
int fputc(int ch, FILE *f)
{
    while ((USART1->SR & 0X40) == 0);             /* 等待上一个字符发送完成 */

    USART1->DR = (uint8_t)ch;                     /* 将要发送的字符 ch 写入到DR寄存器 */
    return ch;
}
#endif
/***********************************************END*******************************************/

上面代码段使用的是串口1（USART1），可根据实际使用情况调整。

三、使用微库MicroLib

直接在Keil中的如下界面勾选使用微库

并添加如下代码段重定向fputc

/* 在合适的位置引用下面头文件 */
#include <stdio.h>

/* 重定义 fputc 函数, printf 函数最终会通过调用 fputc 输出字符串到串口 */
/* 串口可根据实际使用情况调整 */
int fputc(int ch, FILE *f)
{
 while ((USART1->ISR & 0X40) == 0); /* 等待上一个字符发送完成 */
 USART1->TDR = (uint8_t)ch; /* 将要发送的字符 ch 写入到 DR 寄存器 */
 return ch;
}

微库由于裁剪掉了一些功能，有着如下特点：

更详细的讲解可参见博文STM32程序不运行与MicroLIB讲解

四、应用

采用了上面任意一种方法设置后，我们便可在程序中使用printf，并通过串口打印在电脑端的串口助手上。

		printf("123\r\n");
		
		HAL_Delay(500);