STM32调试手段：重定向printf串口

news2025/1/30 15:22:35

引言

C语言中经常使用printf来输出调试信息，打印到屏幕。由于在单片机中没有屏幕，但是我们可以重定向printf，把数据打印到串口，从而在电脑端接收调试信息。这是除了debug外，另外一个非常有效的调试手段。

一、什么是printf的重定向

我们知道 C 语言中printf 函数默认输出设备是控制台，如果要实现在串口或者 LCD 上显示，必须重定义C语言标准库函数里调用的与输出设备相关的函数。比如使用 printf 输出到串口，则需要将 fputc 里面的输出指向串口,这一过程就叫 重定向 。

二、怎么样重定向printf

那么如何让 STM32 使用 printf 函数呢？很简单，只需要将 fputc 里面的输出指向 STM32 串口即可，fputc 函数有固定的格式，我们只需要在函数内操作STM32串口即可。

2.1 配置microLIB

由于我们使用的开发环境或者说工具链是keil-MDK，而在KEIL-MDK开发环境中，本身是没有包含C语言的一些标准库函数，如stdio.h这种文件等。

在KEIL-MDK开发环境中，可以选择使用MicroLIB库。MicroLIB是一个高度优化的C库，适用于嵌入式应用程序。它的特点是代码体积小，但功能较少，不支持某些ISO C特性。当然这里重定向printf要使用的库函数已经够用了。

我们可以直接在【魔法棒】中勾选上即可完成它的配置

2.2 重定向fputc函数（寄存器实现）

在使用MicroLIB库时，需要重定向fputc函数。fputc函数的原型如下：

int fputc(int ch, FILE* stream)
{
USART_SendChar(USART1, (uint8_t)ch);
return ch;
}

那么，本次我们将printf重定向到串口上，这里使用的串口是USART1，只需要编写一个发送单字符数据的函数，接着重新定义一下fputc函数即可实现printf的重定向。

也就是说，只需要在usart.c中编写三个函数，分别是串口的初始化、发送一个字符函数、fputc函数重写即可。

参考代码如下：

1、usart.h

#ifndef __USART_H
#define __USART_H

#include "stm32f10x.h"
#include <stdio.h>

// 初始化
void USART_Init(void);

// 发送一个字符
void USART_SendChar(uint8_t ch);

#endif

2、usart.c

#include "usart.h"

// 初始化
void USART_Init(void)
{
    // 1. 开启GPIO时钟 PA9 PA10
    RCC->APB2ENR |= RCC_APB2ENR_IOPAEN;
    RCC->APB2ENR |= RCC_APB2ENR_USART1EN;

    // 2. 设置GPIO工作模式
    // PA9 TX 输出，复用推挽输出 MODE-11 CNF-10
    // PA10 RX 输入，浮空输入 MODE-00 CNF-01
    GPIOA->CRH |= GPIO_CRH_MODE9;
    GPIOA->CRH |= GPIO_CRH_CNF9_1;
    GPIOA->CRH &= ~GPIO_CRH_CNF9_0;

    GPIOA->CRH &= ~GPIO_CRH_MODE10;
    GPIOA->CRH &= ~GPIO_CRH_CNF10_1;
    GPIOA->CRH |= GPIO_CRH_CNF10_0;

    // 3. 串口配置
    // 3.1 设置波特率
    USART1->BRR = 0x271;         // 115.2 Kpbs

    // 3.2 开启模块及收发使能
    USART1->CR1 |= USART_CR1_UE;
    USART1->CR1 |= USART_CR1_TE;
    USART1->CR1 |= USART_CR1_RE;

    // 3.3 其他配置（字长、奇偶校验、停止位）
    USART1->CR1 &= ~USART_CR1_M;
    USART1->CR1 &= ~USART_CR1_PCE;
    USART1->CR2 &= ~USART_CR2_STOP;
}

// 发送一个字符
void USART_SendChar(uint8_t ch)
{
    // 当发送的数据不为空时等待，TXE为1则可以继续写入数据
    while ((USART1->SR & USART_SR_TXE) == 0)
    {}

    // 发送一个字符
    USART1->DR = ch;    
}

// 重定向fputc函数
int fputc(int ch, FILE * file)
{
    USART_SendChar((uint8_t)ch);
    return (int)ch;
}

3、main.c

#include "usart.h"

int main(void)
{
	// 初始化
	USART_Init();

	// printf
	int a = 100;
	printf("a = %d", a);

	// 死循环保持状态
	while(1)
	{		
		
	}
}

2.3 重定向fputc函数（HAL库实现）

然后我们在借助HAL库实现。其实也非常简单，其在STM32CubeMX中需要进行的配置和前面串口通讯轮询案例的HAL库实现需要的配置是一样的，因为本次作重定向主要就只是多重写一个fputc函数，即STM32CubeMX软件自动生成代码后我们再在usart.c中添加重写fputc函数的代码即可，非常简单。

所以这里附上前面HAL库实现的串口通讯轮询案例的文章链接，可以直接去看看相关配置步骤USART_串口通讯轮询案例（HAL库实现）-CSDN博客https://blog.csdn.net/2301_79475128/article/details/145263748?spm=1001.2014.3001.5502

然后，根据上面所述原理，这里直接给上添加到usart.c中的参考代码如下：

/* USER CODE BEGIN 1 */

int fputc(int ch, FILE * file)
{
  HAL_UART_Transmit(&huart1, (uint8_t *)&ch, 1, 1000);
  return ch;
}

/* USER CODE END 1 */