关于串口发送的重定向

这一节我们讲一讲怎样将串口的输出重定向到printf。

对于printf这个函数大家一定非常熟悉，这个函数用于打印输出。一般c语言编程的入门程序，就是用printf打印hello world。

而在单片机中，裸机编程的条件下，并没有一套直接可以调用的打印输出函数，直接调用printf函数是会报错的，需要我们自己去实现。

这里我们以之前实现的串口为基础，在它上面改写，实现把串口输出的数据从printf函数输出。

1）轮询形式的串口重定向到printf

printf函数是在stdio.h文件中定义的，它又会调用更底层的fputc这个函数，去一个个地打印出字符；所以，我们只要将fputc函数实现，就可以使用printf函数方便地输出了。

具体实现的代码如下：

其实质就是把串口发送一个字符的函数，封装到了fputc函数中。

这样我们再设置一下工程，选上lib，就设置好了：

之后就可以直接调用printf函数了，代码和运行情况见下图：

可以看出，printf函数的功能它都已经具备了，可以打印字符串、整型数、也可以打印转义字符。

上述的使用方法虽然很简单、很方便，但是有个致命的问题，效率不高，因为它重写fputc函数的时候，使用的是轮询的方法，执行这个函数的时候，几乎需要一直等到串口数据完全发完才能向后执行。

由于这个fputc函数每调用一次是发送一个字符，直接用HAL_UART_Transmit_IT中断或DMA发送的函数也是不行的；因为cubemx生成的中断或DMA发送的实现方式，是一次性只能发送一串数据，再次调用时，要等到上次的一串数都发完，才能正确发送下一次。对于fputc这种每发送一个字符要调用一次的用法，中断发送、DMA发送和轮询发送的效率是一样的，几乎都是要一直等到所有数据都发完。

2）发送中断和fifo实现的方法

一种提高效率的办法是使用发送fifo缓冲区，例如我们之前讲到的方法：将要发送的数据都放入fifo，由发送完中断自动从fifo中取数发送，这样就不用一直等到数据发完。下次有新数据来时，也是填入fifo中，不需要等待。

例如在我们之前改写的uart中断和fifo的工程下，如下改写fputc就可以了。

其中send_uart_byte函数内部实现过程大致如下：

（具体实现过程可以参见我之前的文章《串口中断和fifo环形队列》的讲解）

然后就可以调用printf函数使用了。这种实现方法效率高，只要发送fifo不溢出，使用基本没有什么限制，是非常方便的。

3）自己编写重定向函数

另一种方法是自己编写一个重定向的函数。既然标准的重定向函数fputc的用法受限，那么我们可以自己定义一个函数，去实现printf的功能，底层实现时跳过fputc的限制。

在usart.c文件中添加如下代码：（定义数组 print_temp 时也可以更大一些以免溢出）

这部分代码实际上是将要发送的一串数据，转存到了printf_temp中，然后再使用HAL_UART_Transmit_IT发送出去（使用DMA方式也是可以的），这样就不用等到每个字符都发送完。

然后就可以使用Uart1_printf这个函数了，用法和printf函数一样，如下图：

但是，仍然需要注意的是，HAL_UART_Transmit_IT这个函数连续发送两串数据时，仍然需要等待前一串数据发完才能发送后一串，否则后面的数据会丢失。

如下图，连续调用两次printf，后一次的数据有可能会覆盖到第一次的数据上：

综合上述的几种方法，我们可以选择自己最合适的实现方式：

如果系统简单，串口一直等待也无妨，就使用方法1，实现起来最简单；如果系统里不会短时间调用两次printf可以使用方法3，这样可以提高效率；如果可能发生短时间多次调用printf，而且追求高效率，可以使用方法2，但是改写和添加的代码会多一些。

好了，这一节就讲到这里。

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