简要谈一谈嵌入式开发中重写printf的几种方法

抛砖引玉

我大概查阅并考证了一下，在嵌入式开发中重写printf大概有以下几种方法：

1 宏定义替换

比如将printf强制替换成rt_kprintf:

#define printf rt_kprintf
有些已经实现了类似printf打印接口的平台，我们就可以简单地这么干！

2 直接重写printf函数的实现

这种就比较生硬，直接自定义一个printf函数，类似这样：

char buf[256];
int printf(const char *format,...)
{
va_list args;
va_start(args, format);
vsprintf(buf, format, args);
va_end(args);
usrt_send(buf, strlen(buf));
return 0;
}

先用vsprintf之类的函数把参数格式化成字符串数组，然后直接调用串口之类的驱动发送接口发出去。

有些小平台的芯片，不想引入太多的依赖，就会这么干！

3 重写fputc/putchar接口

这种做法就是在bsp层重写fputc/putchar接口，在接口里面调用串口驱动发送出去，类似这样：

可以参考：bsp/stm32/stm32mp157a-st-discovery/board/CubeMX_Config/CM4/Src/openamp_log.c

#if defined ( __CC_ARM) || (__ARMCC_VERSION) && (__ARMCC_VERSION >= 6010050)
#define PUTCHAR_PROTOTYPE int stdout_putchar(int ch)
#elif GNUC
/* With GCC/RAISONANCE, small log_info (option LD Linker->Libraries->Small log_info
set to 'Yes') calls __io_putchar() */
#define PUTCHAR_PROTOTYPE int attribute(( weak )) __io_putchar(int ch)
#else
#define PUTCHAR_PROTOTYPE int attribute(( weak )) fputc(int ch, FILE f)
#endif / GNUC /
#if defined (_LOG_UART_IO) || defined (_LOG_TRACE_IO)
PUTCHAR_PROTOTYPE
{
/ Place your implementation of fputc here /
/ e.g. write a character to the USART1 and Loop until the end of transmission */
#if defined (_LOG_UART_IO)
extern UART_HandleTypeDef huart;
HAL_UART_Transmit(&huart, (uint8_t *)&ch, 1, HAL_MAX_DELAY);
#endif
#if defined (_LOG_TRACE_IO)
log_buff(ch);
#endif
return ch;
}

4 仿照POSIX的实现，从文件描述符0/1/2上面做文章

这种实现方法，在rt-thread中也可以见到，例如： bsp/qemu-vexpress-a9

我们可以通过反编译跟踪一下printf的调用轨迹：

341970 60086be4 :
341971 printf():
341972 60086be4: b40f push {r0, r1, r2, r3}
341973 60086be6: f24a 4288 movw r2, #42120 ; 0xa488
341974 60086bea: b500 push {lr}
341975 60086bec: f2c6 0209 movt r2, #24585 ; 0x6009
341976 60086bf0: b083 sub sp, #12
341977 60086bf2: ab04 add r3, sp, #16
341978 60086bf4: 6810 ldr r0, [r2, #0]
341979 60086bf6: f853 2b04 ldr.w r2, [r3], #4
341980 60086bfa: 6881 ldr r1, [r0, #8]
341981 60086bfc: 9301 str r3, [sp, #4]
341982 60086bfe: f002 fbdd bl 600893bc <_vfprintf_r>
341983 60086c02: b003 add sp, #12
341984 60086c04: f85d eb04 ldr.w lr, [sp], #4
341985 60086c08: b004 add sp, #16
341986 60086c0a: 4770 bx lr

最终调用的是 _vfprintf_r

同时，我们在 build_v2/kernel/components/libc/posix/io/stdio/libc.c 中可以看到：

int libc_system_init(void)
{
#ifdef RT_USING_POSIX_STDIO
rt_device_t dev_console;
dev_console = rt_console_get_device();
if (dev_console)
{
libc_stdio_set_console(dev_console->parent.name, O_RDWR);
}
#endif /* RT_USING_POSIX_STDIO */
return 0;
}
INIT_COMPONENT_EXPORT(libc_system_init);

通过这个libc_stdio_set_console接口，就通过将console设备驱动（比如串口）跟文件句柄输入、输出、错误绑在一块，这就回到了标准C库的实现逻辑了。

值得注意的是，这里调用printf还会调用编译器里面的c库：

compiler/gcc-arm-none-eabi-9-2019-q4-major/Linux64/bin/../lib/gcc/arm-none-eabi/9.2.1/../../../../arm-none-eabi/lib/thumb/v7/nofp/libc.a(lib_a-printf.o)
rtthread.map:7287:printf

总结

以上就是我总结的几种实现方法，也可可能不一定全对，欢迎大家指正。

原作者：recan