探讨一下usart使用及printf函数的重定向

摘要

本开发板板载一块GD32F310K8T6芯片，该芯片是ARM Cortes-M4的核心，片内内置64K的FLASH及8K的SRAM供开发者使用。板载一个用户LED及一个用户Wakeup按键，同时版上集成了GD-Link下载器，开箱即用。

本人是微电子专业，所以在项目中，重点使用单片机对ASIC芯片进行测试，开发相应的测试程序。这对单片机的IO及外设性能和可靠性有较高的要求。本文站在入门的角度，从建立工程开始到配置工程再到USART外设的使用，重点提及printf的重定向问题。

后续将会陆续完成对USART、IIC及SPI等外设的DEMO及功能测评。

正文

开发环境

系统：windows 10 professional
软件：keil uVision 5.36

开箱上电

拿到开发板，如果供电正确，即会开始执行板内程序，用户LED1会开始闪烁。

创建工程

打开Keil软件后新建工程

选择保存路径，注意不要出现中文

选择器件，选择GigaDevice -> GD32F3x0 -> GD32F310 -> GD32F310K8

这里不使用操作系统，cancel即可

之后，右键工程，配置工程

在这里可以重命名，可以对代码文件进行管理和添加删除。

库文件和源代码。

这里沿用固件库的文件组织方式，包括Application、CMSIS、Peripherals、Startup和Utilities几个组，其中CMSIS、Peripherals、Startup都是沿用固件库中的文件，将开发板配置文件夹中加入GD32F310K-START开发板的驱动文件，驱动文件可在开发板历程库中获取。

之后，在usart.c文件中配置usart的initial和config函数。

/*!
    \brief      configure the USART0 GPIO ports
    \param[in]  none
    \param[out] none
    \retval     none
*/
void usart0_gpio_config(void)
{
    /* enable COM GPIO clock */
    rcu_periph_clock_enable(RCU_GPIOA);

    /* connect port to USARTx_Tx */
    gpio_af_set(GPIOA, GPIO_AF_1, GPIO_PIN_9);

    /* connect port to USARTx_Rx */
    gpio_af_set(GPIOA, GPIO_AF_1, GPIO_PIN_10);

    /* configure USART Tx as alternate function push-pull */
    gpio_mode_set(GPIOA, GPIO_MODE_AF, GPIO_PUPD_PULLUP, GPIO_PIN_9);
    gpio_output_options_set(GPIOA, GPIO_OTYPE_PP, GPIO_OSPEED_10MHZ, GPIO_PIN_9);

    /* configure USART Rx as alternate function push-pull */
    gpio_mode_set(GPIOA, GPIO_MODE_AF, GPIO_PUPD_PULLUP, GPIO_PIN_10);
    gpio_output_options_set(GPIOA, GPIO_OTYPE_PP, GPIO_OSPEED_10MHZ, GPIO_PIN_10);
}

/*!
    \brief      configure the USART0
    \param[in]  none
    \param[out] none
    \retval     none
*/
void usart0_config(void)
{
    /* enable USART clock */
    rcu_periph_clock_enable(RCU_USART0);

    /* USART configure */
    usart_deinit(USART0);
    /* config data length */
    usart_word_length_set(USART0, USART_WL_8BIT);
    /* config stop bit(s) length */
    usart_stop_bit_set(USART0, USART_STB_1BIT);
    /* config if has parity length */
    usart_parity_config(USART0, USART_PM_NONE);
    /* config usart speed(BPS) */
    usart_baudrate_set(USART0, 115200U);
    /* config receive mode enable */
    usart_receive_config(USART0, USART_RECEIVE_ENABLE);
    /* config transmit mode enable */
    usart_transmit_config(USART0, USART_TRANSMIT_ENABLE);

    usart_enable(USART0);
}

在usart.h中配置头文件

#ifndef USART_H
#define USART_H

/* configure the USART0 GPIO ports */
void usart0_gpio_config(void);
/* configure the USART0 */
void usart0_config(void);


#endif /* USART_H */

创建主函数文件main.c

#include "gd32f3x0.h"
#include "systick.h"
#include <stdio.h>
#include "main.h"
#include "gd32f310k_start.h"

#include "usart.h"
#include "gpio.h"

/*!
    \brief      main function
    \param[in]  none
    \param[out] none
    \retval     none
*/
int main(void)
{
    /* initilize the USART  */
    usart0_gpio_config();
    usart0_config();
    /* print out */
    printf("Hello world!\n\r");
    while(1) {
    }
}

配置工程

之后配置工程，点开小锤子

在define中加入与开发板和芯片相关的define选项

之后查看include paths，将所需要的头文件include进工程。

之后将仿真器和下载器配置成板载的GD-Link，也就是CMSIS-DAP，下载器与仿真器一致即可。

之后进入setting，勾选reset and run，方便后续下载后即复位运行。

至此，配置完成，可以点击rebuild进行工程建立，无错后即可进行Download。但是，如果打开串口助手，并没有出现”Hello world”的输出。经对比库中例程发现，其相比较本工程，多配置了一个Use MicroLIB，即使用缺省C语言库。

它可装入少量内存中，与嵌入式应用程序配合使用，且这些应用程序不在操作系统中运行。MicroLib提供了一个有限的stdio子系统，它仅支持未缓冲的stdin、stdout和stderr。勾选该选项后重写fputc函数即可实现printf输出到串口。实际上该问题有三种解决方法。

printf重定向

方法1

使用microLIB库

之后重定向fputc

/* retarget the C library printf function to the USART */
int fputc(int ch, FILE *f)
{
    usart_data_transmit(USART0, (uint8_t) ch);
    while(RESET == usart_flag_get(USART0, USART_FLAG_TBE));
    return ch;
}

方法2

不使用MicroLIB库，但要取消半主机模式，然后重定向fputc

#if __ARMCC_VERSION >= 6000000
    __asm(".global __use_no_semihosting");
#elif __ARMCC_VERSION >= 5000000
    #pragma import(__use_no_semihosting)
        struct __FILE { 
                int handle; 
        };
#endif

FILE __stdout;          
void _sys_exit(int x) 
{ 
    x = x; 
}

/* retarget the C library printf function to the USART */
int fputc(int ch, FILE *f)
{
    usart_data_transmit(USART0, (uint8_t) ch);
    while(RESET == usart_flag_get(USART0, USART_FLAG_TBE));
    return ch;
}

根据此处配置的编译器不同而编译不同的语句

方法3

如果使用gcc编译，则上两种方法都不可行，所以此时不用重定义fputc函数，而是重定义_write函数。

#include <stdio.h>

int _write(int fd, char *ptr, int len)  
{  
  HAL_UART_Transmit(&huart1, (uint8_t*)ptr, len, 0xFFFF);
  return len;
}

至此，通过编译及下载，连上串口助手，即可看到久违的“Hello World”。

结果展示

原作者：兆易创新GD32 MCU 莫离