單片機(jī)的printf重定向串口輸出調(diào)試信息

前言

在 PC 上運(yùn)行 C 語言時，prinf 輸出的內(nèi)容會打印在電腦顯示器上，這是因?yàn)?prinf 默認(rèn)的輸出設(shè)備就是顯示器。而當(dāng)我們在單片機(jī)上，需要通過 printf 函數(shù)將信息打印到串口，就要對 printf 函數(shù)的輸出進(jìn)行重定向。

printf 輸出重定向的方法

printf 函數(shù)聲明如下：

int printf(const char *format, ...);

printf 函數(shù)根據(jù) format 字符串給出的格式打印輸出到 stdout（標(biāo)準(zhǔn)輸出）中，當(dāng)然，printf 函數(shù)是不會一個字符一個字符去輸出，它會調(diào)用更底層的 I/O 函數(shù)去逐個字符打印。

printf 是庫函數(shù)，不同編譯器對 C庫的底層實(shí)現(xiàn)機(jī)制是不同的，因此 printf 中調(diào)用了哪個底層 I/O 函數(shù)來輸出字符，需要根據(jù)當(dāng)前使用的編譯器來確定。

我們實(shí)現(xiàn) printf 輸出重定向的方法就是找到當(dāng)前使用的編譯器中，printf 調(diào)用了哪個底層 I/O 函數(shù)來輸出字符，再改寫該函數(shù)，將字符通過串口輸出。

如何確定輸出字符的底層 I/O 函數(shù)？

以 Keil 為例，點(diǎn)擊菜單欄 Help ==> μVision Help 選項，打開幫助文檔。

如果你是51單片機(jī)項目，那么使用的編譯器是 Keil C51，打開的就是 C51 的幫助文檔；如果你是 ARM 單片機(jī)項目，那么使用的編譯器是 Keil MDK，打開的就是 ARM 的幫助文檔。

查找 printf 關(guān)鍵字，可以看到 C51 的 printf 底層是調(diào)用 putchar 函數(shù)實(shí)現(xiàn)字符輸出的：

而 ARM 的 printf 函數(shù)底層是調(diào)用 fputc函數(shù)實(shí)現(xiàn)字符輸出的：

從上述的結(jié)果可知，要想通過 printf 向串口打印調(diào)試信息，C51 單片機(jī)需要改寫 putchar( ) 函數(shù)，而 ARM 單片機(jī)則需要改寫 fputc( ) 函數(shù)。

C51 和 ARM 項目中，printf 輸出重定向的方法是不一樣的，這就是有些人把 STM32 的 printf 搬到 C51 中會出錯的原因之一。

C51 重定向 printf 輸出的注意事項

C51 重定向 printf 函數(shù)的輸出到串口，需要改寫 putchar 函數(shù)，偽代碼如下：

char putchar (char ch)
{
    SBUF0 = ch;
while( !(SCON0 & (1< 1)));
    SCON0 &=~(1< 1);        
return 0;
}

使用 printf 函數(shù)前，需要包含 頭文件。

51單片機(jī)重定向 printf 函數(shù)后，如果直接像 PC機(jī)或者是 32位單片機(jī)那樣使用 %d 占位符打印數(shù)值，輸出的數(shù)值可能是錯誤的，例如下面的代碼輸出結(jié)果可能就是不正確：

int i = 10; 
printf("%d", i);

Keil 中擴(kuò)展了 b、h、l 來設(shè)置字節(jié)寬度：

• b - 8bit
• h - 16bit (默認(rèn))
• l - 32bit

在 Keil C51中，用 printf 輸出一個單字節(jié)變量時，要使用%bd，例如：

unsigned char x = 'A'; 
printf("x: %bdn", x);

這些內(nèi)容在 Keil C51 幫助文檔關(guān)于 printf 的章節(jié)中有提到：

擴(kuò)展知識

不知道有沒小伙伴發(fā)現(xiàn)，如果項目中沒有重寫 putchar 或 fputc 函數(shù)，直接調(diào)用 printf 也不會報錯，只是 printf 打印的內(nèi)容不知道輸出到哪里罷了。

printf 函數(shù)里面調(diào)用了更加底層的 putchar 或 fputc 函數(shù)而沒有報錯，說明在 C庫里面已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了 putchar 或 fputc 函數(shù)，那為什么我們在 C庫外重新實(shí)現(xiàn) putchar 或 fputc 函數(shù)時，編譯器沒有報重復(fù)定義的錯誤呢？

這是因?yàn)樵?C庫里，putchar 或 fputc 函數(shù)被定義成了弱函數(shù)(weak)，當(dāng)你定義了 putchar 或 fputc 函數(shù)，那么編譯時就使用你定義的函數(shù)，否則就使用 C庫中的 putchar 或 fputc 函數(shù)。