如何让STM32优雅地“说”hello world?

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Lumhao 发布时间：2020-6-17 15:48

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前言

STM32上hello world，说白了就是使用串口向PC上的上位机软件或者串口调试助手发送字符串。

串口的使用方法百度一下就能知道了，简单来说就是下面这样。

uint8_t buff[BUFF_SIZE];//定义一个缓存数组
HAL_UART_Receive_IT(&huart1, (uint8_t *)buff, BUFF_SIZE);//打开串口接收中断

串口中断打开之后，当接收到BUFF_SIZE个数据后就会进入

void HAL_UART_RxCpltCallback(UART_HandleTypeDef *huart);

然后我们就可以在上面这个函数下操作收到的数据啦，简单方便快捷。当然实际操作一遍后大家就会发现，这个程序只能进入一次中断，之后就再也收不到数据了，这是因为HAL库在每次进入串口中断时都会把这个中断关闭，所以我们处理完数据之后，要重新打开中断。

7 I* i6 u/ ?+ _

void HAL_UART_RxCpltCallback(UART_HandleTypeDef *huart){ //处理数据...
HAL_UART_Receive_IT(&huart1, (uint8_t *)buff, BUFF_SIZE);}

而发送数据呢，就用

HAL_UART_Transmit(&huart1, (uint8_t *)buff, BUFF_SIZE，0xffff);

知道串口怎么用了，我们就可以想办法hello world。重定向printf的方法百度一搜一大片，fputc这个函数是_weak定义的，自己写一个就可以覆盖过去了。

int

fputc

(int ch, FILE *f)

! a" l; O9 [' H3 o: }

{ HAL_UART_Transmit(&huart1, (uint8_t *)&ch, 1，0xffff); return ch;}

然后写下终极代码，完美。

printf("hello world\r\n");

上面的内容百度上可以找到很多很多文章，而且讲的又详细又生动，这里我只是带大家复习一下，如果你能够熟练掌握上面的内容了，那接下来就可以进入正题，看看如何变得更优雅。

变优雅第一步

我们实际运行这个代码，发现在串口接收几次数据之后，又突然会再也接收不到数据了。因为即使你记得在处理完数据之后及时打开了接收中断，开启中断的的函数也不一定总是能正确开启，我一直觉得这是HAL库的一个坑。我翻了很久的百度，终于找到一种解决方案。

void

HAL_UART_RxCpltCallback

(UART_HandleTypeDef *huart)

{

//处理数据...
int i=0; while(HAL_UART_Receive_IT(&huart1,(uint8_t *)&buff,1) != HAL_OK ) { i++; if(i>10000) { huart6.RxState=HAL_UART_STATE_READY; __HAL_UNLOCK(&huart1); i=0; } }}

事情就是这么神奇，单单执行一句开中断不一定能成功的，开完还要检查一下是不是真的开成功了，不行的话再打开一下试试，试了10000次还不行，生气了，强制开。

变优雅第二步

百度上看到的串口教程，大家都是用下面这个函数

HAL_UART_Transmit(&huart1, (uint8_t *)buff, BUFF_SIZE，0xffff);

就是说，CPU找到串口，给串口huart1安排好任务：

“从这个buff的地址开始，挨个发BUFF_SIZE个数据，我就在边上守着，等你0XFFFF的时间，干不完就别给我干了！”

其实看到这么个代码我是很生气的，CPU作为大领导，员工干活的时候不去喝咖啡？在边上守着？这成何体统？

优雅的办法肯定是CPU交代好任务之后，转身去忙自己的事情了，而串口接到命令之后，默默完成任务，然后再跟CPU汇报一下。所以我们不光接收要用中断，发送也要用中断。

所以我们要用下面这个串口中断发送的函数

HAL_UART_Transmit_IT(&huart1, (uint8_t*)buff, BUFF_SIZE);

这个函数会使能发送中断，然后挨个发数据，发完之后执行一个回调函数，然后自己关掉发送中断。一条龙服务，用户什么都不用管。如果用户想多管闲事，可以把代码写在回调函数里。

于是乎，我们优雅地把串口发送改用中断的方式，那我们重定向的fputc可以写成

HAL_UART_Transmit_IT(&huart1, (uint8_t *)buff, BUFF_SIZE);

这样我们可以用先前的方法快乐地hello world了。

! G- q% a9 r z, J3 e9 R. W

int fputc(int ch, FILE *f){ HAL_UART_Transmit_IT(&huart1, (uint8_t *)&ch, 1); return ch;}

爱动手的小伙伴一旦尝试一下就会发现，这傻逼的文章里的代码都没法跑，helloworld发了个h就不发了？？？

那么这是为什么呢？我们来分析一下这个程序执行的过程。printf里是把格式化好的字符一个一个交给fputc发送的，当发送第一个字符'h'时，串口处于空闲状态，能够正确地使能串口发送中断。因此，字符'h'正确发送。

但我们注意到，CPU给串口安排好工作后，并没有在原地等待，而是去执行后续的任务了，那后续的任务就是发送字符'e'。CPU再次来到fputc函数内，再次执行

printf("hello world\r\n");

由于CPU的运行速度比串口快得多，此时串口还没有完成先前的字符'h'的发送任务，串口处于忙碌的状态，因此现在是无法正确打开串口发送中断的，因此字符'e'发送失败。后续的字符也是同样的情况。

这就说明，采用中断发送方式时，连续发送是会发送失败的，串口就只有这点速度，你枪顶着他脑袋他也快不起来。在每次使用串口发送中断时，都要检查一下是否正确打开了中断，和先前提到的串口接收中断一样，打开中断并不是总能成功的。于是，我们修改fputc函数成下面的样子。

HAL_UART_Transmit_IT(&huart1, (uint8_t *)&ch, 1);

这样子，CPU不断地尝试打开串口中断直至成功为止。由于串口要完成先前的任务后才会由BUSY状态变成READY状态，所以这里际就是在等待串口发送。

仔细一想这个过程我们会发现，这不傻逼吗？用中断发送就是为了不堵塞CPU的工作，结果搞了半天，还是在这儿堵着？

那我们还是要进一步改进一下。如果使用了多线程的话，那我们可以进行任务切换，让CPU切换到别的线程工作一会儿。

w4 ~, k& U# p2 |* J- u# }

int fputc(int ch, FILE *f){ while(HAL_UART_Transmit_IT(&huart1, (uint8_t *)&ch, 1)!=HAL_OK); return ch;}

但是这也有一个很明显的问题，CPU虽然释放出来了，但是串口堵了啊。当我们连续发送字符的时候，CPU总是会在前一个字符发送完成之前尝试发送下一个字符，然后中断打开失败，进入osDelay(1)，要等1ms之后才会回来。这其实是非常慢的，hello world要大约10ms才能发送完毕，串口以1ms一个数据的速度发送，这依然不优雅。

要么CPU堵，要么串口堵，总有一个要等待，这可怎么办呢？我们回顾一下串口中断的API

& S+ [' Z# O1 y. {+ Q5 A* m8 @9 V) }

int fputc(int ch, FILE *f){ while(HAL_UART_Transmit_IT(&huart1, (uint8_t *)&ch, 1)!=HAL_OK) { osDelay(1);//ARM CMSIS的API，相当于一般理解的sleep_ms(1); } return ch;}

明显看到这个函数的第三个参数是一个size，它可以一次设置发送很多个数据，但我们在fputc中使用时，由于fputc是单个字符发送的，因此我们只能把size设置成1。如果能够一口气把所有要发送的数据都设置好，我们就不用重复地打开中断了，也就避免了前述的尴尬。

所以接下来要做的便是避开fputc这个令人尴尬的单个字符发送的函数，可是printf就是用这个函数的呀，要避开fputc，就不能用printf。我们自己搞一个更加优雅的！起一个好听的名字叫做debug，当然你喜欢的话叫别的也可以。

: X; s/ Q! ~7 q* _ }% m3 _0 S

void debug(const char *format, ...){  static char tmpStr[64];       /*在静态区申请一块缓存，因为CPU开启中断之后不会原地等待，而是退出这个函数，       如果在栈上申请空间，函数退出时缓存区会直接释放掉，导致串口发送数据错误。       因此把缓存区申请在静态区       */
      /*等待串口发送完毕，在串口忙于发送先前的数据时，不能修改缓存区内的数据，       否则数据会出错。等串口发送完成后，再把新的数据放进缓存区。       */  while(huart6.gState!=HAL_UART_STATE_READY);
  //把数据放进缓存区里  va_list list;  va_start(list, format);  vsprintf(tmpStr,format, list);//这一部分不懂得同学请百度这个API，<stdio.h>里的  va_end(list);
  while(HAL_UART_Transmit_IT(&huart6,(uint8_t*)tmpStr,strlen(tmpStr))!=HAL_OK);       //开启中断发送，由于先前已经等待过串口发送完成了，按理说串口肯定是可以打开的       //但为了避免多线程或者中断等原因在别的地方打开了这个中断，依然用while尝试打开直到成功为止}

上面的函数接收不定长的输入，这个输入和printf的格式化是一模一样的，使用方法和printf完全一样。这样的话，每执行一次debug，只会开启一次中断，只要等待一次中断开启就可以了，不必像先前重映射fputc那样每发送一个字符都要开一次中断。

重映射fputc时，必然会产生连续发送的情形，而用后面这种方法的话，如果你没有连续地调用debug，很少会出现想发送却串口忙碌的情况，while的等待时间是比较少的。

当然如果你使用了多线程，并且串口发送数据没有那么多，但是又希望CPU一点儿也不堵塞。那就更可以稍微修改一下。

( B2 @0 Q7 I9 n

void debug(const char *format, ...){  static char tmpStr[64];  while(huart6.gState!=HAL_UART_STATE_READY)  { osDelay(1);  }
  va_list list;  va_start(list, format);  vsprintf(tmpStr,format, list);  va_end(list);
  while(HAL_UART_Transmit_IT(&huart6,(uint8_t*)tmpStr,strlen(tmpStr)))       {             osDelay(1);       }}

这样在连续执行debug时，会进行线程切换，好处是CPU不堵了，坏处是串口要延后1ms才能发送下一个字符串，但也远好于每个字符都延后1ms的方式，况且连续地debug也不是特别常见。在实际应用中，根据需求来使用吧。