【经验分享】STM32开发，移植修改官方HAL例程，实现串口Printf打印功能

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STMCU小助手发布时间：2022-5-6 09:39

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文章简介:	STM32开发，移植修改官方HAL例程，实现串口Printf打印功能

1 概述
1.1 资源概述
开发板：正点原子STM32F103 Nano开发板
CUBEMX版本：1.3.0
MDK版本：5.23
主控芯片型号：STM32F103RBT6

1.2 实现功能
移植官方例程文件，适当修改，在开发板上实现串口功能，并在电脑上位机上实现输出字符串。

1.3 移植原因
正点原子提供的HAL例程里边自带usart/sys/delay三个由正点原子开发的库函数，但是这几个库函数并非HAL函数，而是用标准函数或者直接操作寄存器实现。因此想完全通过HAL函数实现串口功能，充分了解串口的实现过程。官方例程写的非常好，逻辑结构严谨，有各种错误处理机制，特别适合移植和学习。

2 软件适配工作
2.1 STM芯片的命名规则
首先我们了解下STM32的命名规则，如下图，最后两位是封装和温度信息，如果前面的字母数字相同，那么芯片的架构资源就是完全一样，软件就能通用。正点原子的开发板是STM32F103RBT6，我们只要找到STM32F103RB的软件就能适配。

SY_}H(P1B9Y9_S~01@]H$DH.png

2.2 官方例程下载
ST官方提供非常详细的官方例程，我们登陆ST官网搜索到F103的例程资源，此安装包同时为CUBEMX的资源包。

B@X5980~K@J84`3EFU`}`{U.png

2.3 官方开发板简述
打开文件夹，一级一级进入菜单，可以看到project文件夹，这个文件夹即为官方例程库，我们进入到UART文件夹，在进入选择STM32F103RB-Nucleo。这个Nucleo是ST官方提供的开发板。如下图，官网可以下载到全套的原理图，PCB，BOM等文件。此开发板集成STLINK V2，但是外设资源只有一个LED灯和一个按键，连高速晶振都没有，不能使用HSE时钟。有预留位置，可以自行购买焊接。此开发板淘宝价格大概80元。单板芯片和正点原子的开发板芯片相同，均为STM32F103RB，可以借用官方例程进行修改移植到正点原子开发板上。
CAUM6W`B%U@A2L[[S]Q_RYT.png

我们使用MDK软件进行开发，打开下述文件夹，打开工程文件。en.stm32cubef1(1.8.0)\STM32Cube_FW_F1_V1.8.0\Projects\STM32F103RB-Nucleo\Examples\UART\UART_Printf\MDK-ARM，
打开工程文件后的界面如下：

$7T6J`8W_B892QBDJSWA`X{N.png$

例程使用的是内部的高速时钟HSI，配置为64MHz。我们也可以修改软件相关时钟配置，从而支持外部高速晶振，同时也可以将频率设置为最高的72MHz。

$ZN0%HSIT18[KF5{}`KO~_1F.png$

3. 软件修改工作
3.1 文件夹去掉只读属性
在修改前，我们需要将文件夹属性只读去掉，否则打开工程后，很多文件上方会出现一把锁

D5D(7Q@`24X20J1D841Z(G2.png

被锁住的文件将不能进行编辑，代码无法进行修改。

3.2 软件修改
NUCLEO开发板LD2灯对应的GPIO是PB13，正点原子的LED0是PC0，因此我们需要将软件设置里的PB13改为PC0。下图是官方开发板LED部分原理图。当然不改没关系，这里的灯只是用来指示串口收发成功状态用的，如果有错误，LED灯将会亮起。

修改GPIO口的定义

#define LED2_PIN GPIO_PIN_0 //这里需要改为端口0，正点原子是PC0
#define LED2_GPIO_PORT GPIOC//这里需要改为GPIOC，正点原子是PC0

复制代码

官方例程LED是输出高有效点亮，正点原子开发板是输出低有效点亮，因此我们需要将例程中所有的LED灯的RESET改为SET，这里不一一例出。

/* Reset PIN to switch off the LED */
HAL_GPIO_WritePin(LED_PORT[Led],LED_PIN[Led], GPIO_PIN_SET);//这里需要将设为SET，正点原子开发板是输出低有效

复制代码

同理SET改为RESET，这里不一一例出。

void BSP_LED_On(Led_TypeDef Led)
{
HAL_GPIO_WritePin(LED_PORT[Led], LED_PIN[Led], GPIO_PIN_RESET); //这里需要将设为RESET，正点原子开发板是输出低有效
}

复制代码

在main主函数中，需要将奇校验改为无校验，否则在PC机上的串口将会出现乱码，即使上位机设置了奇校验。这时候需要将数据位多勾选即可解决，即8位数据位+奇偶校验，上位机数据要选择9位。

UartHandle.Init.Parity = UART_PARITY_NONE; //需要设为无校验，否则在串口调试助手上显示乱码（即使助手上设置了奇偶校验）

复制代码

3.3程序流程图分析
main.c文件程序流程图如下，每一个函数均有错误处理机制，以及错误后的提醒（将LED2灯点亮）

EWM5X(6C6Y90S@IAH30U7DM.png

4 实验结果
按一次开发板的复位按键，可以在上位机上出现对应的信息，main函数只执行一次。我们也可以将printf函数写在while（1）中，实现多次打印。

$I]AII)IHU_N1WJRST{MY7T3.png$

这个XCOM串口调试助手在WIN10下容易出现崩溃停止响应，这里推荐WIN10官方商店的一个串口调试助手，稳定不崩溃好用。如下图：

3NJ5DAZ`HSV8FEZNWVQW2KJ.png

5 三种串口发送方式说明
5.1轮询方式printf函数重定义
以串口1为例代码如下，此时使用keil需要勾选microlib

int fputc(int ch, FILE *f) //轮询方式，超时机制，输出到串口函数重定义
{
HAL_UART_Transmit(&huart1, (uint8_t *)&ch, sizeof(ch), 0xFFFF);
return ch;
}
/*HAL_StatusTypeDef HAL_UART_Receive(UART_HandleTypeDef *huart, uint8_t *pData, uint16_t Size, uint32_t Timeout)*/
int fgetc(FILE *f) //轮询方式，超时机制，接收到串口函数重定义
{
uint8_t ch;
HAL_UART_Receive(&huart1, (uint8_t *)&ch, sizeof(ch), 0xFFFF);
return ch;
}

复制代码

5.2中断方式方式串口发送数据
以串口1为例代码如下
1,定义要发送的数据。

uint8_t string_it[]="Int:hello world!";

复制代码

2，调用串口发送函数。

HAL_UART_Transmit_IT(&huart2, (uint8_t *)string_it, sizeof(string_it));

复制代码

5.3 DMA方式串口发送数据
以串口1为例代码如下
1,定义要发送的数据。

uint8_t string_dma[]="DMA:hello world!";

复制代码

2，调用串口发送函数。

HAL_UART_Transmit_DMA(&huart2, (uint8_t *)string_dma, sizeof(string_dma));

复制代码

三者可以混用，如下图所示

HAL_UART_Transmit_DMA(&huart2, (uint8_t *)string_dma, sizeof(string_dma));
HAL_Delay(1);
printf("\r\nPoling:hello world!\r\n");
HAL_UART_Transmit_IT(&huart2, (uint8_t *)string_it, sizeof(string_it));

复制代码

则输出的结果是

如果将Hal_delay(1)函数注释掉，将只会输出DMA信息，如下图

$7_%TAS0IP%`G%SHAL8{WXEJ.png$

6 NUCLEO_F103RB程序移植
主体程序使用CUBEIDE直接生成，另外将生成的多余注释全部删除，程序进行分层，将底层代码抽象出来，main函数中只保留应用函数。

6.1 程序说明
软件简介
使用STM32CubeIDE自动生成代码。
软件是使用了HAL库，使用了内部集成的CubeMX。
这个软件是用来验证单板是否完整的Demo程序，可以验证LED灯，按键以及串口的收发功能。
串口的数据格式是115200，N，8，1

软件内容
按键控制LED灯。
另外可以通过串口发送数据和接收数据
软件的BSP文件和main文件已经分开，将多余的注释全部删除，看起来更加简洁。

使用说明
首先可以按10次，每次按一下，LED会发生翻转。到达后要求输入一个整数。
输入一个数据后，后续按键允许的次数即为输入的数字；
串口输入输出函数已经重新定向到printf和scanf，这个的重定向和keil中不同，另外，增加了一条清除接收区缓存区的语句，不然scanf不能正常收。

软件备注
此软件已经在Ubuntu上运行编译通过;
下载到单板上已经验证通过。

6.2 源码
main函数如下

#include "BSP.h"
int main(void)
{
int key=0;
int ledTimes = 0;
int inNumber =10;
HAL_Init();
SystemClock_Config();
MX_GPIO_Init();
MX_USART2_UART_Init();
setvbuf(stdin, NULL, _IONBF, 0);//清空接收区域缓冲区，否则要到1KB才会刷新
// setvbuf(stdout, NULL, _IONBF, 0);
puts("press key to toggle led!\n");
while (1)
{
if(HAL_GPIO_ReadPin(B1_GPIO_Port,B1_Pin)==0)
{
while(HAL_GPIO_ReadPin(B1_GPIO_Port,B1_Pin)==0);//等待按键释放
key=1;
}
else
key=0;
if(key==1)
{
ledTimes++;
printf("LED is toggling! %d times\n",ledTimes);
HAL_GPIO_TogglePin(LD2_GPIO_Port, LD2_Pin);//翻转LED灯
}
if(ledTimes == inNumber)
{
puts("intput the end number of LEDs\n");
scanf("%d",&inNumber) ;
printf("the number you input is %d,press key to toggle led!\n",inNumber);
ledTimes = 0;
}
key = 0;
}
}

复制代码

BSP函数如下

#include "BSP.h"
UART_HandleTypeDef huart2;
void SystemClock_Config(void)
{
RCC_OscInitTypeDef RCC_OscInitStruct = {0};
RCC_ClkInitTypeDef RCC_ClkInitStruct = {0};
RCC_OscInitStruct.OscillatorType = RCC_OSCILLATORTYPE_HSI;
RCC_OscInitStruct.HSIState = RCC_HSI_ON;
RCC_OscInitStruct.HSICalibrationValue = RCC_HSICALIBRATION_DEFAULT;
RCC_OscInitStruct.PLL.PLLState = RCC_PLL_ON;
RCC_OscInitStruct.PLL.PLLSource = RCC_PLLSOURCE_HSI_DIV2;
RCC_OscInitStruct.PLL.PLLMUL = RCC_PLL_MUL16;
if (HAL_RCC_OscConfig(&RCC_OscInitStruct) != HAL_OK)
{
Error_Handler();
}
/** Initializes the CPU, AHB and APB buses clocks
*/
RCC_ClkInitStruct.ClockType = RCC_CLOCKTYPE_HCLK|RCC_CLOCKTYPE_SYSCLK
|RCC_CLOCKTYPE_PCLK1|RCC_CLOCKTYPE_PCLK2;
RCC_ClkInitStruct.SYSCLKSource = RCC_SYSCLKSOURCE_PLLCLK;
RCC_ClkInitStruct.AHBCLKDivider = RCC_SYSCLK_DIV1;
RCC_ClkInitStruct.APB1CLKDivider = RCC_HCLK_DIV2;
RCC_ClkInitStruct.APB2CLKDivider = RCC_HCLK_DIV1;
if (HAL_RCC_ClockConfig(&RCC_ClkInitStruct, FLASH_LATENCY_2) != HAL_OK)
{
Error_Handler();
}
}
void MX_USART2_UART_Init(void)
{
huart2.Instance = USART2;
huart2.Init.BaudRate = 115200;
huart2.Init.WordLength = UART_WORDLENGTH_8B;
huart2.Init.StopBits = UART_STOPBITS_1;
huart2.Init.Parity = UART_PARITY_NONE;
huart2.Init.Mode = UART_MODE_TX_RX;
huart2.Init.HwFlowCtl = UART_HWCONTROL_NONE;
huart2.Init.OverSampling = UART_OVERSAMPLING_16;
if (HAL_UART_Init(&huart2) != HAL_OK)
{
Error_Handler();
}
}
void MX_GPIO_Init(void)
{
GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct = {0};
/* GPIO Ports Clock Enable */
__HAL_RCC_GPIOC_CLK_ENABLE();
__HAL_RCC_GPIOD_CLK_ENABLE();
__HAL_RCC_GPIOA_CLK_ENABLE();
__HAL_RCC_GPIOB_CLK_ENABLE();
/*Configure GPIO pin Output Level */
HAL_GPIO_WritePin(LD2_GPIO_Port, LD2_Pin, GPIO_PIN_RESET);
/*Configure GPIO pin : B1_Pin */
GPIO_InitStruct.Pin = B1_Pin;
GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_IT_RISING;
GPIO_InitStruct.Pull = GPIO_NOPULL;
HAL_GPIO_Init(B1_GPIO_Port, &GPIO_InitStruct);
/*Configure GPIO pin : LD2_Pin */
GPIO_InitStruct.Pin = LD2_Pin;
GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_OUTPUT_PP;
GPIO_InitStruct.Pull = GPIO_NOPULL;
GPIO_InitStruct.Speed = GPIO_SPEED_FREQ_LOW;
HAL_GPIO_Init(LD2_GPIO_Port, &GPIO_InitStruct);
/* EXTI interrupt init*/
HAL_NVIC_SetPriority(EXTI15_10_IRQn, 0, 0);
HAL_NVIC_EnableIRQ(EXTI15_10_IRQn);
}
void Error_Handler(void)
{
__disable_irq();
while (1)
{
HAL_GPIO_TogglePin(LD2_GPIO_Port, LD2_Pin);//翻转LED灯
HAL_Delay(250);
}
}
int __io_putchar(int ch)//printf函数重新定义
{
HAL_UART_Transmit(&huart2, (uint8_t *)&ch, 1, 0xFFFF);
return ch;
}
int __io_getchar()//scanf函数重定向
{
uint8_t ch;
HAL_UART_Receive(&huart2,(uint8_t *)&ch, 1, 0xFFFF);
return ch;
}

复制代码

BSP头文件如下

#ifndef INC_BSP_H_
#define INC_BSP_H_
#include "stm32f1xx_hal.h"
#include "stdio.h"
#define B1_Pin GPIO_PIN_13
#define B1_GPIO_Port GPIOC
#define B1_EXTI_IRQn EXTI15_10_IRQn
#define USART_TX_Pin GPIO_PIN_2
#define USART_TX_GPIO_Port GPIOA
#define USART_RX_Pin GPIO_PIN_3
#define USART_RX_GPIO_Port GPIOA
#define LD2_Pin GPIO_PIN_5
#define LD2_GPIO_Port GPIOA
#define TMS_Pin GPIO_PIN_13
#define TMS_GPIO_Port GPIOA
#define TCK_Pin GPIO_PIN_14
#define TCK_GPIO_Port GPIOA
#define SWO_Pin GPIO_PIN_3
#define SWO_GPIO_Port GPIOB
void SystemClock_Config(void);
void MX_GPIO_Init(void);
void MX_USART2_UART_Init(void);
void Error_Handler(void);
#endif /* INC_BSP_H_ */

复制代码

6.3 串口使用效果

`U6LDN3%X9((%9%1H9D{UKY.png

6.4码云上的地址
6.4.1 STM32F103程序源码
程序源码已经进开源，方便自己后续验证自己的单板上的串口，按键以及LED灯是否完好。

6.4.2 STM32F407程序源码
底层驱动使用cubeIDE自动生成，应用代码基本移植于F103，由于底层驱动和应用层进行了很好的分割，所以移植非常方便。