本文詳細的介紹瞭如何重定向printf輸出到串口輸出的多種方法，包括調用MDK微庫（MicroLib）的方法，調用標準庫的方法，以及適用於 GNUC 系列編譯器的方法。
1.printf與fputc
對於 printf 函數相信大家都不陌生，第一個C語言程序就是使用 printf 函數在屏幕上的控制檯打印出Hello World，之後使用 printf 函數輸出各種類型的數據，使用格式控制輸出各種長度的字符，甚至輸出各種各樣的圖案。
除此之外，在程序出錯的時候，懶得調試，直接簡單粗暴的加個 printf 找bug，有時候也不失爲一種有效的方法。
對於已經習慣的 printf 函數，你瞭解多少呢？
printf 定義在 <stdio.h> 頭文件中，如下：
int printf(const char *format, ...);
printf 函數根據 format 字符串給出的格式打印輸出到 stdout（標準輸出）中，當然，printf 函數是不會一個字符一個字符去輸出，它會調用更底層的 I/O 函數：fputc去逐個字符打印。
fputc 也定義於頭文件 <stdio.h>中，如下：
int fputc(int ch, FILE *stream);
fputc 函數寫入字符 ch 到給定輸出流 stream，printf函數在調用該函數時，會向stream參數傳入stdout從而打印數據到標準輸出。
那麼，要實現printf打印到串口就變得非常簡單了，只需要重新定義fputc函數，在fputc的函數中將數據通過串口發送，稱之爲：fputc重定向或者printf重定向。
2.在MDK中使用MicroLib重定向printf
勾選Use MicroLib
MicroLib是對標準C庫進行了高度優化之後的庫，供MDK默認使用，相比之下，MicroLIB的代碼更少，資源佔用更少：
重定義fputc到串口
重新實現fputc函數，編寫代碼將這個字符通過串口發送，因爲發送每個字符時都會調用該函數，所以爲了效率，不再調用庫函數 HAL_UART_Transmit 發送，而是直接操作寄存器發送。
檢測串口當前狀態
STM32L431的USART串口外設有一個 ISR 寄存器，全名 Interrupt and status register， 用來指示當前串口的狀態，如圖：
其中 BIT6 TC用來指示當前串口是否發送完成，如圖：
可以通過判斷該位來判斷串口當前是否處於發送狀態，代碼如下：
while((USART1->ISR & 0X40) == 0);
串口發送字符ch
同樣，爲了提高發送效率，直接使用寄存器來操作：
USART1->TDR = (uint8_t) ch;
最後實現fputc函數就變的非常簡單了，這裏我放在usart.c文件的末尾：
/* USER CODE BEGIN 1 */
#if 1
#include <stdio.h>
int fputc(int ch, FILE *stream)
{
/* 堵塞判斷串口是否發送完成 */
while((USART1->ISR & 0X40) == 0);
/* 串口發送完成，將該字符發送 */
USART1->TDR = (uint8_t) ch;
return ch;
}
#endif
/* USER CODE END 1 */
測試printf
在main函數中測試一下printf函數是否可以正常使用：
/* USER CODE BEGIN 2 */
printf("Hello, i am %s\n", "mculover666");
printf("Test int: i = %d", 100);
printf("Test float: i = %f", 1.234);
printf("Test hex: i = 0x%2x",100);
/* USER CODE END 2 */
結果如下：
3.在MDK中使用標準庫重定向printf
printf 函數使用了半主機模式，所以直接使用標準庫會導致程序無法運行，因此必須提前告知編譯器不使用半主機模式：
不使用半主機模式
/* 告知連接器不從C庫鏈接使用半主機的函數 */
#pragma import(__use_no_semihosting)
/* 定義 _sys_exit() 以避免使用半主機模式 */
void _sys_exit(int x)
{
x = x;
}
所以，重定向fputc()函數完整的代碼如下：
#if 1
#include <stdio.h>
/* 告知連接器不從C庫鏈接使用半主機的函數 */
#pragma import(__use_no_semihosting)
/* 定義 _sys_exit() 以避免使用半主機模式 */
void _sys_exit(int x)
{
x = x;
}
/* 標準庫需要的支持類型 */
struct __FILE
{
int handle;
};
FILE __stdout;
/* */
int fputc(int ch, FILE *stream)
{
/* 堵塞判斷串口是否發送完成 */
while((USART1->ISR & 0X40) == 0);
/* 串口發送完成，將該字符發送 */
USART1->TDR = (uint8_t) ch;
return ch;
}
#endif
測試printf
測試printf函數的代碼不變，在MDK設置中取消勾選USE MICROLIB，然後重新編譯，下載代碼後試驗現象如下：
4.在GCC中使用標準庫重定向printf
不同的編譯器對於C庫的底層實現機制是不同的，所以上面兩種在MDK中的實現方法，在使用Gcc編譯器的時候是不可行的。
在Gcc中重定向printf函數時注意兩個關鍵點：
與重定義fputs()函數一樣，在使用Gcc編譯器的時候，需要重新定義
_write函數；Gcc中沒有MicroLib，只能使用標準庫；
所以重定向printf函數的代碼如下：
/* USER CODE BEGIN 1 */
#if 1
#include <stdio.h>
int _write(int fd, char *ptr, int len)
{
HAL_UART_Transmit(&huart1, (uint8_t*)ptr, len, 0xFFFF);
return len;
}
#endif
/* USER CODE END 1 */
使用STM32CubeMX生成makefile，然後使用arm-none-eabi-gcc編譯沒有問題，再使用STM32 ST-LINK utility 下載後實驗現象如下：
至此，我們已經學會實現printf()函數的多種方法，使用DAC輸出不同電壓。
上面我介紹了三種重定向printf函數的方法，你用的是哪一種呢？歡迎文末留言哈哈哈~
本文分享自微信公衆號 - 小熊派開源社區（BearPi-Club）。
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