📚 课程目录第3章实现串口驱动并重定向printf

3. 实现串口驱动并重定向printf

任务目标

在嵌入式目标板上实现串口(UART)底层驱动，并将C标准库的printf输出重定向到该串口，使调试信息能够通过串口工具打印到PC终端。本案例以STM32F103系列MCU和STM32CubeIDE环境为例，给出最小可复现实现。

硬件与依赖

硬件：STM32F103最小系统板（USART1，PA9=TX，PA10=RX），USB转TTL模块
软件：STM32CubeIDE（含HAL库），串口终端工具（如PuTTY、MobaXterm）
CubeMX初始化：USART1异步模式，波特率115200，8数据位，1停止位，无校验

关键完整代码

在CubeMX生成的工程基础上，核心实现分为两部分：串口发送函数封装，以及printf重定向。以下代码直接添加到usart.c或main.c中（需包含stdio.h）。

/* 在 usart.c 或 main.c 中添加 */

/* 1. 串口发送单个字节（HAL库底层已实现，此处仅做重定向接口） */
int _write(int file, char *ptr, int len)
{
    HAL_UART_Transmit(&huart1, (uint8_t *)ptr, len, HAL_MAX_DELAY);
    return len;
}

/* 2. 若使用MicroLIB，则改用以下实现（二选一，不可同时启用） */
#if 0
int fputc(int ch, FILE *f)
{
    HAL_UART_Transmit(&huart1, (uint8_t *)&ch, 1, HAL_MAX_DELAY);
    return ch;
}
#endif

/* 3. 在 main() 中调用示例 */
int main(void)
{
    HAL_Init();
    SystemClock_Config();
    MX_GPIO_Init();
    MX_USART1_UART_Init();

    /* 重定向后，printf 输出将发送到 USART1 */
    printf("UART printf redirect OK\r\n");
    printf("System Clock: %d MHz\r\n", (int)HAL_RCC_GetSysClockFreq() / 1000000);

    while (1)
    {
        printf("Hello from STM32, tick: %lu\r\n", HAL_GetTick());
        HAL_Delay(1000);
    }
}

工程配置要点

MicroLIB设置：在工程属性 → C/C++ Build → Settings → MCU Settings 中勾选 Use MicroLIB。若使用标准库，则必须实现_write函数（上述代码已提供）；若使用MicroLIB，则需改用fputc实现（代码中#if 0部分）。
头文件：确保包含 #include <stdio.h>。
中断优先级：本案例使用阻塞式发送（HAL_MAX_DELAY），无需配置中断。若需非阻塞发送，可改用中断或DMA方式，但不在本案例范围内。

运行与验证

使用USB转TTL模块连接：GND→GND，TX→PA10（STM32的RX），RX→PA9（STM32的TX）。
打开串口终端，选择对应COM口，设置波特率115200、8N1。
编译并烧录程序，复位开发板。
通过条件：终端窗口每秒打印一次 Hello from STM32, tick: N（N为递增的毫秒计数值），且首次上电时打印两行初始化信息。若能看到上述输出，说明串口驱动和printf重定向均正常工作。

常见问题

无输出：检查USB转TTL模块的TX/RX是否交叉连接；确认波特率设置一致；检查PA9/PA10是否被其他外设占用。
输出乱码：多为波特率不匹配或时钟配置错误导致，检查CubeMX中USART1的波特率配置与实际终端设置。
编译报错_write未定义：若使用MicroLIB，请改用fputc实现；若使用标准库，确认已包含stdio.h且函数签名正确。