3. 裸机串口轮询输出

任务说明

本案例在 RISC-V 裸机环境下初始化 UART 控制器，使用轮询方式逐字节发送字符串，最终在串口终端打印 Hello RISC-V。目标平台以 QEMU virt 机器为例，UART 采用 16550 兼容控制器，基地址 0x10000000。

关键寄存器与流程

• THR（偏移 0x00）：发送保持寄存器，写入待发送字节。
• LSR（偏移 0x05）：线路状态寄存器，bit5（THRE）为 1 表示发送保持寄存器空，可写入下一字节。
• 初始化：设置 LCR（偏移 0x03）为 0x03，即 8 位数据、无校验、1 位停止位。
• 发送：对每个字符轮询 LSR 的 THRE 位，置位后写入 THR。

完整代码

以下为最小可复现实现，包含 UART 初始化、轮询发送函数与 main 入口。链接脚本与启动代码沿用项目既有配置，本案例只关注 UART 部分。

#include <stdint.h>

#define UART0_BASE   0x10000000UL
#define UART_THR     (UART0_BASE + 0x00)
#define UART_LCR     (UART0_BASE + 0x03)
#define UART_LSR     (UART0_BASE + 0x05)
#define UART_LSR_THRE 0x20

static inline void mmio_write8(uintptr_t addr, uint8_t v)
{
    *(volatile uint8_t *)addr = v;
}

static inline uint8_t mmio_read8(uintptr_t addr)
{
    return *(volatile uint8_t *)addr;
}

void uart_init(void)
{
    /* 8 位数据位，无校验，1 位停止位 */
    mmio_write8(UART_LCR, 0x03);
}

void uart_putc(char c)
{
    /* 轮询等待发送保持寄存器为空 */
    while ((mmio_read8(UART_LSR) & UART_LSR_THRE) == 0) {
        /* busy wait */
    }
    mmio_write8(UART_THR, (uint8_t)c);
}

void uart_puts(const char *s)
{
    while (*s) {
        uart_putc(*s++);
    }
}

int main(void)
{
    uart_init();
    uart_puts("Hello RISC-V\n");
    for (;;) {
        /* 保持运行 */
    }
    return 0;
}

运行与验证

使用 QEMU 运行（假设已编译出 kernel.elf，入口为 main）：

qemu-system-riscv64 -machine virt -nographic -bios none -kernel kernel.elf

观察串口终端输出，若出现 Hello RISC-V 并换行，即判定通过。若终端无输出，依次检查：UART 基地址是否为 0x10000000、LCR 是否写入 0x03、LSR 的 THRE 位轮询条件是否正确、字符串是否以 \0 结尾。