大家好，我是痞子衡，是正經搞技術的痞子。今天痞子衡給大家分享的是IAR下調試信息輸出機制之硬件UART外設。

在嵌入式世界里，輸出打印信息是一種非常常用的輔助調試手段，借助打印信息，我們可以比較容易地定位和分析程序問題。在嵌入式應用設計里實現打印信息輸出的方式有很多，本系列將以 IAR 環境為例逐一介紹 ARM Cortex-M 內核 MCU 下打印信息輸出方法。

本篇是第一篇，我們先介紹最常見的輸出打印信息方式，即利用 MCU 芯片內的硬件 UART 外設。本篇其實并不是要具體介紹 UART 外設模塊使用方法，而是重點分析 IAR 下是如何聯系 C 標準頭文件 stdio.h 定義的 printf() 函數與 UART 外設底層驅動函數的。

Note：本文使用的 IAR EWARM 軟件版本是 v9.10.2。

一、打印輸出整體框圖

首先簡介下本文介紹的打印輸出方法整體軟硬件框圖，硬件上主要是 PC 主機、MCU 目標板、一根連接線（連接線有兩種方案：一種是 RS232 串口線、另一種是 TTL 串口轉 USB 模塊板）。

軟件上 PC 這邊需要安裝一個串口調試助手軟件，然后目標板 MCU 應用程序需要包含打印輸出相關代碼，當 MCU 程序運行起來后，驅動片內 UART 外設實現打印字符數據 (hello world.) 物理傳輸，在 PC 上串口調試助手軟件里可以看到打印信息。

上圖里的 MCU 應用程序是在 IAR 環境下編譯鏈接的，因此我們的重點就是 stdio.h 頭文件里的 printf() 在 IAR 下到底是如何與 UART 外設驅動函數“勾搭”起來的。

二、C 標準頭文件 stdio.h

熟悉嵌入式工程的朋友應該都知道 stdio.h 頭文件并不在用戶工程文件夾里，無需我們手動添加該文件進工程目錄，該文件是 C 標準定義的頭文件，由工具鏈自動提供。

stdio.h 是 C 語言為輸入輸出提供的標準庫頭文件，其前身是邁克·萊斯克 20 世紀 70 年代編寫的“可移植輸入輸出程序庫”。C 語言中的所有輸入和輸出都由抽象的字節流來完成，對文件的訪問也通過關聯的輸入或輸出流進行。

stdio.h 原型：https://cplusplus.com/reference/cstdio/

大部分人學 C 語言一般都是在 Visual Studio / C++ 環境下，在這個環境里 stdio.h 定義的那些函數底層實現都由 Visual Studio 軟件直接搞定，我們通常無需關心其實現細節。

在嵌入式 IAR 環境下，這些標準 C 定義的頭文件大部分也都是可以被支持的，我們可以在如下 IAR 軟件目錄找到它們，當我們在工程代碼里加入 #include 等語句時，實際上就是添加 IAR 軟件目錄里的文件進工程編譯。

IAR SystemsEmbedded Workbench 9.10.2arminccstdio.h

但是 IAR 目錄下 stdio.h 文件里定義的諸如 printf() 函數具體實現我們是需要關注的，畢竟是要編譯鏈接生成具體機器碼下載進 MCU 運行的，但是 printf() 函數原型在哪呢？我們先留個懸念。

三、UART 外設驅動函數

說到 UART 外設驅動函數，這個大家應該再熟悉不過了。我們以恩智浦 i.MXRT1060 型號（ARM Cortex-M7 內核）為例來具體介紹，在其官方 SDK 包里有相應的 LPUART 驅動文件：

SDK_2.11.0_EVK-MIMXRT1060devicesMIMXRT1062driversfsl_lpuart.h
SDK_2.11.0_EVK-MIMXRT1060devicesMIMXRT1062driversfsl_lpuart.c

這個 LPUART 驅動庫里的 LPUART_WriteBlocking() 和 LPUART_ReadBlocking() 函數可以完成用戶數據包的發送和接收，其實單純利用 LPUART_WriteBlocking() 函數也可以實現打印信息輸出，只是沒有 printf() 函數那樣包含格式化輸出的強大功能。

status_tLPUART_Init(LPUART_Type*base,constlpuart_config_t*config,uint32_tsrcClock_Hz)
status_tLPUART_WriteBlocking(LPUART_Type*base,constuint8_t*data,size_tlength)
status_tLPUART_ReadBlocking(LPUART_Type*base,uint8_t*data,size_tlength)

四、IAR 對 C 標準 I/O 庫的支持

IAR 顯然是對 C 標準 I/O 庫有支持的，不然我們不可能在工程里能使用 printf() 函數，只是這個支持我們如何去輕松發現呢？痞子衡今天教大家一個方法，就是看工程編譯鏈接后生成的 .map 文件，這個 map 文件里會列出工程里所有函數的來源。

4.1 引出底層接口 __write()

我們以 SDK_2.11.0_EVK-MIMXRT1060oardsevkmimxrt1060demo_appshello_worldiar 工程為例來介紹，需要簡單改造一下工程里 hello_world.c 文件里的 main() 函數，將原來代碼全部刪掉（原來的打印輸出涉及恩智浦 SDK 封裝，本文沒必要關心其實現），只要如下一句打印即可：

#include
intmain(void)
{
printf("helloworld.
");
while(1);
}

然后注意工程選項里跟 Library 實現相關的如下三處設置。其中 Library 選項配置的是 runtime lib 的功能，有 Normal 和 Full 兩個選項（可按需選擇）；Printf formatter 選項決定格式化輸出功能細節，分 Full、Large、Small、Tiny 四個選項（可按需選擇）。Library low-level interface implementation 選項決定低層 I/O 實現，這里我們選 None，即由用戶來實現。

配置好 Library 后編譯工程會發現有如下報錯，根據這個報錯我們可以猜到 dl7M_tln.a 是 IAR 編譯好的 C/C++ 庫，庫里面實現了 printf() 函數及其所依賴的 putchar() 函數，而 puchar() 函數對外提供了底層 I/O 接口函數，這個 I/O 函數名字叫 __write()，它就是需要用戶結合芯片 UART 外設去實現的發送函數。

 Error[Li005]: no definition for "__write" [referenced from putchar.o(dl7M_tln.a)]

在 IAR 目錄下我們可以找到 dl7M_tln.a 文件路徑，經過測試，工程 Library 設置里 Normal 和 Full 選項其實就是選 dl7M_tln.a 還是 dl7M_tlf.a 進用戶工程去鏈接。

4.2 DLIB底層 I/O 接口設計

找到了 __write() 函數，但是它的原型到底是什么？我們該如何實現它？這時候需要去查萬能的 IAR SystemsEmbedded Workbench 9.10.2armdocEWARM_DevelopmentGuide.ENU 手冊，在里面搜索 __write 字樣可以找到如下設計，原來我們在代碼里調用的 C 標準 I/O 接口均是由 IAR 底層預編譯好的 DLIB 去具體實現的，這個 DLIB 庫也留下了給用戶實現的最底層與硬件相關的接口函數。

IAR 為 DLIB 里那些最底層的 I/O 接口函數都創建了模板源文件，在這些模板文件里我們可以找到它們的原型，所以我們在 write.c 文件里找到了 __write() 原型及其示例實現。

size_t__write(inthandle,constunsignedchar*buffer,size_tsize)

4.3 DLIB庫 I/O 相關源碼實現

有了 __write() 原型及示例代碼，我們很容易便能用 LPUART_WriteBlocking() 函數去實現它，將這個代碼添加進 hello_world 工程編譯，這時候就不會報錯了（當然要想真正在板子上測試打印功能，main 函數里還得加入 LPUART 初始化代碼）。

#include"fsl_lpuart.h"
size_t__write(inthandle,constunsignedchar*buf,size_tsize)
{
//假設使用LPUART1去做輸出
(void)LPUART_WriteBlocking(LPUART1,buf,size);

return0;
}

工程編譯完成后，查看生成的 hello_world.map 文件，找到 dl7M_tln.a 部分的信息，可以看到其由很多個 .o 文件組成（功能比較豐富），這些 .o 文件都是可以在 IAR 安裝目錄下找到其源碼的。

*******************************************************************************
*** MODULE SUMMARY
***

    Module                ro code  ro data  rw data
    ------                -------  -------  -------
dl7M_tln.a: [10]
    abort.o                     6
    exit.o                      4
    low_level_init.o            4
    printf.o                   40
    putchar.o                  32
    xfail_s.o                  64                 4
    xprintfsmall_nomb.o     1'281
    xprout.o                   22
    -----------------------------------------------
    Total:                  1'453                 4

DLIB 庫中關于 I/O 相關的源碼放在了如下目錄里，感興趣的可以去查看其具體實現，這里特別提一下 formatter 文件夾下 xprintf 有很多種不同的源文件實現，其實就對應了工程選項 Printf formatter 里的不同配置。

IAR SystemsEmbedded Workbench 9.10.2armsrclibdlibfile
IAR SystemsEmbedded Workbench 9.10.2armsrclibdlibformatters

至此，IAR下調試信息輸出機制之硬件UART外設痞子衡便介紹完畢了，掌聲在哪里~~~

審核編輯：湯梓紅