36. printf

1. printf

格式化函数说的是 printf、 sprintf 和 scanf 这样的函数，分为格式化输入和格式化输出两类函数。学习 C 语言的时候常常通过 printf 函数在屏幕上显示字符串，通过 scanf 函数从键盘获取输入。这样就有了输入和输出了，实现了最基本的人机交互。学习 STM32 的时候会将 printf 映射到串口上，这样即使没有屏幕，也可以通过串口来和开发板进行交互。在 I.MX6U-ALPHA 开发板上也可以使用此方法，将 printf 和 scanf 映射到串口上，这样就可以使用 SecureCRT 作为开发板的终端，完成与开发板的交互。也可以使用 printf 和 sprintf 来实现各种各样的格式化字符串，方便我们后续的开发。 文件夹 stdio 里面的文件就是我们要移植的源码文件。
在这里插入图片描述

图 22.3.2 就是 stdio 里面的所有文件， stdio 里面的文件其实是从 uboot 里面移植过来的。后面学习 uboot 以后大家有兴趣的话可以自行从 uboot 源码里面“扣”出相应的文件，完成格式化函数的移植。这里要注意一点， stdio 中并没有实现完全版的格式化函数，比如 printf 函数并不支持浮点数，但是基本够我们使用了。

2.代码

//bsp_uart.c

#include "bsp_uart.h"/** @description : 初始化串口1,波特率为115200* @param       : 无* @return      : 无*/
void uart_init(void)
{/* 1、初始化串口IO            */uart_io_init();/* 2、初始化UART1           */uart_disable(UART1);    /* 先关闭UART1         */uart_softreset(UART1);  /* 软件复位UART1        */UART1->
UCR1 = 0;       /* 先清除UCR1寄存器 *//** 设置UART的UCR2寄存器，设置内容包括字长，停止位，校验模式，关闭RTS硬件流控* bit14: 1 忽略RTS引脚* bit8: 0 关闭奇偶校验* bit6: 0 1位停止位* bit5: 1 8位数据位* bit2: 1 打开发送* bit1: 1 打开接收*/UART1->UCR2 |= (1<<14) | (1<<5) | (1<<2) | (1<<1);/** UART1的UCR3寄存器* bit2: 1 必须设置为1！参考IMX6ULL参考手册3642页*/UART1->UCR3 |= 1<<2; /** 设置UART的UCR1寄存器，关闭自动波特率* bit14: 0 关闭自动波特率检测,我们自己设置波特率*/UART1->UCR1 &= ~(1<<14);#if 0  //也可用/** 设置波特率* 波特率计算公式:Baud Rate = Ref Freq / (16 * (UBMR + 1)/(UBIR+1)) * 如果要设置波特率为115200，那么可以使用如下参数:* Ref Freq = 80M 也就是寄存器UFCR的bit9:7=101, 表示1分频* UBMR = 3124* UBIR =  71* 因此波特率= 80000000/(16 * (3124+1)/(71+1))=80000000/(16 * 3125/72) = (80000000*72) / (16*3125) = 115200*/UART1->UFCR = 5<<7; //ref freq等于ipg_clk/1=80MhzUART1->UBIR = 71;UART1->UBMR = 3124;#endifuart_setbaudrate(UART1,115200,80000000);/* 使能串口 */uart_enable(UART1);
}/** @description : 初始化串口1所使用的IO引脚* @param       : 无* @return      : 无*/
void uart_io_init(void)
{/* 1、初始化IO复用 * UART1_RXD -> UART1_TX_DATA* UART1_TXD -> UART1_RX_DATA*/IOMUXC_SetPinMux(IOMUXC_UART1_TX_DATA_UART1_TX,0);  /* 复用为UART1_TX */IOMUXC_SetPinMux(IOMUXC_UART1_RX_DATA_UART1_RX,0);  /* 复用为UART1_RX *//* 2、配置UART1_TX_DATA、UART1_RX_DATA的IO属性 *bit 16:0 HYS关闭*bit [15:14]: 00 默认100K下拉*bit [13]: 0 keeper功能*bit [12]: 1 pull/keeper使能*bit [11]: 0 关闭开路输出*bit [7:6]: 10 速度100Mhz*bit [5:3]: 110 驱动能力R0/6*bit [0]: 0 低转换率*/IOMUXC_SetPinConfig(IOMUXC_UART1_TX_DATA_UART1_TX,0x10B0);IOMUXC_SetPinConfig(IOMUXC_UART1_RX_DATA_UART1_RX,0x10B0);
}/** @description         : 波特率计算公式，*                        可以用此函数计算出指定串口对应的UFCR，*                        UBIR和UBMR这三个寄存器的值* @param - base        : 要计算的串口。* @param - baudrate    : 要使用的波特率。* @param - srcclock_hz :串口时钟源频率，单位Hz* @return      : 无*/
void uart_setbaudrate(UART_Type *base, unsigned int baudrate, unsigned int srcclock_hz)
{uint32_t numerator = 0u;        //分子uint32_t denominator = 0U;      //分母uint32_t divisor = 0U;uint32_t refFreqDiv = 0U;uint32_t divider = 1U;uint64_t baudDiff = 0U;uint64_t tempNumerator = 0U;uint32_t tempDenominator = 0u;/* get the approximately maximum divisor */numerator = srcclock_hz;denominator = baudrate << 4;divisor = 1;while (denominator != 0){divisor = denominator;denominator = numerator % denominator;numerator = divisor;}numerator = srcclock_hz / divisor;denominator = (baudrate << 4) / divisor;/* numerator ranges from 1 ~ 7 * 64k *//* denominator ranges from 1 ~ 64k */if ((numerator > (UART_UBIR_INC_MASK * 7)) || (denominator > UART_UBIR_INC_MASK)){uint32_t m = (numerator - 1) / (UART_UBIR_INC_MASK * 7) + 1;uint32_t n = (denominator - 1) / UART_UBIR_INC_MASK + 1;uint32_t max = m > n ? m : n;numerator /= max;denominator /= max;if (0 == numerator){numerator = 1;}if (0 == denominator){denominator = 1;}}divider = (numerator - 1) / UART_UBIR_INC_MASK + 1;switch (divider){case 1:refFreqDiv = 0x05;break;case 2:refFreqDiv = 0x04;break;case 3:refFreqDiv = 0x03;break;case 4:refFreqDiv = 0x02;break;case 5:refFreqDiv = 0x01;break;case 6:refFreqDiv = 0x00;break;case 7:refFreqDiv = 0x06;break;default:refFreqDiv = 0x05;break;}/* Compare the difference between baudRate_Bps and calculated baud rate.* Baud Rate = Ref Freq / (16 * (UBMR + 1)/(UBIR+1)).* baudDiff = (srcClock_Hz/divider)/( 16 * ((numerator / divider)/ denominator).*/tempNumerator = srcclock_hz;tempDenominator = (numerator << 4);divisor = 1;/* get the approximately maximum divisor */while (tempDenominator != 0){divisor = tempDenominator;tempDenominator = tempNumerator % tempDenominator;tempNumerator = divisor;}tempNumerator = srcclock_hz / divisor;tempDenominator = (numerator << 4) / divisor;baudDiff = (tempNumerator * denominator) / tempDenominator;baudDiff = (baudDiff >= baudrate) ? (baudDiff - baudrate) : (baudrate - baudDiff);if (baudDiff < (baudrate / 100) * 3){base->UFCR &= ~UART_UFCR_RFDIV_MASK;base->UFCR |= UART_UFCR_RFDIV(refFreqDiv);base->UBIR = UART_UBIR_INC(denominator - 1); //要先写UBIR寄存器，然后在写UBMR寄存器，3592页 base->UBMR = UART_UBMR_MOD(numerator / divider - 1);//base->ONEMS = UART_ONEMS_ONEMS(srcclock_hz / (1000 * divider));}}/** @description : 关闭指定的UART* @param - base: 要关闭的UART* @return      : 无*/
void uart_disable(UART_Type *base)
{base->UCR1 &= ~(1<<0);  
}/** @description : 打开指定的UART* @param - base: 要打开的UART* @return      : 无*/
void uart_enable(UART_Type *base)
{base->UCR1 |= (1<<0);   
}/** @description : 复位指定的UART* @param - base: 要复位的UART* @return      : 无*/
void uart_softreset(UART_Type *base)
{base->UCR2 &= ~(1<<0);          /* UCR2的bit0为0，复位UART       */while((base->UCR2 & 0x1) == 0); /* 等待复位完成                   */
}/** @description : 发送一个字符* @param - c   : 要发送的字符* @return      : 无*/
void putc(unsigned char c)
{while(((UART1->USR2 >> 3) &0X01) == 0);/* 等待上一次发送完成 */UART1->UTXD = c & 0XFF;                 /* 发送数据 */
}/** @description : 发送一个字符串* @param - str : 要发送的字符串* @return      : 无*/
void puts(char *str)
{char *p = str;while(*p)putc(*p++);
}/** @description : 接收一个字符* @param       : 无* @return      : 接收到的字符*/
unsigned char getc(void)
{while((UART1->USR2 & 0x1) == 0);/* 等待接收完成 */return UART1->URXD;             /* 返回接收到的数据 */
}/** @description : 防止编译器报错* @param       : 无* @return      : 无*/
void raise(int sig_nr) 
{}

//main.c

#include "bsp_clk.h"
#include "bsp_delay.h"
#include "bsp_led.h"
#include "bsp_beep.h"
#include "bsp_key.h"
#include "bsp_int.h"
#include "bsp_uart.h"
#include "stdio.h"/** @description : main函数* @param       : 无* @return      : 无*/
int main(void)
{unsigned char state = OFF;int a , b;int_init();                 /* 初始化中断(一定要最先调用！) */imx6u_clkinit();            /* 初始化系统时钟          */delay_init();               /* 初始化延时            */clk_enable();               /* 使能所有的时钟          */led_init();                 /* 初始化led           */beep_init();                /* 初始化beep          */uart_init();                /* 初始化串口，波特率115200 */while(1)                    {   printf("输入两个整数，使用空格隔开:");scanf("%d %d", &a, &b);                         /* 输入两个整数 */printf("\r\n数据%d + %d = %d\r\n\r\n", a, b, a+b);    /* 输出两个数相加的和 */state = !state;led_switch(LED0,state);}return 0;
}

//Makefile
修改 Makefile 中的 TARGET 为 printf，在 INCDIRS 中加入“stdio/include”，在 SRCDIRS中加入“stdio/lib”，修改后的 Makefile 如下：

CROSS_COMPILE   ?= arm-linux-gnueabihf-
TARGET          ?= printfCC              := $(CROSS_COMPILE)gcc
LD              := $(CROSS_COMPILE)ld
OBJCOPY         := $(CROSS_COMPILE)objcopy
OBJDUMP         := $(CROSS_COMPILE)objdumpLIBPATH         := -lgcc -L /usr/local/arm/gcc-linaro-4.9.4-2017.01-x86_64_arm-linux-gnueabihf/lib/gcc/arm-linux-gnueabihf/4.9.4INCDIRS         := imx6ul \stdio/include \bsp/clk \bsp/led \bsp/delay  \bsp/beep \bsp/gpio \bsp/key \bsp/exit \bsp/int \bsp/epittimer \bsp/keyfilter \bsp/uart SRCDIRS         := project \stdio/lib \bsp/clk \bsp/led \bsp/delay \bsp/beep \bsp/gpio \bsp/key \bsp/exit \bsp/int \bsp/epittimer \bsp/keyfilter \bsp/uart INCLUDE         := $(patsubst %, -I %, $(INCDIRS))SFILES          := $(foreach dir, $(SRCDIRS), $(wildcard $(dir)/*.S))
CFILES          := $(foreach dir, $(SRCDIRS), $(wildcard $(dir)/*.c))SFILENDIR       := $(notdir  $(SFILES))
CFILENDIR       := $(notdir  $(CFILES))SOBJS           := $(patsubst %, obj/%, $(SFILENDIR:.S=.o))
COBJS           := $(patsubst %, obj/%, $(CFILENDIR:.c=.o))
OBJS            := $(SOBJS) $(COBJS)VPATH           := $(SRCDIRS).PHONY: clean$(TARGET).bin : $(OBJS)$(LD) -Timx6ul.lds -o $(TARGET).elf $^ $(LIBPATH)$(OBJCOPY) -O binary -S $(TARGET).elf $@$(OBJDUMP) -D -m arm $(TARGET).elf > $(TARGET).dis$(SOBJS) : obj/%.o : %.S$(CC) -Wall -nostdlib -fno-builtin -c -O2  $(INCLUDE) -o $@ $<$(COBJS) : obj/%.o : %.c$(CC) -Wall -Wa,-mimplicit-it=thumb -nostdlib -fno-builtin -c -O2  $(INCLUDE) -o $@ $<clean:rm -rf $(TARGET).elf $(TARGET).dis $(TARGET).bin $(COBJS) $(SOBJS)

第 2 行修改变量 TARGET 为“printf”，也就是目标名称为“printf”。
第 7 行在变量 INCDIRS 中添加 stdio 相关头文件(.h)路径。第 28 行在变量 SRCDIRS 中添加 stdio 相关文件(.c)路径。
第 37 行在编译 C 文件的时候添加了选项“-Wa,-mimplicit-it=thumb”，否则的话会有如下类似的错误提示：
thumb conditional instruction should be in IT block – `addcs r5,r5,#65536’链接脚本保持不变。

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3. 效果

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