单片机的printf重定向串口输出调试信息

前言

在 PC 上运行 C 语言时，prinf 输出的内容会打印在电脑显示器上，这是因为 prinf 默认的输出设备就是显示器。而当我们在单片机上，需要通过 printf 函数将信息打印到串口，就要对 printf 函数的输出进行重定向。

printf 输出重定向的方法

printf 函数声明如下：

int printf(const char *format, ...);

printf 函数根据 format 字符串给出的格式打印输出到 stdout（标准输出）中，当然，printf 函数是不会一个字符一个字符去输出，它会调用更底层的 I/O 函数去逐个字符打印。

printf 是库函数，不同编译器对 C库的底层实现机制是不同的，因此 printf 中调用了哪个底层 I/O 函数来输出字符，需要根据当前使用的编译器来确定。

我们实现 printf 输出重定向的方法就是找到当前使用的编译器中，printf 调用了哪个底层 I/O 函数来输出字符，再改写该函数，将字符通过串口输出。

如何确定输出字符的底层 I/O 函数？

以 Keil 为例，点击菜单栏 Help ==> μVision Help 选项，打开帮助文档。

如果你是51单片机项目，那么使用的编译器是 Keil C51，打开的就是 C51 的帮助文档；如果你是 ARM 单片机项目，那么使用的编译器是 Keil MDK，打开的就是 ARM 的帮助文档。

查找 printf 关键字，可以看到 C51 的 printf 底层是调用 putchar 函数实现字符输出的：

而 ARM 的 printf 函数底层是调用 fputc函数实现字符输出的：

从上述的结果可知，要想通过 printf 向串口打印调试信息，C51 单片机需要改写 putchar( ) 函数，而 ARM 单片机则需要改写 fputc( ) 函数。

C51 和 ARM 项目中，printf 输出重定向的方法是不一样的，这就是有些人把 STM32 的 printf 搬到 C51 中会出错的原因之一。

C51 重定向 printf 输出的注意事项

C51 重定向 printf 函数的输出到串口，需要改写 putchar 函数，伪代码如下：

char putchar (char ch)
{
    SBUF0 = ch;
while( !(SCON0 & (1< < 1)));
    SCON0 &=~(1< < 1);        
return 0;
}

使用 printf 函数前，需要包含 头文件。

51单片机重定向 printf 函数后，如果直接像 PC机或者是 32位单片机那样使用 %d 占位符打印数值，输出的数值可能是错误的，例如下面的代码输出结果可能就是不正确：

int i = 10; 
printf("%d", i);

Keil 中扩展了 b、h、l 来设置字节宽度：

• b - 8bit
• h - 16bit (默认)
• l - 32bit

在 Keil C51中，用 printf 输出一个单字节变量时，要使用%bd，例如：

unsigned char x = 'A'; 
printf("x: %bdn", x);

这些内容在 Keil C51 帮助文档关于 printf 的章节中有提到：

扩展知识

不知道有没小伙伴发现，如果项目中没有重写 putchar 或 fputc 函数，直接调用 printf 也不会报错，只是 printf 打印的内容不知道输出到哪里罢了。

printf 函数里面调用了更加底层的 putchar 或 fputc 函数而没有报错，说明在 C库里面已经实现了 putchar 或 fputc 函数，那为什么我们在 C库外重新实现 putchar 或 fputc 函数时，编译器没有报重复定义的错误呢？

这是因为在 C库里，putchar 或 fputc 函数被定义成了弱函数(weak)，当你定义了 putchar 或 fputc 函数，那么编译时就使用你定义的函数，否则就使用 C库中的 putchar 或 fputc 函数。