Linux-ARM裸机(十一)-UART串口通信

发布时间：2024年01月15日

????????无论单片机开发还是嵌入式 Linux 开发，串口都是最常用到的外设。可通过串口将开发板与电脑相连，然后在电脑上通过串口调试助手来调试程序。还有很多的模块，比如蓝牙、GPS、 GPRS 等都使用的串口来与主控进行通信的，在嵌入式 Linux 中一般使用串口作为控制台。本篇记录了如何驱动 I.MX6U 的串口，并使用串口和电脑进行通信。

UART 简介

1、 UART 通信格式

????????串口全称叫做串行接口，通常也叫?COM 接口，串行接口指的是数据一个一个的顺序传输，通信线路简单。使用两条线即可实现双向通信，一条用于发送，一条用于接收。串口通信距离远，但是速度相对会低，串口是一种很常用的工业接口。 I.MX6U 自带的 UART 外设就是串口的一种，UART 全称是 Universal Asynchronous Receiver/Trasmitter，也就是异步串行收发器。既然有异步串行收发器，那肯定也有同步串行收发器，比如：STM32除了有 UART 外，还有另外一个叫做 USART 的东西。USART 全称是 UniversalSynchronous/Asynchronous Receiver/Transmitter，也就是同步/异步串行收发器。相比 UART 多了一个同步的功能，在硬件上体现出来的就是多了一条时钟线。一般 USART 是可以作为 UART使用的，也就是不使用其同步的功能。

????????UART 作为串口的一种，其工作原理也是将数据一位一位的进行传输，发送和接收各用一条线，因此通过 UART 接口与外界相连最少需要三条线： TXD(发送)、 RXD(接收)和 GND(地线)。如下图UART 的通信格式：

上图中各位的含义如下：
空闲位：数据线在空闲状态的时候为逻辑“1”状态，也就是高电平，表示没有数据线空闲，无数据传输。
起始位：当要传输数据的时候先传输一个逻辑“0”，也就是将数据线拉低，表示开始数据传输。
数据位： 数据位就是实际要传输的数据，数据位数可选择 5~8 位，我们一般都是按照字节传输数据的，一个字节 8 位，因此数据位通常是 8 位的。低位在前，先传输，高位最后传输。
奇偶校验位： 这是对数据中“1”的位数进行奇偶校验用的，可以不使用奇偶校验功能。
停止位：数据传输完成标志位，停止位的位数可以选择 1 位、 1.5 位或 2 位高电平，一般选择 1 位停止位。
波特率：波特率就是 UART 数据传输的速率，也就是每秒传输的数据位数，一般选择 9600、19200、 115200 等。

2、UART 电平标准

之前学习STM32时候笔记有所记录，本处重复记录。

UART 一般的接口电平有 TTL 和 RS-232，一般开发板上都有 TXD 和 RXD 这样的引脚，这些引脚低电平表示逻辑 0，高电平表示逻辑 1，这个就是 TTL 电平。而RS-232 采用差分线， -3~-15V 表示逻辑 1， +3~+15V 表示逻辑 0。一般如下图中的接口就是 TTL 电平，图中就是 USB 转 TTL 模块， TTL 接口部分有 VCC、 GND、 RXD、 TXD、RTS 和 CTS。 RTS 和 CTS 基本不用，用的时候通过杜邦线和其他模块的 TTL 接口相连即可。

而RS-232 电平需要 DB9 接口， I.MX6U-ALPHA 开发板上的 COM3(UART3)口就是 RS-232 接
口的，如下图：

现在的电脑都没有 DB9 接口了，取而代之的是 USB 接口，所以催生出很多 USB转串口 TTL 芯片，比如 CH340、PL2303 等。通过这些芯片就可以实现串口 TTL 转 USB。I.MX6UALPHA 开发板就使用 CH340 芯片来完成 UART1 和电脑之间的连接，只需要一条USB 线即可，如下图：

I.MX6U UART 简介

UART 特性

前面介绍了 UART 接口，现在具体看一下 I.MX6U 的 UART 接口， I.MX6U 共有 8 个 UART，其主要特性如下：

兼容 TIA/EIA-232F 标准，速度最高可到 5Mbit/S。
支持串行 IR(红外) 接口，兼容 IrDA，最高可到 115.2Kbit/s。
支持 9 位或者多节点模式(RS-485)。
1 或 2 位停止位。
可编程的奇偶校验(奇校验和偶校验)。
自动波特率检测(最高支持 115.2Kbit/S)。

UART 几个重要寄存器

UART 的时钟源是由寄存器 CCM_CSCDR1 的 UART_CLK_SEL(bit6)位来选择的，当为 0时?UART 的时钟源为 pll3_80m(80MHz)，为 1 时?UART 的时钟源为 osc_clk(24M)，一般选择 pll3_80m 作为 UART 的时钟源。寄存器CCM_CSCDR1 的 UART_CLK_PODF(bit5:0)位是 UART 的时钟分频值，可设置 0~63，分别对应 1~64 分频，一般设置为 1 分频，则最终进入 UART 的时钟为 80MHz。

6ULL的UARTx_URXD寄存器保存着串口接收到的数据，要获取串口接收到的数据，读取此寄存器的低8位即可。UARTx_UTXD是串口发送数据寄存器，若需要通过串口发送数据，只需要将数据写入到此寄存器即可。

UART 的控制寄存器 1，即UARTx_UCR1(x=1~8)，寄存器 UARTx_UCR1 中用到的重要位如下：
ADBR(bit14)：自动波特率检测使能位，为 0 的时候关闭自动波特率检测，为 1 的时候使能自动波特率检测。
UARTEN(bit0)： UART 使能位，为 0 时关闭 UART，为 1 时使能 UART。

此寄存器的结构如下图：

UART 的控制寄存器 2： UARTx_UCR2。寄存器 UARTx_UCR2 用到的重要位如下：

IRTS(bit14)：为 0 的时候使用 RTS 引脚功能，为 1 的时候忽略 RTS 引脚。
PREN(bit8)：奇偶校验使能位，为 0 的时候关闭奇偶校验，为 1 的时候使能奇偶校验。
PROE(bit7)：奇偶校验模式选择位，开启奇偶校验以后此位如果为 0 的话就使用偶校验，此位为 1 的话就使能奇校验。
STOP(bit6)：停止位数量，为 0 的话 1 位停止位，为 1 的话 2 位停止位。
WS(bit5)：数据位长度，为 0 的时候选择 7 位数据位，为 1 的时候选择 8 位数据位。
TXEN(bit2)：发送使能位，为 0 时关闭 UART 的发送功能，为 1 时打开 UART的发送功能。
RXEN(bit1)：接收使能位，为 0 时关闭 UART 的接收功能，为 1 时打开 UART的接收功能。
SRST(bit0)：软件复位，为 0 时软件复位 UART，为 1 时表示复位完成。复位完成以后此位会自动置 1，表示复位完成。此位只能写 0，写 1 会被忽略掉。

此寄存器结构如图下图：

UARTx_UCR3 寄存器，本篇的实验只用到了寄存器 UARTx_UCR3 中的位 RXDMUXSEL(bit2)，这个位应该始终为 1，此寄存器结构如下图：

寄存器 UARTx_USR2，是 UART 的状态寄存器 2。寄存器 UARTx_USR2 用到的重要位如下：

TXDC(bit3)：发送完成标志位，为 1 的时候表明发送缓冲(TxFIFO)和移位寄存器为空，也就是发送数据完成，向 TxFIFO 写入数据后此就会自动清零。
RDR(bit0)：数据接收标志位，为 1 时表明至少接收到一个数据，可以从寄存器UARTx_URXD 寄存器中读取数据了，接收到数据以后此位会自动清零。

此寄存器结构如下图：

通过时钟树图可看出：UART的时钟源 = PLL3/6?= 480/6 = 80MHz。CSCDR1寄存器的UART_CLK_SEL位设置UART的时钟源，为0的时候，UART时钟源为80MHz，为1的时候UART时钟源为24MHz晶振。CSCDR1寄存器的UART_CLK_PODF位控制分频，一般设置为1分频。此处分频完之后，80MHz的时钟进入UART可再通过寄存器UARTx_UFCR的RFDIV(bit9:7)位来设置进一步分频。如下：

寄存器UARTx_UFCR?中要用到的是位 RFDIV(bit9:7)，用来设置时钟分频值，设置如下表：

寄存器 UARTx_UFCR 、 UARTx_UBIR 和 UARTx_UBMR，通过这三个寄存器决定 UART 的波特率，波特率的计算公式如下：

Ref Freq：经过分频以后进入 UART 的最终时钟频率，分频值由寄存器UARTx_UFCR设置。
UBMR：寄存器 UARTx_UBMR 中的值。
UBIR：寄存器 UARTx_UBIR 中的值。

通过 UARTx_UFCR 的 RFDIV 位、 UARTx_UBMR 和 UARTx_UBIR 三者的配合即可得到想要的波特率。比如要设置 UART 波特率为 115200，那么可以设置 RFDIV 为5(0b101)，也就是 1 分频，因此 Ref Freq=80MHz。设置 UBIR=71， UBMR=3124，根据上面的公式可以得到：

最后介绍一下寄存器 UARTx_URXD 和 UARTx_UTXD，这两个寄存器分别为 UART 的接收和发送数据寄存器，这两个寄存器的低八位为接到的和要发送的数据。读取寄存器UARTx_URXD 即可获取接收到的数据，若要通过 UART 发送数据，直接将数据写入寄存器 UARTx_UTXD 即可。

UART1 基本数据收发实验

配置步骤如下：

本篇使用 I.MX6U 的 UART1 完成开发板与电脑串口调试助手间串口通信， UART1 具体配置步骤如下：

设置 UART1 的时钟源：设置 UART 的时钟源为 pll3_80m，设置寄存器 CCM_CSCDR1 的 UART_CLK_SEL 位为 0 即可。
初始化 UART1：初始化 UART1 所使用 IO，设置 UART1 的寄存器 UART1_UCR1 ~ UART1_UCR3，设置内容包括：波特率，奇偶校验、停止位、数据位等等。
使能 UART1：UART1 初始化完成以后就可以使能 UART1 了，设置寄存器 UART1_UCR1 的位 UARTEN为 1。
编写 UART1 数据收发函数：编写两个函数用于 UART1 的数据收发操作

硬件原理分析

I.MX6U-ALPHA 开发板串口 1 原理图：

实验之前需要用 USB 串口线将串口 1 和电脑连接起来，还需要设置 JP5 跳线帽，将串口 1 的 RXD、 TXD 两个引脚分别与 P116、 P117 连接一起，串口 1 硬件连接设置图如下：

实验程序编写

在 bsp 文件夹下创建“uart”文件夹，然后在 bsp/uart 中新建 bsp_uart.c 和 bsp_uart.h 两个文件。

bsp_uart.h：

全部为函数声明，具体的函数实现在bsp_uart.c文件中。

#ifndef _BSP_UART_H
#define _BSP_UART_H
#include "imx6ul.h"

/* 函数声明 */
void uart_init(void);
void uart_io_init(void);
void uart_disable(UART_Type *base);
void uart_enable(UART_Type *base);
void uart_softreset(UART_Type *base);
void uart_setbaudrate(UART_Type *base,unsigned int baudrate,unsigned int srcclock_hz);
void putc(unsigned char c);
void puts(char *str);
unsigned char getc(void);
void raise(int sig_nr);

#endif

bsp_uart.c：

文件 bsp_uart.c 中共有 10 个函数。

第一个函数是 uart_init：这个函数是 UART1 初始化函数，用于初始化 UART1 相关的 IO、并且设置 UART1的波特率、字长、停止位和校验模式等，初始化完成后就使能 UART1。

第二个函数是uart_io_init：用于初始化 UART1 所使用的 IO。

第三个函数是 uart_setbaudrate：这个函数是从NXP 官方的 SDK 包里面移植过来的，用于设置波特率。我们只需将要设置的波特率告诉此函数，此函数就会使用逐次逼近方式来计算出寄存器 UART1_UFCR 的 FRDIV 位、寄存器UART1_UBIR 和寄存器 UART1_UBMR 这三个的值。

第四和第五这两个函数为 uart_disable 和uart_enable，分别是使能和关闭 UART1。

第六个函数是 uart_softreset：用于软件复位指定的 UART。

第七个函数是putc：用于通过UART1发送一个字节的数据。

第八个函数是 puts：用于通过UART1发送一串数据。

第九个函数是 getc：用于通过 UART1 获取一个字节的数据。

最后一个函数是raise：这是一个空函数，防止编译器报错。

#include "bsp_uart.h"

//初始化串口 1,波特率为 115200
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 */
    UART1->UCR1 &= ~(1<<14); /* 关闭自动波特率检测 */
/*
 * 设置 UART 的 UCR2 寄存器，设置字长，停止位，校验模式，关闭硬件流控
 * 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->UCR3 |= 1<<2; /* UCR3 的 bit2 必须为 1 */

/*
 * 设置波特率:根据上文介绍的波特率计算公式。
 * 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
 */
    UART1->UFCR = 5<<7; /* ref freq 等于 ipg_clk/1=80Mhz */
    UART1->UBIR = 71;
    UART1->UBMR = 3124;

//此处屏蔽了NXP 官方的 SDK 包里面移植过来的设置波特率函数，波特率可自己配还可直接调此函数
#if 0
    uart_setbaudrate(UART1, 115200, 80000000); /* 设置波特率 */
#endif

    uart_enable(UART1); /* 使能串口 */
}

//初始化串口 1 所使用的 IO 引脚
void uart_io_init(void)
{
   /* 1、初始化串口 IO
    * UART1_RXD -> UART1_TX_DATA
    * UART1_TXD -> UART1_RX_DATA
    */
    IOMUXC_SetPinMux(IOMUXC_UART1_TX_DATA_UART1_TX, 0);
    IOMUXC_SetPinMux(IOMUXC_UART1_RX_DATA_UART1_RX, 0);
    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
 */
void uart_setbaudrate(UART_Type *base,unsigned int baudrate,unsigned int srcclock_hz)
{
    uint32_t numerator = 0u;
    uint32_t denominator = 0U;
    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);
        base->UBMR = UART_UBMR_MOD(numerator / divider - 1);
    }
}


void uart_disable(UART_Type *base)//关闭指定的UART
{
    base->UCR1 &= ~(1<<0);
}
void uart_enable(UART_Type *base)//打开指定的UART
{
    base->UCR1 |= (1<<0);
}
void uart_softreset(UART_Type *base)//复位指定的 UART
{
    base->UCR2 &= ~(1<<0); /* 复位 UART */
    while((base->UCR2 & 0x1) == 0); /* 等待复位完成 */
}
void putc(unsigned char c)//发送一个字符，传入的参数为要发送的字符
{
    while(((UART1->USR2 >> 3) &0X01) == 0);/* 等待上一次发送完成 */
    UART1->UTXD = c & 0XFF; /* 发送数据 */
}
void puts(char *str)//发送一个字符串，传入的参数为要发送的字符串
{
    char *p = str;

    while(*p)
        putc(*p++);
}

unsigned char getc(void)    //接收一个字符,返回值为接收到的字符
{
    while((UART1->USR2 & 0x1) == 0); /* 等待接收完成 */
    return UART1->URXD; /* 返回接收到的数据 */
}
void raise(int sig_nr)    //防止编译器报错
{

}

main.c：

调用函数 uart_init 初始化 UART1，然后在 while 循环里面获取串口接收到的数据，并且将获取到的数据通过串口打印出来。

#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"

int main(void)
{
    unsigned char a=0;
    unsigned char state = OFF;
    
    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)
    {
        puts("请输入 1 个字符:");
        a=getc();
        putc(a); /* 回显功能 */
        puts("\r\n");

        /* 显示输入的字符 */
        puts("您输入的字符为:");
        putc(a);
        puts("\r\n\r\n");

        state = !state;
        led_switch(LED0,state);
    }
    return 0;
}

Makefile：

本章 Makefile 文件在链接时加入了数学库，因为在 bsp_uart.c 中有个函数uart_setbaudrate，此函数中使用到了除法运算，因此在链接时需要将编译器的数学库也链接进来。第9行的变量LIBPATH就是数学库的目录，在第56行链接的时候使用了变量LIBPATH。

我们常要用到一些第三方库，那么在连接程序时就要指定这些第三方库所在的目录， Makefile 在链接的时候使用选项“-L”来指定库所在的目录，比如下面代码中第 9 行的变量 LIBPATH 就是指定了我们所使用的编译器库所在的目录。

②、在第 61 行和 64 行中，加入了选项“-fno-builtin”，否则编译的时候提示“putc”、“puts”
这两个函数与内建函数冲突，错误信息如下所示：

warning: conflicting types for built-in function ‘putc’
warning: conflicting types for built-in function ‘puts’

编译时加入选项“-fno-builtin”表示不使用内建函数，我们就可自己实现 putc和 puts 这样的函数了。

1 CROSS_COMPILE ?= arm-linux-gnueabihf-
2 TARGET ?= uart
3 
4 CC := $(CROSS_COMPILE)gcc
5 LD := $(CROSS_COMPILE)ld
6 OBJCOPY := $(CROSS_COMPILE)objcopy
7 OBJDUMP := $(CROSS_COMPILE)objdump
8
9 LIBPATH := -lgcc -L /usr/local/arm/gcc-linaro-4.9.4-2017.01-
                    x86_64_arm-linux-gnueabihf/lib/gcc/arm-linux-gnueabihf/4.9.4
10
11
12 INCDIRS := imx6ul \
13            bsp/clk \
14            bsp/led \
15            bsp/delay \
16            bsp/beep \
17            bsp/gpio \
18            bsp/key \
19            bsp/exit \
20            bsp/int \
21            bsp/epittimer \
22            bsp/keyfilter \
23            bsp/uart
24
25 SRCDIRS := project \
26            bsp/clk \
27            bsp/led \
28            bsp/delay \
29            bsp/beep \
30            bsp/gpio \
31            bsp/key \
32            bsp/exit \
33            bsp/int \
34            bsp/epittimer \
35            bsp/keyfilter \
36            bsp/uart
37
38
39 INCLUDE     := $(patsubst %, -I %, $(INCDIRS))
40
41 SFILES      := $(foreach dir, $(SRCDIRS), $(wildcard $(dir)/*.S))
42 CFILES      := $(foreach dir, $(SRCDIRS), $(wildcard $(dir)/*.c))
43
44 SFILENDIR   := $(notdir $(SFILES))
45 CFILENDIR   := $(notdir $(CFILES))
46
47 SOBJS       := $(patsubst %, obj/%, $(SFILENDIR:.S=.o))
48 COBJS       := $(patsubst %, obj/%, $(CFILENDIR:.c=.o))
49 OBJS        := $(SOBJS) $(COBJS)
50
51 VPATH       := $(SRCDIRS)
52
53 .PHONY: clean
54
55 $(TARGET).bin : $(OBJS)
56     $(LD) -Timx6ul.lds -o $(TARGET).elf $^ $(LIBPATH)
57     $(OBJCOPY) -O binary -S $(TARGET).elf $@
58     $(OBJDUMP) -D -m arm $(TARGET).elf > $(TARGET).dis
59
60 $(SOBJS) : obj/%.o : %.S
61     $(CC) -Wall -nostdlib -fno-builtin -c -O2 $(INCLUDE) -o $@ $<
62
63 $(COBJS) : obj/%.o : %.c
64     $(CC) -Wall -nostdlib -fno-builtin -c -O2 $(INCLUDE) -o $@ $<
65
66 clean:
67     rm -rf $(TARGET).elf $(TARGET).dis $(TARGET).bin $(COBJS) $(SOBJS)

链接脚本保持不变。

串口格式化函数移植实验

上面实验实现了 UART1 基本的数据收发功能，虽然可以用来调试程序，但是功能单一，只能输出字符。若需要输出数字还需要我们自己先将数字转换为字符，非常不方便。我们可以将 printf 函数映射到串口上，这样就可使用printf 函数完成格式化输出了，使用非常方便。本实验即实现将 printf 这样的格式化函数移植到 I.MX6U-ALPHA 开发板上。

串口格式化函数简介

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。这样有了输入和输出，实现了最基本的人机交互。学习 STM32 时将 printf 映射到串口上，这样即使没有屏幕，也可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，这样就可使用串口调试助手的上位机作为开发板终端，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，方便我们开发调试程序。之前基本串口收发数据实验中，串口驱动已编写完成，本实验通过移植网上别人已经做好的文件来实现格式化函数。

实验程序编写

本实验所需要移植的源码在正点原子开发板资料中，路径为： 1、例程源码->5、模块驱动源码->2、格式化函数源码->stdio，文件夹 stdio 里面的文件就是我们要移植的源码文件。本实验在上一实验例程的基础上完成，将 stdio 文件夹复制到实验工程根目录中。

stdio 里面有两个文件夹： include 和 lib，这两个文件夹里面的内容如下：

stdio 里面的文件是从 uboot 里移植过来的。后面学习 uboot 后可以自行从 uboot 源码里面“扣”出相应的文件，完成格式化函数的移植。这里 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，但是基本够使用。移植好以后就要测试相应的函数工作是否正常。如下代码，测试移植是否成功。使用 scanf 函数等待键盘输入两个整数，然后将两个整数进行相加并使用 printf 函数输出结果：

#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"

int main(void)
{
    int c = 100;
    printf("%d的十六进制为：%#x\r\n",c,c);  //验证一下打印十六进制数
    
    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);/* 输出和 */

        state = !state;
        led_switch(LED0,state);
    }
    return 0;
}

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

1 CROSS_COMPILE ?= arm-linux-gnueabihf-
2 TARGET ?= printf
3 
4
/* 省略掉其它代码...... */
5 
6 INCDIRS := imx6ul \
7 stdio/include \
8 bsp/clk \
9 bsp/led \
10 bsp/delay \
11 bsp/beep \
12 bsp/gpio \
13 bsp/key \
14 bsp/exit \
15 bsp/int \
16 bsp/epittimer \
17 bsp/keyfilter \
18 bsp/uart
19
20 SRCDIRS := project \
21 stdio/lib \
22 bsp/clk \
23 bsp/led \
24 bsp/delay \
25 bsp/beep \
26 bsp/gpio \
27 bsp/key \
28 bsp/exit \
29 bsp/int \
30 bsp/epittimer \
31 bsp/keyfilter \
32 bsp/uart
33
34 /* 省略掉其它代码...... */
35
36 $(COBJS) : obj/%.o : %.c
37 $(CC) -Wall -Wa,-mimplicit-it=thumb -nostdlib -fno-builtin -c -O2 $(INCLUDE) -o $@ $<
38
39 clean:
40     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”，否则的话会有如下错误提示：

thumb conditional instruction should be in IT block -- `addcs r5,r5,#65536'

链接脚本保持不变。

实验现象：I.MX6U开发板通过printf函数将 “输入两个整数，使用空格隔开” 打印到串口调试助手上位机SecureCRT界面。键盘键入两个整数，通过串口传给了I.MX6U开发板，然后通过scanf函数接收，接收到整数然后进行计算后，通过printf函数打印到SecureCRT的界面上。

文章来源:https://blog.csdn.net/xiaoliu_niuniu/article/details/135198598
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