基于单片机的串口调试打印

3.1 原理图分析

查看EK-RA6M4的原理图，如下图所示，串口 UART0 挂在了Pmod2接口的 P411，P410 这两个引脚上，而这两个引脚又可以复用为 SPI1 功能的两个引脚。此时，我们将希望修改FSP配置，让这两个引脚作为程序的 printf() 标准输出调试打印。

3.2 Pins引脚配置

接下来我们打开项目中的FSP配置文件，配置使能相应串口的Pin功能，并重新生成代码。

3.3 Stack配置

接下来我们选择 Stacks ， 点击 "New Stack" -> "Connectivity" -> "UART(r_sci_uart)" 添加串口通信功能协议栈。

如下图所示，我们可以配置串口的相应属性，如波特率等。配置好之后，点击 “Generate Project Content” 按钮，将会自动生成串口的相关代码。

• 通过 Name 字段可以修改串口的设备名为 g_uart0，它将在IDE自动生成的文件 ra_gen/hal_data.c/h 中定义串口操作相关的变量；
• 通过 Channel 字段可以修改串口通道，这里设置为0，下面的 Pins 将自动选择 TXD0、RXD0 的相关引脚；
• 串口的波特率、奇偶校验位、数据位、停止位、误码率等都在这里设置，具体将定义在 ra_gen/hal_data.c 文件里的 g_uart0_cfg 变量中；

3.4 测试串口通信

接下来，我们可以修改 src/hal_entry.c 源文件，在里面添加串口的初始化 和 发送测试函数如下：

void hal_entry (void)
{
... ...
    #define HELLO_MSG  "Hello EK-RA6M4 Board
"
    R_SCI_UART_Open(&g_uart0_ctrl, &g_uart0_cfg);
    R_SCI_UART_Write(&g_uart0_ctrl, (uint8_t *)HELLO_MSG, strlen(HELLO_MSG));

    while (1)
    {
... ...
}

其中：

• 串口的操作函数 R_SCI_UART_Open() 和 R_SCI_UART_Write() 定义在 ra/fsp/src/r_sci_uart/r_sci_uart.c 源文件中，它由e2studio动态生成；
• 打开串口函数里的两个参数 g_uart0_ctrl 和 g_uart0_cfg ，定义在 ra_gen/hal_data.c/h 文件中，该C文件由上一步配置并动态生成；

使用 USB转串口连接 UART0的相应引脚( TxD0:P411, RxD0:P410 )，重新编译运行程序，串口上将会打印相应的字符串。

3.5 printf函数实现

首先，我们在项目中创建 src/console.h 头文件如下。

#ifndef CONSOLE_H_
#define CONSOLE_H_

#include 
#include "r_sci_uart.h"
#include "hal_data.h"

#define g_console(x)    &g_uart0_##x
#define g_console_ctrl  g_console(ctrl)
#define g_console_cfg   g_console(cfg)

extern volatile bool g_console_txComplete;

/* Function declaration */
extern fsp_err_t console_initialize(void);
extern fsp_err_t deinit_console(void);
extern void console_callback(uart_callback_args_t *p_args);
extern int _write(int fd,char *pBuffer,int size);

#endif /* CONSOLE_H_ */

接下来创建 src/console.c 源文件如下：

#include "console.h"

/*  Tx complete flags */
volatile bool g_console_txComplete = false;

int _write(int fd,char *pBuffer,int size)
{
    fsp_err_t              err = FSP_SUCCESS;

    (void)fd;

    g_console_txComplete = false;
    err = R_SCI_UART_Write(g_console_ctrl, (uint8_t *)pBuffer, (uint32_t)size);
    if(FSP_SUCCESS != err)
        __BKPT();

    while(g_console_txComplete == false)
    {
    }
    return size;
}

fsp_err_t console_initialize(void)
{
    fsp_err_t err = FSP_SUCCESS;

    /* Initialize console UART */
    err = R_SCI_UART_Open (g_console_ctrl, g_console_cfg);
    FSP_ERROR_RETURN(FSP_SUCCESS == err, err);

    return FSP_SUCCESS;
}

fsp_err_t deinit_console(void)
{
    fsp_err_t err = FSP_SUCCESS;

    /* Close module */
    err =  R_SCI_UART_Close (g_console_ctrl);
    FSP_ERROR_RETURN(FSP_SUCCESS == err, err);

    return FSP_SUCCESS;
}

void console_callback(uart_callback_args_t *p_args)
{
    switch (p_args->event)
    {
        case UART_EVENT_TX_COMPLETE:
            g_console_txComplete = true;
            break;

        default:
            break;
    }
}

• Renesas MCU的printf()重定向函数为 _write()，在该函数中我们将通过调用串口发送函数将相关字符串发送出去；
• 在使用串口发送函数时，我们应该要等待串口发送完成。所以在_write()函数里我们将等待 g_console_txComplete 标志完成；
• 该标志将会在 console_callback() 函数里更新，这个是串口中断发送的回调函数。接下来我们需要在 FSP 配置中设置它。
• 在该文件中，我们还添加 了 console 的初始化相关函数；

在添加上面的源文件后，我们需要把自己定义的 console 串口回调函数，加入到串口中断回调函数中去，这时需要修改 FSP 的相关配置。具体方式如下图所示：

• 这里通过Callback字段设置串口收发的中断回调函数 console_callback()，它将配置在 g_uart0_cfg 变量中，该函数需要我们自己实现；
• 另外，我们也可以在这里修改串口中断的优先级；

另外，printf() 函数工作还需要修改堆栈大小，这里我们调整 Heap 的大小为 1024，然后重新生成代码即可。

• 如果使能了printf()函数，不用J-link调试的话，开发板上电重启后不能正常启动运行。这是因为printf将会阻塞在 J-link的semihosting输出 ，这时我们在编译时要取消semihosting的支持。这时只需要在下面的项目配置中，删除 --specs=rdimon.specs 链接选项即可。
• 一般单片机的printf()函数默认并不支持浮点运行和浮点打印，因为它们比较占空间。如果想使能printf()打印浮点类型数的话，可以在项目配置中做如下设置。

接下来再修改 src/hal_entry.c 源文件如下，此时 printf函数就能够正常工作了。

... ...
#include "console.h"
... ...

void hal_entry (void)
{
... ...
    console_initialize();
    printf("Hello EK-RA6M4 Board
");
    while (1)
    {    
... ...
}

编译重新运行后，串口上能够正常打印相应字符串。