中颖51芯片学习7. printf重定向到串口与自定义日志输出函数

embedded/2024/9/23 14:35:52/

中颖51芯片学习7. printf重定向到串口与自定义日志输出函数

  • 一、 printf 重定向
    • 1. 概念
    • 2. 实现方式
    • 3. C51 中printf数值格式化
  • 二、日志函数
    • 1. 实现方案分析
    • 2. 代码
      • （1）log_utils.h
      • （2）main.c
    • 3. 通过预定义宏实现日志分级输出
      • （1）log_utils.h
      • （2）main.c
      • （3）运行效果
  • 三、运行速度问题
    • 1. euart_utils.c
    • 2. main.c

在这里插入图片描述

一、 printf 重定向

1. 概念

printf重定向是指将标准输出函数printf()的输出流重定向到用户定义的其他输出设备或存储介质，而不是默认的标准输出设备（通常是终端或控制台）。这样做可以将printf()函数输出的内容发送到不同的设备，比如串口、文件、LCD屏幕等，从而实现更灵活的输出方式。

2. 实现方式

通过重写putchar函数可以简单地实现printf重定向 。 下面是一个示例：

/**
* @brief printf 重定向
* @param c
*/
void putchar(char c){SBUF = c;while(!TI);TI = 0;
}

调用方法：
main.c

#include "SH79F9476.h"
#include "clk_utils.h"
#include "cpu.h"
#include "euart_utils.h"
#include "common_utils.h"
#include <stdio.h>void main() {char index=0x31;// 选择高速时钟highFrequenceClk();// 初始化串口Uart0_Init();while (1) {printf("char(%bd) = %c \n",index, index);index++;if(index>0x7d)index=0x31;// 暂停delay_ms(500);}
}

示例会通过uart0串口输出ascii码。
在这里插入图片描述

3. C51 中printf数值格式化

标准的C语言格式化字符格式如下：

符号作用
%d十进制有符号整数
%u十进制无符号整数
%f浮点数
%s字符串
%c单个字符
%p指针的值
%e指数形式的浮点数
%x, %X无符号以十六进制表示的整数
%0无符号以八进制表示的整数
%g自动选择合适的表示法

数值的输出是%d，如：

printf("My age is %d", age);

但是在C51中，对于单字节变量的格式化输出，需要在%d中加入字母，规则如下：

  • 8位数据格式加字母"b"，如 %bd， %bu
  • 16位数据格式加字母"h", 如 %hd
  • 32位数据格式加字母"l"，如%ld

上例中的程序：

printf("char(%bd) = %c \n",index, index);

%bd 就是输出 8位数据。

二、日志函数

1. 实现方案分析

上面实现的printf函数，只适合一些比较小的应用场合，比如控制几个灯、开关之类，其原因是：

虽然可以方便地将日志重定向到串口，但是putchar中的WHILE(!TI);会阻塞程序执行。在一些商用场合，MCU的资源、时序都不允许让MCU停止下来等待日志输出。

由于putchar是个单字符发送，重写putchar已经没办法实现中断发送的效果。

为了重定向日志，一种可能的方式是对printf函数进行重写。但printf 使用的是可变长度参数函数，很可惜C51不支持可变数量函数参数的功能，C51的宏也不支持传递可变数量参数，使得重写printf难以实现。如果非要实现，可能要换其它编译器把函数编译成库供C51来调用，我个人觉得过于复杂，所以不再走这条路线。

最终决定的方式是自定义日志函数，使用两层宏参数来实现可长度参数的功能。

2. 代码

（1）log_utils.h

#ifndef __LOG_UTILS_H__
#define __LOG_UTILS_H__
#include "euart_utils.h"
#include <stdio.h>// 发送缓冲区
extern U8 gUart0DataTxD[UART0_DATA_BUF_SIZE];
#define TAG gUart0DataTxD+log_len
/*** INFO 级别日志*/
#define LOGI(args) \do {           \U8 log_len;  \log_len = sprintf(gUart0DataTxD, "[I] %s:%bd: ", __FILE__, __LINE__); \log_len += sprintf args;           \log_len += sprintf(gUart0DataTxD + log_len, "\n"); \Uart0_Transmit(log_len); \} while (0)/*** ERROR 级别日志*/
#define LOGE(args) \do {           \U8 log_len;  \log_len = sprintf(gUart0DataTxD, "[E] %s:%bd: ", __FILE__, __LINE__); \log_len += sprintf args;           \log_len += sprintf(gUart0DataTxD + log_len, "\n"); \Uart0_Transmit(log_len); \} while (0)#endif

（2）main.c

#include "SH79F9476.h"
#include "clk_utils.h"
#include "cpu.h"
#include "common_utils.h"
#include "isr_utils.h"
#include "log_utils.h"
#include <stdio.h>// 发送缓冲区
void main() {char index = 0x31;// 选择高速时钟highFrequenceClk();enableAllIsr();// 初始化串口Uart0_Init();while (1) {LOGI((TAG, "char(%bd) = %c",index, index));index++;if (index > 0x7d)index = 0x31;// 暂停delay_ms(10);}
}

3. 通过预定义宏实现日志分级输出

下面实现了两个级别的日志等级 ：

（1）log_utils.h

#ifndef __LOG_UTILS_H__
#define __LOG_UTILS_H__
#include "euart_utils.h"
#include <stdio.h>// 发送缓冲区
extern U8 gUart0DataTxD[UART0_DATA_BUF_SIZE];
#define TAG gUart0DataTxD+log_len// 日志等级
#define LOG_LEVEL_NONE 0
#define LOG_LEVEL_ERROR 1
#define LOG_LEVEL_INFO 2// 判断预定义的宏 LOG_LEVEL#if LOG_LEVEL >= LOG_LEVEL_INFO
/*** INFO 级别日志*/
#define LOGI(args) \do {           \U8 log_len;  \log_len = sprintf(gUart0DataTxD, "[I] %s:%bd: ", __FILE__, __LINE__); \log_len += sprintf args;           \log_len += sprintf(gUart0DataTxD + log_len, "\n"); \Uart0_Transmit(log_len); \} while (0)
#else
#define LOGI(args) (void)0
#endif#if LOG_LEVEL >= LOG_LEVEL_ERROR
/*** ERROR 级别日志*/
#define LOGE(args) \do {           \U8 log_len;  \log_len = sprintf(gUart0DataTxD, "[E] %s:%bd: ", __FILE__, __LINE__); \log_len += sprintf args;           \log_len += sprintf(gUart0DataTxD + log_len, "\n"); \Uart0_Transmit(log_len); \} while (0)
#else
#define LOGE(args) (void)0
#endif#endif

当在 Options 里设置 LOG_LEVEL=LOG_LEVEL_ERROR 时，INFO级别的日志将不会再输出 ：
在这里插入图片描述

（2）main.c

#include "SH79F9476.h"
#include "clk_utils.h"
#include "cpu.h"
#include "common_utils.h"
#include "isr_utils.h"
#include "log_utils.h"
#include <stdio.h>// 发送缓冲区
void main() {char index = 0x31;// 选择高速时钟highFrequenceClk();enableAllIsr();// 初始化串口Uart0_Init();while (1) {LOGI((TAG, "info(%bd) = %c",index, index));delay_ms(100);LOGE((TAG, "err(%bd) = %c",index, index));index++;if (index > 0x7d)index = 0x31;// 暂停delay_ms(100);}
}

（3）运行效果

在这里插入图片描述

三、运行速度问题

由于串口输出一般较慢，在循环中快速输出日志时，会出现这样情况 ： 前面的日志尚未通过串口输出结束、后面的日志又开始调用串口发送函数。

为了最大化利用起串口资源，可将缓冲区做成环形队列，后面要输出的内容直接放入缓冲区，这样可以动态调整缓冲区的大小，以适应快速调用的情况。

但仍需注意的是，单片机的资源有限，缓冲区大小不是可以随心所欲扩大的，另一方面串口速率也限制了发送速度的上限，调用日志的程序还是需要量力而行，避免过于快速输出。

另外，单片机运行在循环执行的程序中，经常有连续输出同样日志的情况，在调用时可以加些限制，防止重复输出相同数据。
下面是输出异常的情况示例：
在这里插入图片描述
下面是改写的程序，使用了环形队列，另外提高了波特率：

1. euart_utils.c

#include "intrins.h"
#include "euart_utils.h"
#include "api_ext.h"
#include "SH79F9476.h"
#include "cpu.h"
#include <stdio.h>
#include "string.h"// 发送缓冲区
static U8 gUart0DataTxD[UART0_DATA_BUF_SIZE];
// 未发送数据长度
static U8 gUart0DataTxDLen;// 内部变量，发送指针
static volatile U8 *ptr_tx0_head;/**
* @brief 初始化串口
*/
void Uart0_Init() {//=====TX 建议配置为输出H====P3CR = 0x08;P3 = 0x08;// 配置Uart工作在模式1select_bank1();// 0110 0111 Tx:P3.3   Rx：P3.4UART0CR = 0x67;select_bank0();SCON = 0x50;/*配置波特率参数，波特率9600*//* 计算公式：(int)X=FSY/(16*波特率) ;  SBRT=32768-X  ;   SFINE=（FSY/波特率）-16*X   FSY=8M*/// 波特率发生器高位SBRTH = 0xFF;// 波特率发生器低位SBRTL = 0xF3;// 波特率发生器微调SFINE = 0x0;// 使能串口中断IEN0 |= 0x10;ptr_tx0_head = &gUart0DataTxD[0];
}/*** @brief 发送缓冲区数据*/
void Uart0_Transmit(U8 len) {gUart0DataTxDLen = len;SBUF = *ptr_tx0_head;if (gUart0DataTxDLen > 0)gUart0DataTxDLen--;if (ptr_tx0_head >= &gUart0DataTxD[UART0_DATA_BUF_SIZE]) {ptr_tx0_head = &gUart0DataTxD[0];} else {ptr_tx0_head++;}}
/*** @brief 向gUart0DataTxD尾部添加数组,注意要考虑到如果添加的过长，就回到队列头部添加剩余部分*/
void Uart0_Append_Bytes(const char *bytes, U8 len) {U8 i  ,startIndex;// 如果添加的长度超过缓冲区长度，就只添加缓冲区长度的数据if (len > UART0_DATA_BUF_SIZE) {len = UART0_DATA_BUF_SIZE;}startIndex = ptr_tx0_head - &gUart0DataTxD[0] + gUart0DataTxDLen;for (i = 0; i < len; i++) {gUart0DataTxD[startIndex] = bytes[i];startIndex++;// 如果添加的数据长度超过了缓冲区长度，就回到队列头部添加剩余部分if (startIndex == UART0_DATA_BUF_SIZE) {startIndex = 0;}}Uart0_Transmit(gUart0DataTxDLen+len);
}
/**
* @brief UART0中断
**/
void INT_EUART0(void) interrupt 4{if(TI){TI = 0;if(gUart0DataTxDLen >0){SBUF = *ptr_tx0_head;gUart0DataTxDLen --;// 这里产生了一种情况，如果发送的数据长度超过了缓冲区长度，就会导致ptr_tx0指针超出范围if(ptr_tx0_head >= &gUart0DataTxD[UART0_DATA_BUF_SIZE]){ptr_tx0_head = &gUart0DataTxD[0];}else{ptr_tx0_head ++;}}}
}

2. main.c

#include "SH79F9476.h"
#include "clk_utils.h"
#include "common_utils.h"
#include "isr_utils.h"
#include "log_utils.h"// 发送缓冲区
void main() {char index = 0x31;// 选择高速时钟highFrequenceClk();enableAllIsr();// 初始化串口Uart0_Init();while (1) {LOGI((TAG, "info(%bd) = %c",index, index));delay_ms(100);index++;if (index > 0x7d)index = 0x31;// 暂停delay_ms(20);}
}

在主循环20ms暂停情况下可以稳定输出日志：
在这里插入图片描述
本文代码开源地址:
https://gitee.com/xundh/learn-sinowealth-51


http://www.ppmy.cn/embedded/19693.html

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