在嵌入式系統中實現串口重定向（將標準輸出如 printf 函數輸出重定向到串口）通常有以下幾種常用方法，下面結合具體代碼示例和適用場景進行說明：
1. 重寫 fputc 函數（最常見、最基礎的方法）
通過重寫標準庫中的 fputc 函數，將字符通過串口發送出去，從而實現 printf 等函數的串口輸出：
#include "stdio.h"
#include "stm32f1xx_hal.h" // 根據實際MCU型號調整頭文件// 假設使用USART1
extern UART_HandleTypeDef huart1;int fputc(int ch, FILE *f) {HAL_UART_Transmit(&huart1, (uint8_t *)&ch, 1, HAL_MAX_DELAY);return ch;
}
- 適用場景：裸機（無操作系統）環境，使用標準C庫或HAL庫。
- 優點：實現簡單，兼容性好。
- 缺點：阻塞式發送，占用CPU資源。
- 串口重定向的本質是：通過重寫 fputc 將標準庫的字符輸出請求轉發到硬件驅動函數（如 HAL_UART_Transmit）。
這種設計充分利用了標準庫的靈活性和HAL庫的硬件抽象能力，是嵌入式開發中非常高效且通用的調試手段。
2. 使用 MicroLIB 庫（Keil 環境推薦）
在 Keil 中勾選 Use MicroLIB 選項，并重寫 fputc 函數：
#include "stdio.h"
#include "stm32f1xx_hal.h"int fputc(int ch, FILE *f) {HAL_UART_Transmit(&huart1, (uint8_t *)&ch, 1, HAL_MAX_DELAY);return ch;
}
- 適用場景：Keil 開發環境，資源受限的MCU。
- 優點：代碼體積小，運行效率高。
- 缺點：MicroLIB 不完全兼容標準C庫，部分功能受限。
3. 使用 RTOS 設備驅動（FreeRTOS 等）
在 RTOS 中，通過設備驅動框架將串口注冊為標準輸出設備，支持多任務并發訪問：
// 假設使用FreeRTOS和串口驅動
void vLoggingTask(void *pvParameters) {while (1) {// 從隊列中獲取日志數據并通過串口發送// 使用非阻塞或DMA方式發送}
}
- 適用場景：帶 RTOS 的復雜系統。
- 優點：支持異步輸出，避免阻塞任務。
- 缺點：實現較復雜，需額外資源。
4. 直接寄存器操作（裸機、極致性能優化）
直接操作串口寄存器，適用于無庫函數依賴的裸機環境：
#define USART1_DR (*(volatile uint32_t *)0x40013804) // STM32F1示例
#define USART1_SR (*(volatile uint32_t *)0x40013800)void usart_putc(char ch) {while (!(USART1_SR & (1 << 7))); // 等待發送緩沖區空USART1_DR = ch;
}
- 適用場景：對性能要求極高的裸機程序。
- 優點：零依賴，執行速度最快。
- 缺點：代碼可讀性差，移植性低。
5. Linux 系統下的串口重定向（嵌入式Linux）
在嵌入式Linux中，可通過以下方式將標準輸出重定向到串口設備文件：
# 在終端中執行
./your_program > /dev/ttyS0 2>&1
或通過代碼實現：
#include <stdio.h>
int main() {freopen("/dev/ttyS0", "w", stdout);printf("Hello, Serial Port!\n");return 0;
}
- 適用場景：運行Linux的嵌入式設備（如樹莓派、BeagleBone等）。
- 優點：利用系統標準機制，簡單易用。
- 缺點：依賴Linux系統環境。
總結與建議：
- 裸機開發：優先選擇重寫
fputc函數（方法1），若使用Keil可結合MicroLIB（方法2）。 - RTOS系統：建議通過RTOS設備驅動框架實現（方法3），支持異步和并發。
- 極致性能：直接寄存器操作（方法4），但需謹慎維護。
- Linux系統：直接使用系統重定向機制（方法5）。
以上方法可根據實際硬件平臺、開發環境和性能需求靈活選擇。
