基于單片機的串口調(diào)試打印

3.1 原理圖分析

查看EK-RA6M4的原理圖，如下圖所示，串口 UART0 掛在了Pmod2接口的 P411，P410 這兩個引腳上，而這兩個引腳又可以復(fù)用為 SPI1 功能的兩個引腳。此時，我們將希望修改FSP配置，讓這兩個引腳作為程序的 printf() 標(biāo)準(zhǔn)輸出調(diào)試打印。

3.2 Pins引腳配置

接下來我們打開項目中的FSP配置文件，配置使能相應(yīng)串口的Pin功能，并重新生成代碼。

3.3 Stack配置

接下來我們選擇 Stacks ， 點擊 "New Stack" -> "Connectivity" -> "UART(r_sci_uart)" 添加串口通信功能協(xié)議棧。

如下圖所示，我們可以配置串口的相應(yīng)屬性，如波特率等。配置好之后，點擊 “Generate Project Content” 按鈕，將會自動生成串口的相關(guān)代碼。

• 通過 Name 字段可以修改串口的設(shè)備名為 g_uart0，它將在IDE自動生成的文件 ra_gen/hal_data.c/h 中定義串口操作相關(guān)的變量；
• 通過 Channel 字段可以修改串口通道，這里設(shè)置為0，下面的 Pins 將自動選擇 TXD0、RXD0 的相關(guān)引腳；
• 串口的波特率、奇偶校驗位、數(shù)據(jù)位、停止位、誤碼率等都在這里設(shè)置，具體將定義在 ra_gen/hal_data.c 文件里的 g_uart0_cfg 變量中；

3.4 測試串口通信

接下來，我們可以修改 src/hal_entry.c 源文件，在里面添加串口的初始化 和 發(fā)送測試函數(shù)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：

• 串口的操作函數(shù) R_SCI_UART_Open() 和 R_SCI_UART_Write() 定義在 ra/fsp/src/r_sci_uart/r_sci_uart.c 源文件中，它由e2studio動態(tài)生成；
• 打開串口函數(shù)里的兩個參數(shù) g_uart0_ctrl 和 g_uart0_cfg ，定義在 ra_gen/hal_data.c/h 文件中，該C文件由上一步配置并動態(tài)生成；

使用 USB轉(zhuǎn)串口連接 UART0的相應(yīng)引腳( TxD0:P411, RxD0:P410 )，重新編譯運行程序，串口上將會打印相應(yīng)的字符串。

3.5 printf函數(shù)實現(xiàn)

首先，我們在項目中創(chuàng)建 src/console.h 頭文件如下。

#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_ */

接下來創(chuàng)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()重定向函數(shù)為 _write()，在該函數(shù)中我們將通過調(diào)用串口發(fā)送函數(shù)將相關(guān)字符串發(fā)送出去；
• 在使用串口發(fā)送函數(shù)時，我們應(yīng)該要等待串口發(fā)送完成。所以在_write()函數(shù)里我們將等待 g_console_txComplete 標(biāo)志完成；
• 該標(biāo)志將會在 console_callback() 函數(shù)里更新，這個是串口中斷發(fā)送的回調(diào)函數(shù)。接下來我們需要在 FSP 配置中設(shè)置它。
• 在該文件中，我們還添加 了 console 的初始化相關(guān)函數(shù)；

在添加上面的源文件后，我們需要把自己定義的 console 串口回調(diào)函數(shù)，加入到串口中斷回調(diào)函數(shù)中去，這時需要修改 FSP 的相關(guān)配置。具體方式如下圖所示：

• 這里通過Callback字段設(shè)置串口收發(fā)的中斷回調(diào)函數(shù) console_callback()，它將配置在 g_uart0_cfg 變量中，該函數(shù)需要我們自己實現(xiàn)；
• 另外，我們也可以在這里修改串口中斷的優(yōu)先級；

另外，printf() 函數(shù)工作還需要修改堆棧大小，這里我們調(diào)整 Heap 的大小為 1024，然后重新生成代碼即可。

• 如果使能了printf()函數(shù)，不用J-link調(diào)試的話，開發(fā)板上電重啟后不能正常啟動運行。這是因為printf將會阻塞在 J-link的semihosting輸出 ，這時我們在編譯時要取消semihosting的支持。這時只需要在下面的項目配置中，刪除 --specs=rdimon.specs 鏈接選項即可。
• 一般單片機的printf()函數(shù)默認并不支持浮點運行和浮點打印，因為它們比較占空間。如果想使能printf()打印浮點類型數(shù)的話，可以在項目配置中做如下設(shè)置。

接下來再修改 src/hal_entry.c 源文件如下，此時 printf函數(shù)就能夠正常工作了。

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

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

編譯重新運行后，串口上能夠正常打印相應(yīng)字符串。