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11、串口实现printf()函数--s3c440

分类： LINUX

2011-03-20 16:09:02

一、概要

由于以往的单片机实现printf函数成本太高，基本上不会其上实现printf功能，随着ARM芯片的发展，printf调试受到了极大的欢迎。对于嵌入式软件的开发人员而言,“printf调试（printf-debugging）”这个术语描述了将调试字符串从嵌入式目标空闲的串口压出,并在运行于宿主工作站的终端模拟器上显示结果的常见方法。出于这个目的,许多程序员更喜欢使用有名的printf() C语言库函数,因为它在将文本输出和数据组合成单个函数调用上具有灵活性。

在嵌入式系统中，串口常用来辅助调试输出一些调试信息。所以有必要实现串口的格式化输出功能,这可以由3种方法实现.

1)构建串口的输入输出putc getc .

2)使用数组构建字符串输出.函数Uart_SendString(char *pt)

3)写printf()函数.

二、方法一putc(), getc()

void putc(char data)

{

while (!(UTRSTAT0 & 0x4)) ; //Wait until THR is empty.

UTXH0 = data;

}

unsigned char getc(void)

{

while (!(UTRSTAT0 & (1))) ; //Wait until THx is empty.

    return URXH0;

}//可参考本博另文章《4、UART通用异步接收器-s3c2440》

三、方法二Uart_SendString(char *pt)

void Uart_SendString(char *pt)

{

while (*pt)

putc(*pt++);

}//可参考本博另文章《4、UART通用异步接收器-s3c2440》

四、方法三printf()函数

为了减少难度，提高效率，故继承前人的知识，在第三种方法来在自己的ARM9芯片上基于C语言实现串口Printf函数。

1、printf函数体

static unsigned char g_pcOutBuf[1024];

static unsigned char g_pcInBuf[1024];

int printf(const char *fmt, ...)

{

int i;

int len;

va_list args;

va_sart(args, fmt);

len = vsprintf(g_pcOutBuf,fmt,args);

va_end(args);

for (i = 0; i < strlen(g_pcOutBuf); i++)

{

putc(g_pcOutBuf[i]);

}

return len;

}

va_list就一个指针类型的封闭typedef char *va_list;

va_arg， va_end ，va_start就是三个宏

va_start(ap,A)：很明显它先得到第一个参数内存地址，然后又加上这个参数的内存大小，就是下个参数的内存地址。

_bnd(X,bnd)：对于任何编译器，每个栈单元的大小都是sizeof(int), 而函数的每个参数都至少要占一个栈单元大小。其中#define  _AUPBND  (sizeof (int) - 1) .

va_arg：第一次调用时，它得到是参数列表中的第二个参数的值。

va_end：把指针归0。

ap：va_linst的一个变量arg；T：是要取得的参数类型fmt的格式；A：是一个参数。 

vsprintf：返回写入buf的字符个数。

int vsprintf(char *buf, const char *fmt, va_list args)

{

return vsnprintf(buf, (~0U)>>1, fmt, args);

}

vsnprintf(...)：格式化。它接受确定输出格式的格式字符串fmt。用格式字符串对个数变化的参数进行格式化，产生格式化输出，此函数比较复杂，以后分析。

五、一些特殊规定字符 

━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━

字符         作用

—————————————————————————— 

\n           换行

\f           清屏并换页

\r           回车

\t           Tab符 

—————————————————————————— 

六、源程序

     由于比较多，只列出几个比较重要点。在我的另一文章的《》

 
的基础上做出的修改，及增加。
     由于生成的二进制文件比较大，故要用到Nand　Flash的驱动来拷贝程序到内存中可参考下文，
《3、NAND Flash控制器--s3c2440》 。在start.S中修改了启动时的拷贝代码部分，增加nand.h nand.c文件。
 
start.S
  1. /*
  2.  *************************************************************************
  3.  *
  4.  * lcl bootloader
  5.  *
  6.  *************************************************************************
  7.  */
  8. .globl _start
  9. _start:    b    start_code

  11. HandleUndef:
  12.      b    HandleUndef @ 0x04: 指未定义指令终止模式的向量地址
  13.             
  14. HandleSWI:
  15.         b HandleSWI @ 0x08 指管理模式，通过SWI指令进入
  16.             
  17. HandlePerfetchAbort:
  18.         b HandlePerfetchAbort @ 0x0c: 指令预取终止导致的异常的向量地址
  19.             
  20. HandleDataAbort:
  21.         b HandleDataAbort @ 0x10: 数据访问终止导致的异常的向量地址
  22.             
  23. HandleNotUsed:
  24.         b HandleNotUsed         @ 0x14: 保留

  26.         b HandleIRQ @ 0x18: 中断模式的向量地址
  27.         
  28. HandleFIQ:
  29.         b    HandleFIQ             @ 0x1c: 快中断模式的向量地址

  31. start_code:

  33.     bl clock_init
  34.     bl cpu_init_crit    
  35.     
  36.     msr cpsr_c,#0xd2 @进入中断模式
  37.     ldr sp,=0x33fffc00             @设置中断模式堆栈指针

  39.     msr cpsr_c,#0xdf     @进入系统模式
  40.     msr cpsr_c,#0x5f             @开IRQ中断    
  41.     
  42.     /*
  43.      *call c function .
  44.      */
  45.     mov    fp, #0             // no previous frame, so fp=0    

  47.     ldr sp, =4096
  48.     bl NandInit              //修改成用从Nand Flash中拷贝程序
  49.     bl ReadImageFromNand
  50.     
  51.     /*
  52.      *run in sdram
  53.      */

  55.     ldr sp, =0x34000000
  56.     ldr lr, =halt_loop          @返回地址
  57.     ldr pc, =    Main        

  59. halt_loop:
  60.    b halt_loop
  61.    
  62. HandleIRQ:            
  63.     sub lr,lr,#4
  64.     stmdb sp!,{r0-r12,lr} @保存使用到的寄存器至中断堆栈区
  65.     ldr lr,=int_return @设置ISR的返回地址
  66.     ldr pc,=EINT_Handle         @调用中断服务函数
  67. int_return:
  68.     ldmia sp!,{r0-r12,pc}^ @中断返回，恢复寄存器值，^表示将spsr的值复制到cpsr

  70. .globl ReadPage512
  71. ReadPage512: //读512字节

  73.     stmfd     {r2-r7}
  74.     mov    r2, #0x200
  75. 1:
  76.     ldr    r4, [r1] //取出32bit，按8bit字访问

  78.     ldr    r5, [r1] //取出32bit

  80.     ldr    r6, [r1] //取出32bit

  82.     ldr    r7, [r1] //取出32bit

  84.     stmia     {r4-r7} //存 64bit 到buffer中

  86.     ldr    r4, [r1]
  87.     ldr    r5, [r1]
  88.     ldr    r6, [r1]
  89.     ldr    r7, [r1]
  90.     stmia     {r4-r7} //存 64bit 到buffer中

  92.     ldr    r4, [r1]
  93.     ldr    r5, [r1]
  94.     ldr    r6, [r1]
  95.     ldr    r7, [r1]
  96.     stmia     {r4-r7} //存 64bit 到buffer中

  98.     ldr    r4, [r1]
  99.     ldr    r5, [r1]
  100.     ldr    r6, [r1]
  101.     ldr    r7, [r1]
  102.     stmia     {r4-r7} //存 64bit 到buffer中

  104.     subs    r2, r2, #64 //减去已读出的64byte

  106.     bne    1b; //循环读出直到512byte

  108.     ldmfd     {r2-r7}
  109.     mov    pc,lr //返回


  112.     
  113. clock_init:
  114. #define pWTCON            0x53000000
  115. #define CLKDIVN            0x4C000014     /* clock divisor register */
  116. #define CLK_CTL_BASE    0x4C000000    /* clock base address */
  117.         
  118. #define MDIV_405        0x7f << 12    /* MDIV 0x7f*/
  119. #define PSDIV_405        0x21        /* PDIV SDIV 0x2 0x1 */
  120.         
  121.     /* turn off the watchdog */
  122.         
  123.         ldr r0, =pWTCON
  124.         mov r1, #0x0
  125.         str r1, [r0]
  126.         
  127.         /* FCLK:HCLK:PCLK = 1:4:8 */
  128.         ldr r0, =CLKDIVN
  129.         mov r1, #5                 //1:4:8

  131.         str r1, [r0]
  132.             
  133.         mrc p15, 0, r1, c1, c0, 0    //切换到实时总线HCLK

  135.         orr r1, r1, #0xc0000000     
  136.         mcr p15, 0, r1, c1, c0, 0    
  137.             
  138.             
  139.         mov r1, #CLK_CTL_BASE    
  140.         mov r2, #MDIV_405    
  141.         add r2, r2, #PSDIV_405    
  142.         str r2, [r1, #0x04]     /* MPLLCON address     Mpll=405MHZ */    
  143.         mov    pc, lr
  144.     /*
  145.      *MMU and SDRAM initialize
  146.      */
  147.      
  148. cpu_init_crit:
  149.     /*
  150.      * flush v4 I/D caches
  151.      */
  152.     mov    r0, #0
  153.     mcr    p15, 0, r0, c7, c7, 0    /* flush v3/v4 cache */
  154.     mcr    p15, 0, r0, c8, c7, 0    /* flush v4 TLB */

  156.     /*
  157.      * disable MMU stuff and caches
  158.      */
  159.     mrc    p15, 0, r0, c1, c0, 0
  160.     bic    r0, r0, #0x00002300    @ clear bits 13, 9:8 (--V- --RS)
  161.     bic    r0, r0, #0x00000087    @ clear bits 7, 2:0 (B--- -CAM)
  162.     orr    r0, r0, #0x00000002    @ set bit 2 (A) Align
  163.     orr    r0, r0, #0x00001000    @ set bit 12 (I) I-Cache
  164.     mcr    p15, 0, r0, c1, c0, 0

  166.     /*
  167.      * before relocating, we have to setup RAM timing
  168.      * because memory timing is board-dependend, you will
  169.      * find a lowlevel_init.S in your board directory.
  170.      */
  171.     mov    ip, lr

  173.     bl memsetup     /* memory control configuration */

  175.     mov    lr, ip
  176.     mov    pc, lr

  178. memsetup:
  179.     /* memory control configuration */
  180.     /* make r0 relative the current location so that it */
  181.     /* reads SMRDATA out of FLASH rather than memory ! */

  183. #define MEM_CTL_BASE    0x48000000

  185.     mov r1,#MEM_CTL_BASE
  186.     adr r2,mem_cfg_val
  187.     add r3,r1,#52
  188. 1:
  189.     ldr     r4, [r2], #4
  190.     str     r4, [r1], #4
  191.     cmp     r1, r3
  192.     bne     1b
  193.     mov     pc,lr    

  195. .align 4
  196.         /* the literal pools origin */    
  197. mem_cfg_val:
  198.     .long        0x22011110
  199.     .long        0x00000700
  200.     .long        0x00000700
  201.     .long        0x00000700
  202.     .long        0x00000700
  203.     .long        0x00000700
  204.     .long        0x00000700    @BANK5
  205.     .long        0x00018005
  206.     .long        0x00018005    
  207.     .long        0x00ac03f4    @REFRESH // 12MHZ 0x00ac07a3

  209.     .long        0x000000B1
  210.     .long        0x00000030
  211.     .long        0x00000030
      修改uart0_init.h，当生成的静态库中需用到其中的函数。
uart0_init.h
  1. #ifndef __UART0_INIT_H__
  2. #define __UART0_INIT_H__

  4. #define SERIAL_ECHO

  6. void uart0_init();
  7. void putc(unsigned char c);
  8. unsigned char getc(void);
  9. void Uart_SendString(char *pt);

  11. #endif
printf.c
  1. #include "vsprintf.h"
  2. #include "string.h"
  3. #include "printf.h"

  5. extern void putc(unsigned char c);
  6. extern unsigned char getc(void);

  8. #define    OUTBUFSIZE    1024
  9. #define    INBUFSIZE    1024


  12. static unsigned char g_pcOutBuf[OUTBUFSIZE];//输出缓冲

  14. static unsigned char g_pcInBuf[INBUFSIZE]; //输入缓冲



  18. int printf(const char *fmt, ...)
  19. {
  20.     int i;
  21.     int len;
  22.     va_list args;

  24.     va_start(args, fmt);
  25.     len = vsprintf(g_pcOutBuf,fmt,args);
  26.     va_end(args);
  27.     for (i = 0; i < strlen(g_pcOutBuf); i++)
  28.     {
  29.         putc(g_pcOutBuf[i]);
  30.     }
  31.     return len;
  32. }



  36. int scanf(const char * fmt, ...)
  37. {
  38.     int i = 0;
  39.     unsigned char c;
  40.     va_list args;
  41.     
  42.     while(1)
  43.     {
  44.         c = getc();
  45.         if((c == 0x0d) || (c == 0x0a))
  46.         {
  47.             g_pcInBuf[i] = '\0';
  48.             break;
  49.         }
  50.         else
  51.         {
  52.             g_pcInBuf[i++] = c;
  53.         }
  54.     }
  55.     
  56.     va_start(args,fmt);
  57.     i = vsscanf(g_pcInBuf,fmt,args);
  58.     va_end(args);

  60.     return i;
  61. }
修改main.c函数，来验证我的们printf()函数。
main.c
  1. /*
  2. GPBCON 0x56000010 Port B control
  3. GPBDAT 0x56000014 Port B data
  4. GPBUP 0x56000018 Pull-up control B

  6. LED1 GPB5 LED2 GPB6 LED3 GPB7 LED4 GPB8

  8. */

  10. #include "uart0_init.h"
  11. #include "s3c2440_addr.h"
  12. #include "interrupt.h"

  14. void leds_init()
  15. {
  16.     /*GPBCON &= (GPX_mask(5) & GPX_mask(6) & GPX_mask(7) & GPX_mask(8));
  17.     GPBCON |= (GPB5_out | GPB6_out | GPB7_out | GPB8_out);
  18.     GPBUP = GPX_up;
  19.     GPBDAT |=( 0xf << 5 );*/
  20.     GPBCON = (GPB5_out | GPB6_out | GPB7_out | GPB8_out);
  21.     GPBUP     = GPX_up;
  22. }
  23. void buttons_eint_init()
  24. {
  25.     GPGCON &= (GPX_mask(0) & GPX_mask(3) & GPX_mask(5) & GPX_mask(6));
  26.     GPGCON |= (GPG0_eint8 | GPG3_eint11 | GPG5_eint13 | GPG6_eint14);
  27. }

  29. int Main()
  30. {
  31.     unsigned long dwDat;
  32.     int i=0;
  33.     char str[100];
  34.     
  35.     leds_init();
  36.     buttons_eint_init();
  37.     uart0_init();
  38.     irq_init();
  39.         
  40.     GPBDAT |=( 0xf << 5 );
  41.     
  42.     Uart_SendString("\r wait interrupt. \r\n");    

  44.     while (1)
  45.     {
  46.         GPBDAT |=( 0xf << 5 );
  47.         printf("\r\nEnter value: \n\r");
  48.         scanf("%s",str);
  49.         printf("Input char is %s\n\r",str); //\n换行，\r移到行首

  51.         sscanf(str,"%d",&i);
  52.         printf("print interger : %d, 0x%x\n\r", i, i);
  53.     }

  55.     return 0;
  56. }
修改Makefile文件，可参考本博另一文章对此Makefile的分析《个人Makefile通用模板》
  1. CC = arm-linux-gcc
  2. LD = arm-linux-ld
  3. AR = arm-linux-ar
  4. OBJCOPY = arm-linux-objcopy
  5. OBJDUMP = arm-linux-objdump

  7. INCLUDEDIR     := $(shell pwd)/include
  8. CFLAGS         := -Wall -O2
  9. CPPFLAGS     := -nostdinc -I$(INCLUDEDIR)

  11. export     CC LD OBJCOPY OBJDUMP INCLUDEDIR CFLAGS CPPFLAGS

  13. objs := start.o main.o uart0_init.o interrupt.o nand.o lib/libc.a

  15. stdio.bin: $(objs)
  16.     ${LD} -Tmem.lds -o stdio_elf $^
  17.     ${OBJCOPY} -O binary -S stdio_elf $@
  18.     ${OBJDUMP} -D -m arm stdio_elf > memory.dis
  19.     ${OBJDUMP} -dx stdio_elf > memory.map
  20.     rm -f stdio_elf *.o

  22. .PHONY : lib/libc.a
  23. lib/libc.a:
  24.     cd lib; make; cd ..
  25.     
  26. %.o:%.c
  27.     ${CC} $(CPPFLAGS) $(CFLAGS) -c -o $@ $<

  29. %.o:%.S
  30.     ${CC} $(CPPFLAGS) $(CFLAGS) -c -o $@ $<

  32. clean:
  33.     make clean -C lib
  34.     rm -f stdio.bin memory.dis memory.map
修改mem.lds,使其能在内存中正常运行。分析 可参考本博另一文《GCC-LD 连接脚本分析--uboot.lds》
mem.lds
  1. /*
  2.  *lcl bootloader mem.lds.. AT((LOADADDR(.init)+SIZEOF(.init)+3)&~(0x03))
  3.  */

  5. OUTPUT_FORMAT("elf32-littlearm", "elf32-littlearm", "elf32-littlearm")
  6. OUTPUT_ARCH(arm)
  7. ENTRY(_start)

  9. SECTIONS {
  10.   . = 0x30000000;

  12.   . = ALIGN(4);
  13.   .init : AT(0) {start.o nand.o}

  15.   . = ALIGN(4);
  16.   . = 0x30001000;
  17.   .text : AT(4096) { *(.text) }
  18.     
  19.   .rodata ALIGN(4) : AT((LOADADDR(.text)+SIZEOF(.text)+3)&~(0x03)) { *(.rodata*) }

  21.   .data ALIGN(4) : AT((LOADADDR(.rodata)+SIZEOF(.rodata)+3)&~(0x03)) { *(.data) }
  22.   
  23.   . = ALIGN(4);
  24.   __bss_start = .;
  25.   .bss :{ *(.bss) *(COMMON)}
  26.   __bss_end = .;
  27. }
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