很多嵌入式开发人员都喜欢在开发过程中利用串口进行调试，这在裸机程序中无疑是很方便的。但是在搭载操作系统，使用多线程的情况下，几个线程同时打印数据甚至在打印过程中产生了中断并且中断程序中也要打印数据，这就难免发生数据交叉打印的现象。
下面就详细说明一下，如何解决这种问题。
首先，我们来看如何利用串口将printf数据显示到电脑的终端上。
由于printf最终是调用fputc实现一个字节一个字节的输出，所以我们只要重写fputc函数即可：
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int fputc(int ch, FILE *f) { while(HAL_UART_GetState(&huart1) == HAL_UART_STATE_BUSY_TX){} HAL_UART_Transmit(&huart1, (uint8_t *)&ch, 1, 100); return ch; } |
这样用串口助手连接到STM32的串口1就可以看到打印信息了。
实现串口重定向之后，我们就来看一下如何实现线程安全了。
首先我们来参考一下printf的源码：
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static char sprint_buf[1024]; int printf(const char *fmt, ...) { va_list args; int n; va_start(args, fmt); n = vsprintf(sprint_buf, fmt, args); va_end(args); if (console_ops.write) console_ops.write(sprint_buf, n); return n; } |
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看懂这段代码之后，我们就来仿照它封装一个自己的printf出来： void print_usart1(char *format, ...) { char buf[64]; va_list ap; va_start(ap, format); vsprintf(buf, format, ap); va_end(ap); printf("%s", buf); } |
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然后加上挂起线程、恢复线程就实现了线程安全方式： void print_usart1(char *format, ...) { char buf[64]; va_list ap; osThreadSuspendAll(); { va_start(ap, format); vsprintf(buf, format, ap); va_end(ap); printf("%s", buf); } osThreadResumeAll(); } |
但是这样做也只是在printf的基础上封装了一层线程安全机制，难免效率会很低。
接下来我们对它进行进一步改进，直接将要打印的数据从串口1发送出去：
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void print_usart1(char *format, ...) { char buf[64]; va_list ap; osThreadSuspendAll(); { va_start(ap, format); if(vsprintf(buf, format, ap) > 0) { while(HAL_UART_GetState(&huart1) == HAL_UART_STATE_BUSY_TX){} HAL_UART_Transmit(&huart1, (uint8_t *)buf, strlen(buf), 100); } va_end(ap); } osThreadResumeAll(); } |
这样线程安全的printf就构建好了，但是在实际使用过程中却发现，该函数不能用在中断里面，原因就是osThreadSuspendAll()和osThreadResumeAll()是非中断安全的。
仔细想一下，在中断里面我们是不需要挂起线程的；当然了，在打印过程中也不希望进入中断，想清楚这些我们就可以进一步改造了。
首先我们要清楚的是，调用该函数的是线程还是中断：
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/* 该函数返回1表示正处于中断中 */ static int inHandlerMode (void) { return __get_IPSR() != 0; } |
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利用上面封装的函数进行改进 void print_usart1(char *format, ...) { char buf[64]; if(inHandlerMode() != 0) taskDISABLE_INTERRUPTS(); else taskENTER_CRITICAL(); va_list ap; va_start(ap, format); if(vsprintf(buf, format, ap) > 0) { while(HAL_UART_GetState(&huart1) == HAL_UART_STATE_BUSY_TX){} HAL_UART_Transmit(&huart1, (uint8_t *)buf, strlen(buf), 100); } va_end(ap); if(inHandlerMode() != 0) taskENABLE_INTERRUPTS(); else taskEXIT_CRITICAL(); } |
当然了，如果你觉得每次打印东西的时候就把其它线程挂起太浪费资源了。
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那么我们可以将挂起线程改为切换线程： static int inHandlerMode (void) { return __get_IPSR() != 0; } void print_usart1(char *format, ...) { char buf[64]; if(inHandlerMode() != 0) taskDISABLE_INTERRUPTS(); else { while(HAL_UART_GetState(&huart1) == HAL_UART_STATE_BUSY_TX) osThreadYield(); } va_list ap; va_start(ap, format); if(vsprintf(buf, format, ap) > 0) { HAL_UART_Transmit(&huart1, (uint8_t *)buf, strlen(buf), 100); } va_end(ap); if(inHandlerMode() != 0) taskENABLE_INTERRUPTS(); } |
OK，到此为止线程安全，中断安全的printf函数就封装好了。
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