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详解 RT-Thread 串口一配置、设备查找与打印功能(rt_kprintf)的绑定机制

news 2025/8/9 11:45:12

前言

在rt-thread上做开发时，会经常使用到rt_kprintf()打印函数作为调试手段，突然好奇这个打印函数是怎么绑定到串口1上去的？默认通过串口1输出可以修改吗，比如修改为串口2输出？串口1又是如何配置的，为什么一上来就可以用？

一、核心逻辑：rt_kprintf 的输出路径

进入rt_kprintf 函数的内部：

RT_WEAK int rt_kprintf(const char *fmt, ...)
{va_list args;rt_size_t length;static char rt_log_buf[RT_CONSOLEBUF_SIZE];va_start(args, fmt);/* the return value of vsnprintf is the number of bytes that would be* written to buffer had if the size of the buffer been sufficiently* large excluding the terminating null byte. If the output string* would be larger than the rt_log_buf, we have to adjust the output* length. */length = rt_vsnprintf(rt_log_buf, sizeof(rt_log_buf) - 1, fmt, args);if (length > RT_CONSOLEBUF_SIZE - 1)length = RT_CONSOLEBUF_SIZE - 1;
#ifdef RT_USING_DEVICEif (_console_device == RT_NULL){rt_hw_console_output(rt_log_buf);}else{rt_device_write(_console_device, 0, rt_log_buf, length);}
#elsert_hw_console_output(rt_log_buf);
#endif /* RT_USING_DEVICE */va_end(args);return length;
}

主要关注这部分代码：

#ifdef RT_USING_DEVICEif (_console_device == RT_NULL){rt_hw_console_output(rt_log_buf);  // 路径二（备用）}else{rt_device_write(_console_device, 0, rt_log_buf, length);  // 路径一（主路径）}
#endif

可以看到rt_kprintf的输出路径有两个:

1、路径一：通过设备框架输出（RT_USING_DEVICE 已开启时）

RT_USING_DEVICE 这个是默认开启的，咱用RT-Thread肯定得开启这玩意，不开的话那还用个锤子
它是用于开启设备驱动框架功能。

  • _console_device 变量：

这是一个全局指针，指向当前系统的 “控制台设备”，
也就是说这个变量决定了我们的打印输出使用的是哪一个串口，因此在系统启动初始化的时候，肯定会在某一个地方设置_console_device这个变量，这个我们后面再去找找。

  • rt_device_write 函数：

RT-Thread 设备框架的标准写接口，作用是向指定设备（ _console_device 指向的设备）写入数据。

2、路径二：硬件直接输出（_console_device 未初始化时）

当 _console_device 为 NULL（如设备框架未初始化），输出路径会走这条。

  • rt_hw_console_output 函数：
    这是一个硬件层面的控制台输出函数，直接操作底层硬件（不经过设备框架）。
    在 STM32 中，该函数直接操作 USART1->DR 寄存器（串口一的数据寄存器），将字符串逐个字节发送出去。

不过理论上是这样的，我们点进这个函数的内部：

RT_WEAK void rt_hw_console_output(const char *str)
{/* empty console output */
}
RTM_EXPORT(rt_hw_console_output);

发现它是一个空的弱定义，所以，如果你想使用路径二，那你需要在这个rt_hw_console_output函数内部补充对串口寄存器的操作，这个时候你写的是哪个串口的寄存器那么打印就会使用哪个串口了。或者自己再写一个强定义函数，实现对串口硬件寄存器的操作

当然了，大多数情况都是使用的路径一。

二、关键关联：如何与串口一绑定？

当使用路径一时，最终访问到串口一，这是在系统初始化时进行的绑定。
（路径二我们就不看了，路径二你想使用哪个串口你就在rt_hw_console_output这个函数内部使用哪个串口的寄存器就好了）

1、串口一的绑定

在这里插入图片描述
我们先找到这个函数rtthread_startup()
这个函数是操作系统内核的启动入口，负责将系统从裸机状态带入多任务运行状态。

  • rt_hw_board_init 函数：
RT_WEAK void rt_hw_board_init()
{ota_app_vtor_reconfig();extern void hw_board_init(char *clock_src, int32_t clock_src_freq, int32_t clock_target_freq);/* Heap initialization */
#if defined(RT_USING_HEAP)rt_system_heap_init((void *) HEAP_BEGIN, (void *) HEAP_END);
#endifhw_board_init(BSP_CLOCK_SOURCE, BSP_CLOCK_SOURCE_FREQ_MHZ, BSP_CLOCK_SYSTEM_FREQ_MHZ);/* Set the shell console output device */
#if defined(RT_USING_DEVICE) && defined(RT_USING_CONSOLE)rt_console_set_device(RT_CONSOLE_DEVICE_NAME);
#endif/* Board underlying hardware initialization */
#ifdef RT_USING_COMPONENTS_INITrt_components_board_init();
#endif
}

这里面有一句：

#if defined(RT_USING_DEVICE) && defined(RT_USING_CONSOLE)rt_console_set_device(RT_CONSOLE_DEVICE_NAME);
#endif

我们点进RT_CONSOLE_DEVICE_NAME这个就会发现：

#define RT_CONSOLE_DEVICE_NAME "uart1"

rt_console_set_device(RT_CONSOLE_DEVICE_NAME); 就是用于设置系统控制台输出设备的函数。
宏定义为 RT_CONSOLE_DEVICE_NAME = “uart1”，则控制台会绑定到名为 “uart1” 的串口设备。
因此，若想要修改打印时用来输出的串口，需要改的就是RT_CONSOLE_DEVICE_NAME 这个宏。

三、串口一在哪配置？

我们初始化一个工程，一上来就能使用串口一去打印输出，并没有对它进行配置，说明系统默认对它进行了配置，我们找一下它在哪。

RT_WEAK void rt_hw_board_init()
{ota_app_vtor_reconfig();extern void hw_board_init(char *clock_src, int32_t clock_src_freq, int32_t clock_target_freq);/* Heap initialization */
#if defined(RT_USING_HEAP)rt_system_heap_init((void *) HEAP_BEGIN, (void *) HEAP_END);
#endifhw_board_init(BSP_CLOCK_SOURCE, BSP_CLOCK_SOURCE_FREQ_MHZ, BSP_CLOCK_SYSTEM_FREQ_MHZ);/* Set the shell console output device */
#if defined(RT_USING_DEVICE) && defined(RT_USING_CONSOLE)rt_console_set_device(RT_CONSOLE_DEVICE_NAME);
#endif/* Board underlying hardware initialization */
#ifdef RT_USING_COMPONENTS_INITrt_components_board_init();
#endif
}

我们进到这个函数内部：
在这里插入图片描述

void hw_board_init(char *clock_src, int32_t clock_src_freq, int32_t clock_target_freq)
{extern void rt_hw_systick_init(void);extern void clk_init(char *clk_source, int source_freq, int target_freq);#ifdef BSP_SCB_ENABLE_I_CACHE/* Enable I-Cache---------------------------------------------------------*/SCB_EnableICache();
#endif#ifdef BSP_SCB_ENABLE_D_CACHE/* Enable D-Cache---------------------------------------------------------*/SCB_EnableDCache();
#endif/* HAL_Init() function is called at the beginning of the program */HAL_Init();/* enable interrupt */__set_PRIMASK(0);/* System clock initialization */clk_init(clock_src, clock_src_freq, clock_target_freq);/* disbale interrupt */__set_PRIMASK(1);rt_hw_systick_init();/* Pin driver initialization is open by default */
#ifdef RT_USING_PINextern int rt_hw_pin_init(void);rt_hw_pin_init();
#endif/* USART driver initialization is open by default */
#ifdef RT_USING_SERIALextern int rt_hw_usart_init(void);rt_hw_usart_init();
#endif}

可以发现在这部分代码的最后对串口进行了初始化。

#ifdef RT_USING_SERIALextern int rt_hw_usart_init(void);rt_hw_usart_init();
#endif

我们进到rt_hw_usart_init() 这个函数内部。

int rt_hw_usart_init(void)
{rt_size_t obj_num = sizeof(uart_obj) / sizeof(struct stm32_uart);struct serial_configure config = RT_SERIAL_CONFIG_DEFAULT;rt_err_t result = 0;stm32_uart_get_dma_config();for (int i = 0; i < obj_num; i++){/* init UART object */uart_obj[i].config = &uart_config[i];uart_obj[i].serial.ops    = &stm32_uart_ops;uart_obj[i].serial.config = config;/* register UART device */result = rt_hw_serial_register(&uart_obj[i].serial, uart_obj[i].config->name,RT_DEVICE_FLAG_RDWR| RT_DEVICE_FLAG_INT_RX| RT_DEVICE_FLAG_INT_TX| uart_obj[i].uart_dma_flag, NULL);RT_ASSERT(result == RT_EOK);}return result;
}

rt_hw_usart_init() 这个函数是RT-Thread 中所有使能的串口设备的统一初始化入口。

    struct serial_configure config = RT_SERIAL_CONFIG_DEFAULT;

这里有一个默认配置，我们看一下这个默认配置是啥：


/* Default config for serial_configure structure */
#define RT_SERIAL_CONFIG_DEFAULT           \
{                                          \BAUD_RATE_921600, /* 921600 bits/s */  \DATA_BITS_8,      /* 8 databits */     \STOP_BITS_1,      /* 1 stopbit */      \PARITY_NONE,      /* No parity  */     \BIT_ORDER_LSB,    /* LSB first sent */ \NRZ_NORMAL,       /* Normal mode */    \RT_SERIAL_RB_BUFSZ, /* Buffer size */  \RT_SERIAL_FLOWCONTROL_NONE, /* Off flowcontrol */ \0                                      \
}

因此系统启动后，当前所有开启的串口都是这个默认配置
在这里插入图片描述
后面在实际使用的时候，如果在不用串口有不同波特率的需求，需要重新更新配置覆盖掉这个默认配置。

    pKnifeMotoDev->Config.baud_rate = BAUD_RATE_115200;pKnifeMotoDev->Config.data_bits = DATA_BITS_8;pKnifeMotoDev->Config.stop_bits = STOP_BITS_1;pKnifeMotoDev->Config.bufsz = 2048;pKnifeMotoDev->Config.parity = PARITY_NONE;res = rt_device_control(pKnifeMotoDev->Dev, RT_DEVICE_CTRL_CONFIG, &pKnifeMotoDev->Config);

比如这样。你在具体的线程里使用串口时，进行串口设备调用的时候，还会进行一次配置，那么串口就会以你这次的配置为准。如果你在启动串口设备时不进行新的配置覆盖，那么它就会使用默认配置，我们串口一使用的就是默认配置。

四、rt_device_find（） 究竟是如何找到设备的？

在串口设备使用中，我们会这么写;

    // 1. 查找串口设备uart_dev = rt_device_find(UART_DEVICE_NAME);if (uart_dev == RT_NULL){rt_kprintf("查找 %s 设备失败！\n", UART_DEVICE_NAME);return;}

然后UART_DEVICE_NAME是个宏定义，表示你使用的是串口几。

#define UART_DEVICE_NAME  "uart3"

那就会引起我们的好奇，这个rt_device_find()是如何找设备的。
先来看一下函数内部：

rt_device_t rt_device_find(const char *name)
{return (rt_device_t)rt_object_find(name, RT_Object_Class_Device);
}
RTM_EXPORT(rt_device_find);

再继续进去：

rt_object_t rt_object_find(const char *name, rt_uint8_t type)
{struct rt_object *object = RT_NULL;struct rt_list_node *node = RT_NULL;struct rt_object_information *information = RT_NULL;information = rt_object_get_information((enum rt_object_class_type)type);/* parameter check */if ((name == RT_NULL) || (information == RT_NULL)) return RT_NULL;/* which is invoke in interrupt status */RT_DEBUG_NOT_IN_INTERRUPT;/* enter critical */rt_enter_critical();/* try to find object */rt_list_for_each(node, &(information->object_list)){object = rt_list_entry(node, struct rt_object, list);if (rt_strncmp(object->name, name, RT_NAME_MAX) == 0){/* leave critical */rt_exit_critical();return object;}}/* leave critical */rt_exit_critical();return RT_NULL;
}

1、rt_device_find 的核心原理：遍历链表匹配名称

核心代码在这里：

    /* try to find object */rt_list_for_each(node, &(information->object_list)){object = rt_list_entry(node, struct rt_object, list);if (rt_strncmp(object->name, name, RT_NAME_MAX) == 0){/* leave critical */rt_exit_critical();return object;}}

首先来看这一句：

rt_list_for_each(node, &(information->object_list))  // 遍历该类型对象的链表

先来说它的作用：便利访问链表中的每个节点。
那这个链表是啥？这个链表其实就是设备类对象的链表，里面由所有已注册的设备（包括串口、I2C、SPI 等设备）组成的。
为什么这个链表是设备类链表？那当然是在前面实现的，是这句代码：

    information = rt_object_get_information((enum rt_object_class_type)type);

但是它的实现我不想细究了，感兴趣的朋友可以自己研究。
反正我们知道rt_device_find () 里面所查找的链表是设备类链表。
其实想想也知道：“这不是废话嘛~一个找设备的函数，那肯定是要去设备链表里面找呀，难不成去线程链表里面找？就好比你要买苹果，你去衣帽区找，这不是扯淡嘛”
现在再来看这一句代码：

        object = rt_list_entry(node, struct rt_object, list);

它的作用：从链表节点（node）找到它所属的对象结构体（struct rt_object）让我们能访问这个对象的名称“name”
我不讨论里面实现的细节，对细节感兴趣的可以自己“偷偷”研究
我们来说说为什么要有这句话？
在前面，假设我们通过便遍历链表获取到了一个链表节点，这个链表节点它是一个对象结构体的成员，这个对象结构体中还有其它成员，比如我们要找的“name”，那现在我们想访问的是这个“name”，但我们只有链表节点的地址，没有这个“name”的地址，这该怎么办？
于是我们通过链表节点的地址进行反推，得到了这个对象结构体的地址，然后我们在通过对象结构体地址+“name”在这个结构体中的偏移量成功访问到了“name”。

  • 用一个通俗的例子来解释：

链表节点（node）就像 “书包上的拉链”，它是书包（对象结构体 struct rt_object）的一部分。
书包上还有 “姓名牌”（name 成员）等其他东西。
当你只抓住了拉链（知道 node 的地址），通过 rt_list_entry 就能找到整个书包（对象结构体的地址），然后就能看到书包上的姓名牌（访问 name 成员）。

再来看最后这一部分代码：

        if (rt_strncmp(object->name, name, RT_NAME_MAX) == 0){/* leave critical */rt_exit_critical();return object;}

我们得到了设备结构体的地址，就可以通过这样object->name访问到name了。
接下来接是将object->name和我们输入的name进行比对，直到匹配上，最后返回目标对象结构体指针object。

2、对象结构体的“name”（花名册）从何而来？

我们通过rt_device_find() 传入一个字符串，然后去对应“花名册”去找到相应的设备，那这个“花名册”肯定不是凭空出现的，肯定是在哪里被初始化出来的。

核心在这部分代码里：

int rt_hw_usart_init(void)
{rt_size_t obj_num = sizeof(uart_obj) / sizeof(struct stm32_uart);struct serial_configure config = RT_SERIAL_CONFIG_DEFAULT;rt_err_t result = 0;stm32_uart_get_dma_config();for (int i = 0; i < obj_num; i++){/* init UART object */uart_obj[i].config = &uart_config[i];uart_obj[i].serial.ops    = &stm32_uart_ops;uart_obj[i].serial.config = config;/* register UART device */result = rt_hw_serial_register(&uart_obj[i].serial, uart_obj[i].config->name,RT_DEVICE_FLAG_RDWR| RT_DEVICE_FLAG_INT_RX| RT_DEVICE_FLAG_INT_TX| uart_obj[i].uart_dma_flag, NULL);RT_ASSERT(result == RT_EOK);}return result;
}

rt_hw_usart_init（）这个函数是RT-Thread 系统的串口硬件初始化的入口函数，它是在系统启动阶段的硬件初始化环节被调用的，具体是在板级初始化过程中被调用的。
这行代码是核心：

        result = rt_hw_serial_register(&uart_obj[i].serial, uart_obj[i].config->name,RT_DEVICE_FLAG_RDWR| RT_DEVICE_FLAG_INT_RX| RT_DEVICE_FLAG_INT_TX| uart_obj[i].uart_dma_flag, NULL);

这里的 uart_obj[i].config->name 就是该串口设备的名称（比如 “uart1”、“uart2”），它会被传入注册函数，最终成为 “花名册” 中的记录。

“花名册”的源头：

        uart_obj[i].config = &uart_config[i];

继续进去uart_config:

static struct stm32_uart_config uart_config[] =
{
#ifdef BSP_USING_UART1UART1_CONFIG,
#endif
#ifdef BSP_USING_UART2UART2_CONFIG,
#endif
#ifdef BSP_USING_UART3UART3_CONFIG,
#endif
#ifdef BSP_USING_UART4UART4_CONFIG,
#endif
#ifdef BSP_USING_UART5UART5_CONFIG,
#endif
#ifdef BSP_USING_UART6UART6_CONFIG,
#endif
#ifdef BSP_USING_UART7UART7_CONFIG,
#endif
#ifdef BSP_USING_UART8UART8_CONFIG,
#endif
#ifdef BSP_USING_LPUART1LPUART1_CONFIG,
#endif
};

这个就是“花名册”的源头：
在这里插入图片描述

http://www.dtcms.com/a/321840.html

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