FreeRTOS线程安全、中断安全的printf实现方式

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前言

利用串口对基于FreeRTOS的多任务程序调试过程中，时常出现数据交叉打印，甚至出现乱码现象。这是因为通常情况下，串口打印函数所在任务的优先级不高，或者在程序中有多个任务均包含打印函数。此时，当发送数据时，容易被中断或者其它优先级更高的任务打断或抢占，在发送的数据量较大情况下，该现象尤为明显。

文本将介绍一种FreeRTOS的线程安全、中断安全的printf实现方式，并详细说明它是如何解决上述问题的。

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一、问题描述

开发环境
平台：STM32Cube IDE，HAL库；
芯片：STM32L431CBT6；

串口设置
基于FreeRTOS的三任务程序，串口打印函数任务优先级最低，且在多个任务中均有打印函数。
串口设置如下：波特率115200；8位数据；一个停止位；一个起始位；无奇偶校验位；

输出展示
输出数据出现交叉打印现象，甚至出现乱码，如下图所示：

该程序下，串口的理想输出因该如下图所示：

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二、解决方案

1. 线程安全、中断安全的printf实现方式

代码如下：

/* Includes ------------------------------------------------------------------*/
#include <string.h>
#include <stdarg.h>
#include <stdio.h>

/* Private variables ---------------------------------------------------------*/
UART_HandleTypeDef huart1;

/* Private function prototypes -----------------------------------------------*/
static int inHandlerMode(void);
/* 在C中，当无法列出传递函数的所有实参的类型和数目时，可以用省略号指定参数表  */
void print_usart1(char *format, ...);

/* Private function details --------------------------------------------------*/
static int inHandlerMode(void)
{
    
    
    /* 函数返回1表示正处于中断 */
	return __get_IPSR();
}

void print_usart1(char *format, ...)
{
    
    
	char buf[64];

	if (inHandlerMode() != 0)
	{
    
    
	    /* 处于中断，则关闭中断，防止中断嵌套致使线程不安全 */
		taskDISABLE_INTERRUPTS();
	}
	else
	{
    
    
	    /* 若串口正在发送数据则挂起此任务 */
		while(HAL_UART_GetState(&huart1) == HAL_UART_STATE_BUSY_TX)
		{
    
    
			osThreadYield();
		}
	}

	va_list ap; /* 声明字符指针ap */
	va_start(ap, format);/* 初始化变量ap，让ap指向可变参数表里面的第一个参数 */
	/* 使用参数列表发送格式化输出到字符串，如果成功，则返回写入的字符总数，否则返回一个负数。 */
	if (vsprintf(buf, format, ap) > 0)
	{
    
    
	    /* 100ms内发送 */
		HAL_UART_Transmit(&huart1, (uint8_t *)buf, strlen(buf), 100);
	}

	va_end(ap); /* 释放指针，将输入的参数 ap 置为 NULL */

	if (inHandlerMode() != 0)
	{
    
    
		taskENABLE_INTERRUPTS();
	}
}

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总结

1）程序开发过程中利用串口进行调试，是不少嵌入式程序员的首选调试方式；
2）在基于FreeRTOS等实时操作系统的多任务程序调试过程中，串口时常出现数据交叉打印，甚至乱码现象；
3）串口在发送数据时，容易被中断或者其它优先级更高的任务打断或抢占；
4）文本分享了一种FreeRTOS线程安全、中断安全的printf实现方式。

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参考

https://wenku.baidu.com/view/bacd8e4ea75177232f60ddccda38376bae1fe05f.html；