在 RT-Thread Nano 上添加控制台与 FinSH

大家好，又见面了，我是你们的朋友全栈君。

本片文档分为两部分：第一部分是实现 UART 控制台，该部分只需要实现两个数即可完成 UART 控制台打印功能。第二部分是实现移植 FinSH 组件，实现在控制台输入命令调试系统，该部分实现基于第一部分，只需要添加 FinSH 组件源码并再对接一个系统函数即可实现。下面将对这两部分进行说明。

在 Nano 上添加 UART 控制台

在 RT-Thread Nano 上添加 UART 控制台打印功能后，就可以在代码中使用 RT-Thread 提供的打印函数 rt_kprintf() 进行信息打印，从而获取自定义的打印信息，方便定位代码 bug 或者获取系统当前运行状态等。实现控制台打印（需要确认 rtconfig.h 中已使能 RT_USING_CONSOLE 宏定义），需要完成基本的硬件初始化，以及对接一个系统输出字符的函数，本小节将详细说明。

实现串口初始化

使用串口对接控制台的打印，首先需要初始化串口，如引脚、波特率等。uart_init() 需要在 board.c 中的 rt_hw_board_init() 函数中调用。

1/* 实现 1：初始化串口 */
2static int uart_init(void);

示例代码：如下是基于 HAL 库的 STM32F103 串口驱动，完成添加控制台的示例代码，仅做参考。

 1static UART_HandleTypeDef UartHandle;
 2static int uart_init(void)
 3{
 4    /* 初始化串口参数，如波特率、停止位等等 */
 5    UartHandle.Instance = USART1;
 6    UartHandle.Init.BaudRate   = 115200;
 7    UartHandle.Init.HwFlowCtl  = UART_HWCONTROL_NONE;
 8    UartHandle.Init.Mode       = UART_MODE_TX_RX;
 9    UartHandle.Init.OverSampling = UART_OVERSAMPLING_16;
10    UartHandle.Init.WordLength = UART_WORDLENGTH_8B;
11    UartHandle.Init.StopBits   = UART_STOPBITS_1;
12    UartHandle.Init.Parity     = UART_PARITY_NONE;
13
14    /* 初始化串口引脚等 */
15    if (HAL_UART_Init(&UartHandle) != HAL_OK)
16    {
17        while(1);
18    }
19
20    return 0;
21}
22INIT_BOARD_EXPORT(uart_init);

1/* board.c */
2void rt_hw_board_init(void)
3{
4    ....
5    uart_init();             // 在 rt_hw_board_init 函数中调用 串口初始化 函数
6    ....
7}

实现 rt_hw_console_output

实现 finsh 组件输出一个字符，即在该函数中实现 uart 输出字符：

1/* 实现 2：输出一个字符，系统函数，函数名不可更改 */
2void rt_hw_console_output(const char *str);

示例代码：

如下是基于STM32F103 HAL 串口驱动对接的 rt_hw_console_output() 函数，实现控制台字符输出，示例仅做参考。

 1void rt_hw_console_output(const char *str)
 2{
 3    rt_size_t i = 0, size = 0;
 4    char a = '\r';
 5
 6    __HAL_UNLOCK(&UartHandle);
 7
 8    size = rt_strlen(str);
 9    for (i = 0; i < size; i++)
10    {
11        if (*(str + i) == '\n')
12        {
13            HAL_UART_Transmit(&UartHandle, (uint8_t *)&a, 1, 1);
14        }
15        HAL_UART_Transmit(&UartHandle, (uint8_t *)(str + i), 1, 1);
16    }
17}

结果验证

在应用代码中编写含有 rt_kprintf() 打印的代码，编译下载，打开串口助手进行验证。如下图是一个在 main() 函数中每隔 1 秒进行循环打印 Hello RT-Thread 的示例效果：

在 Nano 上添加 FinSH 组件

RT-Thread FinSH 是 RT-Thread 的命令行组件（shell），提供一套供用户在命令行调用的操作接口，主要用于调试或查看系统信息。它可以使用串口 / 以太网 / USB 等与 PC 机进行通信，使用 FinSH 组件基本命令的效果图如下所示：

本文以串口 UART 作为 FinSH 的输入输出端口与 PC 进行通信，描述如何在 Nano 上实现 FinSH shell 功能。

在 RT-Thread Nano 上添加 FinSH 组件，实现 FinSH 功能的步骤主要如下：

添加 FinSH 源码到工程
实现函数对接

添加 FinSH 源码到工程

KEIL 添加 FinSH 源码

点击 Manage Run-Environment：

勾选 shell，这将自动把 FinSH 组件的源码到工程：

Cube MX 添加 FinSH 源码

打开一个 cube 工程，点击 Additional Software，在 Pack Vendor 中可勾选 RealThread 快速定位 RT-Thread 软件包，然后在 RT-Thread 软件包中勾选 shell，即可添加 FinSH 组件的源码到工程中。

其他 IDE 添加 FinSH 源码

其他 IDE 添加 FinSH 源码，需要手动添加 FinSH 源码以及头文件路径到工程中，以 IAR IDE 为例进行结介绍。

1、复制 FinSH 源码到目标裸机工程：直接复制 Nano 源码中 rtthread-nano/components 文件夹下的 finsh 文件夹到工程中，如图：

2、目标工程添加 FinSH 源码：

打开工程，新建 finsh 分组，添加工程中 finsh 文件夹下的所有. c 文件，如下图；
添加 finsh 文件夹的头文件路径（点击 Project -> Options... 进入弹窗进行添加，如下图）；
在 rtconfig.h 中添加 #define RT_USING_FINSH 宏定义，这样 FinSH 将生效，如下图。

实现 rt_hw_console_getchar

要实现 FinSH 组件功能：既可以打印也能输入命令进行调试，控制台已经实现了打印功能，现在还需要在 board.c 中对接控制台输入函数，实现字符输入：

1/* 实现 3：finsh 获取一个字符，系统函数，函数名不可更改 */
2char rt_hw_console_getchar(void)；

rt_hw_console_getchar()：控制台获取一个字符，即在该函数中实现 uart 获取字符，可以使用查询方式获取（注意不要死等，在未获取到字符时，需要让出 CPU），也可以使用中断方式获取。

示例代码：如下是基于 STM32F103 HAL 串口驱动对接的 rt_hw_console_getchar()，完成对接 FinSH 组件，其中获取字符采用查询方式，示例仅做参考。

 1char rt_hw_console_getchar(void)
 2{
 3    int ch = -1;
 4
 5    if (__HAL_UART_GET_FLAG(&UartHandle, UART_FLAG_RXNE) != RESET)
 6    {
 7        ch = UartHandle.Instance->DR & 0xff;
 8    }
 9    else
10    {
11        if(__HAL_UART_GET_FLAG(&UartHandle, UART_FLAG_ORE) != RESET)
12        {
13            __HAL_UART_CLEAR_OREFLAG(&UartHandle);
14        }
15        rt_thread_mdelay(10);
16    }
17    return ch;
18}

结果验证

编译下载代码，打开串口助手，可以在串口助手中打印输入 help 命令，回车查看系统支持的命令：

如果没有成功运行，请检查对接的函数实现是否正确。

移植示例代码

轮询示例

如下是基于 STM32F103 HAL 串口驱动，实现控制台输出与 FinSH Shell，其中获取字符采用查询方式，示例仅做参考。

 1/* 初始化串口 */
 2static UART_HandleTypeDef UartHandle;
 3static int uart_init(void)
 4{
 5    /* 初始化串口参数，如波特率、停止位等等 */
 6    UartHandle.Instance = USART1;
 7    UartHandle.Init.BaudRate   = 115200;
 8    UartHandle.Init.HwFlowCtl  = UART_HWCONTROL_NONE;
 9    UartHandle.Init.Mode       = UART_MODE_TX_RX;
10    UartHandle.Init.OverSampling = UART_OVERSAMPLING_16;
11    UartHandle.Init.WordLength = UART_WORDLENGTH_8B;
12    UartHandle.Init.StopBits   = UART_STOPBITS_1;
13    UartHandle.Init.Parity     = UART_PARITY_NONE;
14
15    /* 初始化串口引脚等 */
16    if (HAL_UART_Init(&UartHandle) != HAL_OK)
17    {
18        while(1);
19    }
20
21    return 0;
22}
23INIT_BOARD_EXPORT(uart_init);
24
25/* 移植控制台，实现控制台输出, 对接 rt_hw_console_output */
26void rt_hw_console_output(const char *str)
27{
28    rt_size_t i = 0, size = 0;
29    char a = '\r';
30
31    __HAL_UNLOCK(&UartHandle);
32
33    size = rt_strlen(str);
34    for (i = 0; i < size; i++)
35    {
36        if (*(str + i) == '\n')
37        {
38            HAL_UART_Transmit(&UartHandle, (uint8_t *)&a, 1, 1);
39        }
40        HAL_UART_Transmit(&UartHandle, (uint8_t *)(str + i), 1, 1);
41    }
42}
43
44/* 移植 FinSH，实现命令行交互, 需要添加 FinSH 源码，然后再对接 rt_hw_console_getchar */
45/* 查询方式 */
46char rt_hw_console_getchar(void)
47{
48    int ch = -1;
49
50    if (__HAL_UART_GET_FLAG(&UartHandle, UART_FLAG_RXNE) != RESET)
51    {
52        ch = UartHandle.Instance->DR & 0xff;
53    }
54    else
55    {
56        if(__HAL_UART_GET_FLAG(&UartHandle, UART_FLAG_ORE) != RESET)
57        {
58            __HAL_UART_CLEAR_OREFLAG(&UartHandle);
59        }
60        rt_thread_mdelay(10);
61    }
62    return ch;
63}

中断示例

如下是基于 STM32F103 HAL 串口驱动，实现控制台输出与 FinSH Shell，其中获取字符采用中断方式。原理是，在 uart 接收到数据时产生中断，在中断中释放信号量，tshell 线程接收信号量，然后读取 uart 接收到的数据。示例仅做参考。实际使用时可以自定义一个接收缓冲区，将数据存入缓冲区，防止一次性读入数据过多，造成数据覆盖的现象。

 1/* 定义一个静态信号量 */
 2static struct rt_semaphore shell_rx_sem;
 3/* 初始化串口，中断方式 */
 4static UART_HandleTypeDef UartHandle;
 5static int uart_init(void)
 6{
 7    /* 初始化串口接收数据的信号量 */
 8    rt_sem_init(&(shell_rx_sem), "shell_rx", 0, 0);
 9
10    /* 初始化串口参数，如波特率、停止位等等 */
11    UartHandle.Instance = USART2;
12    UartHandle.Init.BaudRate   = 115200;
13    UartHandle.Init.HwFlowCtl  = UART_HWCONTROL_NONE;
14    UartHandle.Init.Mode       = UART_MODE_TX_RX;
15    UartHandle.Init.OverSampling = UART_OVERSAMPLING_16;
16    UartHandle.Init.WordLength = UART_WORDLENGTH_8B;
17    UartHandle.Init.StopBits   = UART_STOPBITS_1;
18    UartHandle.Init.Parity     = UART_PARITY_NONE;
19
20    /* 初始化串口引脚等 */
21    if (HAL_UART_Init(&UartHandle) != HAL_OK)
22    {
23        while(1);
24    }
25
26    /* 中断配置 */
27    __HAL_UART_ENABLE_IT(&UartHandle, UART_IT_RXNE); 
28    HAL_NVIC_EnableIRQ(USART2_IRQn);                 
29    HAL_NVIC_SetPriority(USART2_IRQn, 3, 3);         
30
31    return 0;
32}
33INIT_BOARD_EXPORT(uart_init);
34
35/* 移植控制台，实现控制台输出, 对接 rt_hw_console_output */
36void rt_hw_console_output(const char *str)
37{
38    rt_size_t i = 0, size = 0;
39    char a = '\r';
40
41    __HAL_UNLOCK(&UartHandle);
42
43    size = rt_strlen(str);
44    for (i = 0; i < size; i++)
45    {
46        if (*(str + i) == '\n')
47        {
48            HAL_UART_Transmit(&UartHandle, (uint8_t *)&a, 1, 1);
49        }
50        HAL_UART_Transmit(&UartHandle, (uint8_t *)(str + i), 1, 1);
51    }
52}
53
54/* 移植 FinSH，实现命令行交互, 需要添加 FinSH 源码，然后再对接 rt_hw_console_getchar */
55/* 中断方式 */
56char rt_hw_console_getchar(void)
57{
58    int ch = -1;
59
60    rt_sem_take(&shell_rx_sem, RT_WAITING_FOREVER);  //接收信号量
61    ch = UartHandle.Instance->DR & 0xff;             //读取数据
62
63    return ch;
64}
65
66/* 在中断服务例程中释放信号量 */
67void USART2_IRQHandler(void)
68{   
69    if((__HAL_UART_GET_FLAG(&UartHandle, UART_FLAG_RXNE) != RESET) &&
70            (__HAL_UART_GET_IT_SOURCE(&(UartHandle), UART_IT_RXNE) != RESET)) //接收中断
71    {      
72        __HAL_UART_CLEAR_FLAG(&(UartHandle), UART_FLAG_RXNE);  //清除中断
73        rt_sem_release(&shell_rx_sem);                         //释放信号量
74    }
75}

常见问题

Q: rt_kprintf() 不能打印浮点数吗？

A: 不可以。但是可以通过其他方法实现打印浮点数的目的，比如成倍扩大数值后，分别打印整数与小数部分。

Q: 在实现 FinSH 完整功能时，却不能输入。

A：可能的原因有：UART 驱动未实现字符输入函数、未打开 FinSH 组件等；如果手动开启了 HEAP，需要确定 HEAP 是否过小，导致 tshell 线程创建失败。

Q: 出现 hard fault。

A： ps 后关注各个线程栈的最大利用率，若某线程出现 100% 的情况，则表示该线程栈过小，需要将值调大。

Q: 使用 AC6 编译的问题。

A： FinSH 移植完成后，使用 AC5 编译并下载是没有问题的，但是使用 AC6 编译会有问题，出现控制台不能输入的情况。这是由于 __CLANG_ARM 这个宏未被定义，造成 FinSH 组件在 rtconfig.h 中没有被打开，可以直接在 rtconfig.h 中定义该宏，如下：

 1// 方法一，定义 __CLANG_ARM 宏
 2#if defined (__ARMCC_VERSION) && (__ARMCC_VERSION >= 6010050)
 3#define __CLANG_ARM
 4#endif
 5
 6#if defined(__CC_ARM) || defined(__CLANG_ARM)
 7#include "RTE_Components.h"
 8
 9#if defined(RTE_USING_FINSH)
10#define RT_USING_FINSH
11#endif //RTE_USING_FINSH
12
13#endif //(__CC_ARM) || (__CLANG_ARM)

1// 方法二，直接定义 RT_USING_FINSH 宏
2#define RT_USING_FINSH

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在 RT-Thread Nano 上添加控制台与 FinSH

KEIL 添加 FinSH 源码

轮询示例

Q: rt_kprintf() 不能打印浮点数吗？

Q: 在实现 FinSH 完整功能时，却不能输入。

Q: 出现 hard fault。

Q: 使用 AC6 编译的问题。

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