在 RT-Thread Nano 上添加控制台与 FinSH
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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