uart-serial-baremetal

UART シリアル（ベアメタル）

目的

デバッグコンソールやデバイス通信向けに UART/USART を実装します。ボーレートの計算、8N1 フレーミング、ポーリングと割り込み駆動の I/O、オーバーラン処理、オプションの DMA の基礎を扱います。

使用する場面

• 新しいハードウェアで最初の printf／ログ出力を行うとき
• センサー／モジュールとのシリアルプロトコル通信
• ブロッキング方式の HAL_UART を最小限のドライバーに置き換えるとき
• 文字化けや文字の欠落を解消するとき

ワークフロー

1. ボーレート（STM32）

BRR = pclk / (16 * baud)   /* oversampling by 16 — check RM for USART */

void usart2_init(uint32_t pclk, uint32_t baud) {
    RCC->APB1ENR |= RCC_APB1ENR_USART2EN;
    /* GPIO PA2/PA3 AF — see gpio-baremetal */

    USART2->BRR = pclk / baud;  /* simplified — RM has fractional formula */
    USART2->CR1 = USART_CR1_TE | USART_CR1_RE | USART_CR1_UE;
}

実際のクロックツリー（SystemCoreClock、APB プリスケーラー）から pclk を確認します。

2. ポーリング TX/RX

void uart_putc(USART_TypeDef *u, char c) {
    while (!(u->SR & USART_SR_TXE))
        ;
    u->DR = (uint8_t)c;
}

char uart_getc(USART_TypeDef *u) {
    while (!(u->SR & USART_SR_RXNE))
        ;
    return (uint8_t)u->DR;
}

3. 割り込み駆動の RX リングバッファー

void USART2_IRQHandler(void) {
    if (USART2->SR & USART_SR_RXNE) {
        uint8_t b = USART2->DR;
        rb_push(&rx_rb, b);
    }
    if (USART2->SR & USART_SR_ORE) {
        (void)USART2->DR;  /* clear overrun — required on STM32 */
    }
}

4. printf のリターゲット（newlib）

int _write(int fd, char *ptr, int len) {
    (void)fd;
    for (int i = 0; i < len; i++)
        uart_putc(USART2, ptr[i]);
    return len;
}

--specs=nosys.specs とリンクするか、システムコールをすべて用意してください。

5. エージェントの使用方法

/uart-serial-baremetal Calculate USART BRR for 115200 at 84 MHz PCLK

よくある問題

症状	原因	対処方法
文字化け	ボーレート／PCLK が不正	BRR を再計算し、APB ディバイダーを確認
バイトの欠落	ORE がクリアされていない	ORE 発生時に DR を読み取り、IRQ とリングバッファーを使用
出力がない	TX ピンが AF に設定されていない	GPIO の代替機能を設定
printf が停止する	_write がない	リターゲットを実装

関連スキル

• skills/baremetal/gpio-baremetal — TX/RX ピンの多重化
• skills/baremetal/interrupts-and-exceptions-baremetal — USART IRQ
• skills/baremetal/dma-baremetal — UART RX DMA
• skills/embedded/openocd-jtag — semihosting の代替手段