UART 안 찍힐 때 — Bare-metal 체크리스트

#한 줄 요약

“UART가 안 찍힐 때는 전기, 핀, 클럭, baud, 코드 순으로 위에서부터 점검합니다.”

#Step 1: 전기·접지

• USB-UART converter VCC와 보드 GND 공유?
• 보드 전원 ON·전압 정상? (멀티미터 측정)
• USB-UART의 TX·RX·GND 라인 3개 모두 연결?
• 3.3V 보드에 5V converter? → fry 위험. level shifter 또는 3.3V converter

가장 흔한 실수는 GND를 연결하지 않는 것입니다. 전원만 보고 signal ground를 잊는 경우가 많습니다.

#Step 2: TX·RX 교차 확인

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       Board                  USB-UART
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       TX  ─────────────────  RX
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       RX  ─────────────────  TX
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       GND ─────────────────  GND

Crossover는 한쪽의 TX가 다른 쪽의 RX와 만나는 연결을 의미합니다. 일자로 연결하면 양쪽 TX끼리, RX끼리 마주 보게 됩니다.

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/* 의심되면 *교차해서 다시 시도* */
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swap_tx_rx();

USB-UART에 표시된 TX/RX 위치를 확인합니다. 보드 표시는 해당 보드의 신호 방향을 나타냅니다.

#Step 3: Baud Rate 매칭

일반 baud: 9600, 38400, 57600, 115200, 230400, 460800, 921600

• Sender · receiver 같은 baud?
• 8N1 (8-bit, no parity, 1 stop)?
• Flow control 없음? (CTS/RTS 비활성)

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# Linux 측 (USB-UART)
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stty -F /dev/ttyUSB0 115200 cs8 -parenb -cstopb -crtscts
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screen /dev/ttyUSB0 115200

STM32 코드 측:

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huart1.Init.BaudRate = 115200;
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huart1.Init.WordLength = UART_WORDLENGTH_8B;
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huart1.Init.StopBits = UART_STOPBITS_1;
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huart1.Init.Parity = UART_PARITY_NONE;
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huart1.Init.HwFlowCtl = UART_HWCONTROL_NONE;

#Step 4: Pin Mux·Alternate Function

STM32 GPIO에 Alternate Function 설정을 하지 않으면 UART 신호가 나오지 않습니다.

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GPIO_InitTypeDef gpio = {0};
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gpio.Pin = GPIO_PIN_9 | GPIO_PIN_10;
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gpio.Mode = GPIO_MODE_AF_PP;
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gpio.Pull = GPIO_NOPULL;
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gpio.Speed = GPIO_SPEED_FREQ_HIGH;
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gpio.Alternate = GPIO_AF7_USART1;   // ← 핵심
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HAL_GPIO_Init(GPIOA, &gpio);

데이터시트의 Alternate Function Mapping 표를 확인합니다. ESP32, NXP, Nordic 모두 비슷한 구조를 가집니다.

#Step 5: Clock Enable

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/* RCC enable — 잊으면 *완전 정지* */
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__HAL_RCC_USART1_CLK_ENABLE();
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__HAL_RCC_GPIOA_CLK_ENABLE();

Cortex-M의 peripheral clock gating은 기본값이 disable입니다. 칩 reset 직후에는 활성화된 peripheral이 하나도 없습니다.

#Step 6: Baud 계산 검증

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/* USART_BRR = PCLK / (16 × baud) */
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/* PCLK = 84 MHz, baud = 115200 → BRR = 45.572... */
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/* 정수만 → fractional + mantissa */
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actual_baud = PCLK / (16 × BRR);
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error_pct = abs(actual_baud - 115200) / 115200 × 100;
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// 3% 초과 시 통신 실패

⚠️ HSI (internal oscillator)는 정확도가 ±1-3% 수준이라 115200 이상에서 marginal해집니다. 외부 crystal이나 HSE 사용을 권장합니다.

#Step 7: Logic Analyzer로 캡쳐

UART 신호를 Saleae Logic이나 DSLogic으로 캡쳐합니다.

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115200 baud → 1 bit ≈ 8.68 µs
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8N1 frame:
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  Start bit (0) + 8 data bits + Stop bit (1) = 10 bits ≈ 86.8 µs/byte

캡쳐 후:

#Step 8: TX 핀 LED 토글로 코드 실행 확인

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while (1) {
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    HAL_GPIO_TogglePin(GPIOC, GPIO_PIN_13);
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    HAL_UART_Transmit(&huart1, "Hello\r\n", 7, 100);
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    HAL_Delay(1000);
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}

LED가 토글되면 코드는 동작하고 UART만 문제입니다. 반대로 LED도 토글되지 않으면 코드 자체가 hang 상태입니다.

#Step 9: Polling vs IRQ vs DMA

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/* Polling — 가장 단순, 디버깅 용이 */
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HAL_UART_Transmit(&huart1, data, len, HAL_MAX_DELAY);
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/* IRQ */
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HAL_UART_Transmit_IT(&huart1, data, len);
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/* DMA */
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HAL_UART_Transmit_DMA(&huart1, data, len);

DMA나 IRQ가 동작하지 않으면 polling으로 먼저 검증합니다. 가장 흔한 IRQ 실수는 NVIC_EnableIRQ 누락입니다.

#Step 10: ESP32 / Nordic / NXP 차이

#printf 리다이렉트

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/* _write override — newlib */
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int _write(int file, char *ptr, int len) {
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    HAL_UART_Transmit(&huart1, (uint8_t*)ptr, len, HAL_MAX_DELAY);
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    return len;
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}
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/* 사용 */
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printf("Sensor read: %d\n", value);

Newlib-nano (-specs=nano.specs)를 사용하면 float printf가 동작하지 않아 %f 출력이 빈 칸으로 나옵니다. 이때 -u _printf_float linker option이 필요합니다.

#SWO Trace — UART 대신 빠른 출력

Cortex-M3 이상은 Single Wire Output을 지원합니다. UART보다 수십 배 빠르고 GPIO 1핀만 사용합니다.

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ITM_SendChar('H');
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ITM_SendChar('i');

ST-Link와 J-Link 모두 SWO viewer를 내장합니다. 디버깅 용도로는 최선의 선택입니다.

#Semihosting — 가장 느림, 가장 간단

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/* OpenOCD나 PyOCD + GDB */
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printf("Hello\n");   // → GDB console

-specs=rdimon.specs linker option을 사용합니다. 실행 시 breakpoint로 멈추므로 production에서는 쓸 수 없습니다.

#자주 하는 실수

⚠️ \r\n vs \n

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printf("Hello\n");   // ← terminal에서 줄이 *띄어쓰기 정렬* 안 됨
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printf("Hello\r\n"); // ← carriage return + line feed

ESP-IDF와 Zephyr는 auto convert 옵션을 제공합니다.

⚠️ printf 호출 후 즉시 reset

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printf("error\n");
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NVIC_SystemReset();   // ← UART buffer 안 비웠는데 reset

DMA나 IT mode라면 buffer flush 대기가 필요합니다. Polling은 동기 방식이라 문제가 없습니다.

⚠️ Variable arg printf로 stack overflow

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printf("%s\n", huge_buffer);   // 1KB → format buffer overflow

Newlib printf는 stack 사용량이 큽니다. 임베디드 환경에서는 mini-printf나 tinyprintf 라이브러리를 고려합니다.

⚠️ Float 변환 누락

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printf("%f", 3.14);   // → ""  (newlib-nano 기본)

-u _printf_float를 추가하거나 --specs=nano.specs --specs=nosys.specs -u _printf_float를 사용합니다.

#정리

체크리스트:

1. GND 공유
2. TX↔RX 교차
3. Baud·8N1 일치
4. GPIO Alternate Function
5. RCC clock enable
6. Baud 계산 error < 3%
7. Logic analyzer 캡쳐
8. LED 토글로 코드 동작 확인
9. Polling으로 우선 검증
10. SWO·semihosting 백업 채널

다음 편은 DDR 초기화입니다.

#관련 항목

• 1-02: DDR 초기화
• Embedded Serial Ch 1: UART