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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// 허용 오차는 UART·clock 정확도·sampling 조건으로 검증

⚠️ 내부 oscillator 정확도는 MCU·전압·온도·calibration에 따라 달라집니다. baud error budget을 datasheet와 측정으로 확인합니다.

#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-M의 SWO/ITM 지원과 pin·trace 설정은 core와 debug probe에 따라 다릅니다. UART와 처리량을 비교할 때는 target 조건에서 측정합니다.

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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 error 허용 범위를 datasheet·receiver 조건으로 확인
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

• UART 하드웨어 동작 분석 — Baud Rate·Framing·FIFO — 체크리스트 3·6번(baud·8N1·오차 3%)이 왜 그 값인지
• UART 드라이버 구현 — polling·interrupt·DMA 3가지 방식 비교 — 9번 “polling으로 우선 검증” 다음 단계
• 1-02: DDR 초기화
• Embedded Serial Ch 1: UART