UART

1. UART 简介

UART（Universal Asynchronous Receiver-Transmitter，通用异步收发器）是一种广泛应用于嵌入式系统和计算机之间的串行通信协议。UART 通过将数据一位一位地传输，采用异步通信方式，数据传输和接收之间无需共享时钟信号。这使得UAR T成为短距离低速设备之间数据传输的常用选择。在 Linux 系统中通常被注册为串口终端设备。这些串口设备在 Linux 系统中以/dev/tty*或/dev/serial/*的形式出现，具体设备名取决于硬件和驱动程序的设置。

2. 串口引脚图

• 在 Lyra Ultra 中，UART0 被指定为调试串口，调试串口的波特率默认是 1500000。
• Luckfox Lyra Ultra/Ultra W 引脚图：
  

3. 串口测试（shell）

• 以 UART1 为例，打开成功后，我们使用命令查看 UART1：

  root@luckfox:/home/luckfox# ls /dev/ttyS*
  /dev/ttyS1

• 用 stty 工具查询其通信参数：

  root@luckfox:/home/luckfox# stty -F /dev/ttyS1
  speed 9600 baud; line = 0;
  -brkint -imaxbel

• 修改波特率，其中i speed 为输入速率，ospeed 为输出速率：

  iomux 0 12 16 
  iomux 0 13 17 
  stty -F /dev/ttyS1 ispeed 115200 ospeed 115200

• 关闭回显：

  stty -F /dev/ttyS1 -echo

3.1 与Windows主机通讯

将串口转 TTL 模块一端连接电脑，另一端连接 Lyra 开发板的引脚 3（GND）、4（RMIO12）和 5（RMIO13）上。

1. 下载并打开 MobaXterm，选择串口，设置波特率（默认为9600，请根据自己实际修改过的数值设置）。
   

2. 在开发板上的终端执行以下指令，使用 echo 命令向终端设备文件写入字符串"Hello"和"world !"：

   echo Hello > /dev/ttyS1
   echo "world !" > /dev/ttyS1

3. Windows 上的串口调试助手会接收到内容：
   

4. 串口通信（Python程序）

1. 使用 Python 的serial库，实现收发数据的完整代码如下：

   #!/usr/bin/python3
   
   from periphery import Serial
   
   # 使用上下文管理器，自动关闭串口
   with Serial("/dev/ttyS1", baudrate=115200, databits=8, parity="none", stopbits=1, xonxoff=False, rtscts=False) as serial:
       try:
           # 发送数据
           serial.write(b"Hello World!\n")
           
           # 读取数据
           buf = serial.read(128, 1)
           if buf:
               data_string = buf.decode("utf-8")
               print(f"Read {len(buf)} bytes:\n{data_string}")
           else:
               print("No data received.")
   
       except Exception as e:
           print(f"An error occurred: {e}")

2. 运行程序。

   root@luckfox:/home/luckfox# sudo python3 uart.py
   Read 13 bytes:
   Hello World!

5. 串口通信（C程序）

1. 打开串口。

   int open_serial(const char *device) {
       int fd = open(device, O_RDWR | O_NOCTTY | O_SYNC);
       if (fd < 0) {
           perror("Error opening serial port");
           return -1;
       }
       return fd;
   }

2. 配置串口参数。

   int configure_serial(int fd, speed_t baudrate) {
       struct termios tty;
       
       if (tcgetattr(fd, &tty) != 0) {
           perror("Error getting tty attributes");
           return -1;
       }
   
       cfsetospeed(&tty, baudrate); // 设置输出波特率
       cfsetispeed(&tty, baudrate); // 设置输入波特率
   
       tty.c_cflag = (tty.c_cflag & ~CSIZE) | CS8; // 8位数据位
       tty.c_cflag |= (CLOCAL | CREAD);            // 启用接收器，忽略调制解调器线状态
       tty.c_cflag &= ~(PARENB | PARODD);          // 无奇偶校验
       tty.c_cflag &= ~CSTOPB;                     // 1个停止位
       tty.c_cflag &= ~CRTSCTS;                    // 不使用RTS/CTS硬件流控
   
       tty.c_iflag &= ~(IXON | IXOFF | IXANY);     // 关闭软件流控
       tty.c_iflag &= ~(ICRNL | INLCR);            // 关闭CR-LF转换
   
       tty.c_lflag &= ~(ICANON | ECHO | ECHOE | ISIG); // 关闭规范模式，关闭回显
       tty.c_oflag &= ~OPOST;                     // 关闭输出处理
   
       tty.c_cc[VMIN] = 0;  // 非阻塞模式
       tty.c_cc[VTIME] = 10; // 1秒超时
   
       if (tcsetattr(fd, TCSANOW, &tty) != 0) {
           perror("Error setting tty attributes");
           return -1;
       }
   
       return 0;
   }

3. 发送数据。

   int send_data(int fd, const char *data) {
       int len = strlen(data);
       int bytes_written = write(fd, data, len);
   
       if (bytes_written < 0) {
           perror("Error writing to serial port");
           return -1;
       }
       return bytes_written;
   }

4. 接受数据。

   int receive_data(int fd, char *buffer, int buffer_size) {
       int bytes_read = read(fd, buffer, buffer_size);
   
       if (bytes_read < 0) {
           perror("Error reading from serial port");
           return -1;
       }
       return bytes_read;
   }

5. 关闭串口。

   void close_serial(int fd) {
       if (close(fd) != 0) {
           perror("Error closing serial port");
       }
   }

6. 使用 C 程序来实现收发数据完整代码如下：

   #include <stdio.h>
   #include <stdlib.h>
   #include <string.h>
   #include <fcntl.h>      // open()
   #include <termios.h>    // tcgetattr(), tcsetattr()
   #include <unistd.h>     // read(), write(), close()
   #include <errno.h>      // errno
   
   #define SERIAL_PORT "/dev/ttyS1"
   #define BAUDRATE B115200
   #define BUFFER_SIZE 128
   
   // 打开串口
   int open_serial(const char *device) {
       int fd = open(device, O_RDWR | O_NOCTTY | O_SYNC);
       if (fd < 0) {
           perror("Error opening serial port");
           return -1;
       }
       return fd;
   }
   
   // 配置串口参数
   int configure_serial(int fd, speed_t baudrate) {
       struct termios tty;
       
       if (tcgetattr(fd, &tty) != 0) {
           perror("Error getting tty attributes");
           return -1;
       }
   
       cfsetospeed(&tty, baudrate); // 设置输出波特率
       cfsetispeed(&tty, baudrate); // 设置输入波特率
   
       tty.c_cflag = (tty.c_cflag & ~CSIZE) | CS8; // 8位数据位
       tty.c_cflag |= (CLOCAL | CREAD);            // 启用接收器，忽略调制解调器线状态
       tty.c_cflag &= ~(PARENB | PARODD);          // 无奇偶校验
       tty.c_cflag &= ~CSTOPB;                     // 1个停止位
       tty.c_cflag &= ~CRTSCTS;                    // 不使用RTS/CTS硬件流控
   
       tty.c_iflag &= ~(IXON | IXOFF | IXANY);     // 关闭软件流控
       tty.c_iflag &= ~(ICRNL | INLCR);            // 关闭CR-LF转换
   
       tty.c_lflag &= ~(ICANON | ECHO | ECHOE | ISIG); // 关闭规范模式，关闭回显
       tty.c_oflag &= ~OPOST;                     // 关闭输出处理
   
       tty.c_cc[VMIN] = 0;  // 非阻塞模式
       tty.c_cc[VTIME] = 10; // 1秒超时
   
       if (tcsetattr(fd, TCSANOW, &tty) != 0) {
           perror("Error setting tty attributes");
           return -1;
       }
   
       return 0;
   }
   
   // 发送数据
   int send_data(int fd, const char *data) {
       int len = strlen(data);
       int bytes_written = write(fd, data, len);
   
       if (bytes_written < 0) {
           perror("Error writing to serial port");
           return -1;
       }
       return bytes_written;
   }
   
   // 接收数据
   int receive_data(int fd, char *buffer, int buffer_size) {
       int bytes_read = read(fd, buffer, buffer_size);
   
       if (bytes_read < 0) {
           perror("Error reading from serial port");
           return -1;
       }
       return bytes_read;
   }
   
   // 关闭串口
   void close_serial(int fd) {
       if (close(fd) != 0) {
           perror("Error closing serial port");
       }
   }
   
   int main() {
       int serial_fd;
       char recv_buffer[BUFFER_SIZE];
   
       // 打开串口
       serial_fd = open_serial(SERIAL_PORT);
       if (serial_fd < 0) return 1;
   
       // 配置串口
       if (configure_serial(serial_fd, BAUDRATE) != 0) {
           close_serial(serial_fd);
           return 1;
       }
   
       // 发送数据
       const char *message = "Hello World!\n";
       if (send_data(serial_fd, message) < 0) {
           close_serial(serial_fd);
           return 1;
       }
       printf("Sent: %s", message);
   
       // 接收数据
       int bytes_received = receive_data(serial_fd, recv_buffer, BUFFER_SIZE - 1);
       if (bytes_received > 0) {
           recv_buffer[bytes_received] = '\0'; // 添加字符串终止符
           printf("Received: %s\n", recv_buffer);
       } else if (bytes_received == 0) {
           printf("No data received.\n");
       }
   
       // 关闭串口
       close_serial(serial_fd);
   
       return 0;
   }

7. 交叉编译运行程序，搭建交叉编译环境请参考《程序编译》或《GPIO》部分。

   arm-none-linux-gnueabihf-gcc uart.c -o uart

6. 设备树简介

1. 设备文件路径位于kernel-6.1/arch/arm/boot/dts/rk3506g-luckfox-lyra.dts，开启uart的代码片段如下：

   &uart1 {
       pinctrl-0 = <&rm_io12_uart1_tx &rm_io13_uart1_rx>;
       status = "okay";
       pinctrl-names = "default";
   };