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 Omni3576 中，UART0_M0 被指定为调试串口（有关调试串口的使用方法，请参考《登录》章节中的“串口登录”部分），调试串口的接口位置如图：
Omni3576 引脚图：

3. 串口测试（shell）

以 UART2_M1 为例，打开成功后，我们使用命令查看 UART2_M1：
```
root@luckfox:/home/luckfox# ls /dev/ttyS*
/dev/ttyS2  /dev/ttyS4
```

用 stty 工具查询其通信参数：

root@luckfox:/home/luckfox# stty -F /dev/ttyS2
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：
```
stty -F /dev/ttyS2 ispeed 115200 ospeed 115200
```
关闭回显：
```
stty -F /dev/ttyS2 -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 Omni3576 开发板的引脚6（GND）、8（UART2_TX）和10（UART2_RX）上。
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）。
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/ttyS2
echo "world !" > /dev/ttyS2
```
Windows 上的串口调试助手会接收到内容：

4. 串口通信（Python程序）

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/ttyS3", 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}")

运行程序。

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

串口通信（C程序）

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;
}

关闭串口。

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

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/ttyS3"
#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;
}

编译运行程序。

root@luckfox:/home/luckfox# gcc uart.c -o uart
root@luckfox:/home/luckfox# ./uart
Sent: Hello World!
Received: Hello World!

5. 设备树简介

UART2 DTS 源文件在kernel-6.10/arch/arm64/boot/dts/rockchip/rk3576.dtsi已经定义，我们可以直接调用。

uart2: serial@2ad50000 {
                compatible = "rockchip,rk3576-uart", "snps,dw-apb-uart";
                reg = <0x0 0x2ad50000 0x0 0x100>;
                interrupts = <GIC_SPI 78 IRQ_TYPE_LEVEL_HIGH>;
                clocks = <&cru SCLK_UART2>, <&cru PCLK_UART2>;
                clock-names = "baudclk", "apb_pclk";
                reg-shift = <2>;
                reg-io-width = <4>;
                dmas = <&dmac0 10>, <&dmac0 11>;
                pinctrl-names = "default";
                pinctrl-0 = <&uart2m0_xfer>;
                status = "disabled";
        };

设备文件路径位于kernel-6.1/arch/arm64/boot/dts/rockchip/luckfox-omni3576.dts，开启pwm2m0_ch0的代码片段如下：
```
&uart2 {
    status = "okay";
    pinctrl-names = "default";
    pinctrl-0 = <&uart2m1_xfer>;
};
```

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2. 串口引脚图​

3. 串口测试（shell）​

3.1 与Windows主机通讯​

4. 串口通信（Python程序）​

串口通信（C程序）​

5. 设备树简介​