UART 串口驱动

1. 概述

1.1 功能简介

UART（Universal Asynchronous Receiver/Transmitter）通用异步收发器，是最常用的串行通信接口。RK3576 内置多路 UART 控制器，可用于调试串口、GPS 模块、蓝牙模块、工业设备通信等场景。M4-R2 底板提供 1 路调试串口（4pin/1.0mm，波特率 1500000）和 3 路 TTL 扩展串口（其中 2 路与 I2C 复用，见 40PIN 引脚定义）。

1.2 应用场景

调试串口：系统启动日志输出、终端交互
GPS 模块：接收 NMEA 定位数据
蓝牙模块：UART 接口的 HC-05/HC-06 蓝牙模块
工业通信：RS485 总线通信（Modbus 协议）
Modem 通信：4G/5G 模块 AT 指令交互

1.3 工作原理

UART 采用异步通信，无需时钟信号。数据格式为：起始位 + 数据位（5/6/7/8 位） + 校验位（无/奇/偶） + 停止位（1/1.5/2 位）。RK3576 的 UART 控制器内置 FIFO，支持中断与 DMA 传输方式。M4-R2 调试串口波特率为 1500000（8N1）。

⚠️ 调试串口网络命名：规格书（S-01）将调试串口标为 UART2（RX2/TX2）；底板原理图（S-04）中为 UART0_TX_M0_DEBUG（GPIO0_D4_D）/ UART0_RX_M0_DEBUG（GPIO0_D5_D），两者命名不一致，具体以实际物料与 SDK 配置为准（待板上验证）。

详见 RK 官方文档：[《Rockchip_Developer_Guide_Linux_Software_CN.pdf》]

2. 硬件准备

2.1 硬件清单

组件	型号/规格	数量	备注
主控板	C-3576BQ 核心板 + M4-R2 底板	1
USB 转 TTL 模块	CH340/CP2102/FT232	1	用于调试串口连接
串口线	USB 转 TTL（3.3V）	1	波特率 1500000
GPS 模块（可选）	BN-220 / NEO-6M	1	UART 接口
杜邦线	母对母	若干

2.2 引脚连接

调试串口（4pin/1.0mm 排针）

主控板引脚	USB 转 TTL 模块	功能说明
调试串口 TX（GPIO0_D4_D）	RXD	调试输出
调试串口 RX（GPIO0_D5_D）	TXD	调试输入
GND	GND	共地

调试串口网络在底板原理图（S-04）中为 UART0_TX_M0_DEBUG（GPIO0_D4_D）/UART0_RX_M0_DEBUG（GPIO0_D5_D），与规格书标注的 UART2（RX2/TX2）命名不一致，以实际物料与 SDK 配置为准（待板上验证）。

扩展 TTL 串口（40PIN）

主控板引脚	外设引脚	功能说明
TTL_TX1（40PIN Pin8）	GPS TX	串口输出
TTL_RX1（40PIN Pin10）	GPS RX	串口输入
3.3V	GPS VCC	电源
GND	GPS GND	共地

40PIN 提供 3 路 TTL 串口，其中 2 路与 I2C 复用（S-01），详细引脚位置见 40PIN 引脚定义。

2.3 硬件确认

# 查看可用串口设备
ls /dev/ttyS*
ls /dev/ttyUSB*

# 查看串口设备信息
stty -F /dev/ttyS0 -a

3. 软件准备

3.1 内核配置

确认以下内核配置已启用：

CONFIG_SERIAL_CORE=y
CONFIG_SERIAL_CORE_CONSOLE=y
CONFIG_SERIAL_ROCKCHIP=y
CONFIG_SERIAL_ROCKCHIP_CONSOLE=y
CONFIG_SERIAL_MFD=y
CONFIG_OF=y
CONFIG_OF_SERIAL=y

CONFIG_SERIAL_ROCKCHIP 是 Rockchip UART 驱动，适用于 RK3576。调试串口需额外启用 CONFIG_SERIAL_ROCKCHIP_CONSOLE=y。

3.2 设备树

RK3576 的 UART 控制器在设备树中定义（以下为 RK 平台通用结构示例）：

uart2: serial@fe660000 {
    compatible = "rockchip,rk3576-uart", "snps,dw-apb-uart";
    reg = <0x0 0xfe660000 0x0 0x100>;
    interrupts = <GIC_SPI 112 IRQ_TYPE_LEVEL_HIGH>;
    clocks = <&cru SCLK_UART2>, <&cru PCLK_UART2>;
    clock-names = "baudclk", "apb_pclk";
    pinctrl-names = "default";
    pinctrl-0 = <&uart2m0_xfer>;
    reg-shift = <2>;
    reg-io-width = <4>;
    status = "disabled";
};

以上寄存器基地址、中断号与时钟标识为 RK 平台通用结构示例，具体数值以实际发布的 RK3576 SDK 设备树为准（待板上验证）。M4-R2 调试串口究竟是 UART0 还是 UART2，以实际 SDK 配置与板级验证为准。

4. 操作步骤

4.1 配置调试串口

# 在 U-Boot 中设置调试串口参数
# 具体寄存器基地址以实际 SDK 为准
setenv bootargs 'earlycon=uart8250,mmio32,0xfe660000 console=ttyFIQ0'

# 或使用串口作为控制台（波特率 1500000）
setenv bootargs 'console=ttyS2,1500000n8'

4.2 使用串口通信

# 设置串口参数
stty -F /dev/ttyS2 1500000 raw -echo -echoe -echok

# 发送数据
echo "Hello RK3576" > /dev/ttyS2

# 接收数据
cat /dev/ttyS2

# 使用 minicom 连接串口
minicom -D /dev/ttyS2 -b 1500000

4.3 RS485 模式配置

&uart4 {
    status = "okay";
    pinctrl-0 = <&uart4m0_xfer &uart4m0_ctsn>;
    linux,rs485-enabled-at-boot-time;
    rs485-rts-delay-low = <1>;
    rs485-rts-delay-high = <1>;
};

# 查看 RS485 配置
cat /sys/class/tty/ttyS4/device/rs485

具体 UART 编号与引脚定义以实际 SDK 为准。

4.4 通过 sysfs 查看串口信息

# 查看串口中断
cat /proc/interrupts | grep uart

# 查看串口时钟
cat /sys/kernel/debug/clk/clk_uart2/clk_rate

5. 代码详解

5.1 内核中 UART 驱动的注册

// RK3576 UART 控制器驱动（简化）
// drivers/tty/serial/rockchip_serial.c

static struct platform_driver rockchip_uart_driver = {
    .probe  = rockchip_uart_probe,
    .remove = rockchip_uart_remove,
    .driver = {
        .name = "rockchip-uart",
        .of_match_table = rockchip_uart_match,
    },
};

static const struct of_device_id rockchip_uart_match[] = {
    { .compatible = "rockchip,rk3576-uart" },
    { /* sentinel */ }
};

5.2 用户空间 UART 操作的内核调用链

用户空间 open(/dev/ttyS2)
  → tty_open()
    → uart_open()
      → rockchip_uart_startup()
        → 配置 UART 寄存器，启用 FIFO

用户空间 write()
  → tty_write()
    → uart_write()
      → rockchip_uart_tx_chars()
        → 将数据写入 UART 发送 FIFO

6. 常见问题

6.1 调试串口无输出

现象： 上电后串口终端无任何输出

解决方案：

# 检查串口波特率设置
# M4-R2 调试串口默认波特率 1500000
minicom -D /dev/ttyUSB0 -b 1500000

# 检查 U-Boot 启动参数
# 确认 earlycon 和 console 参数正确

检查 TX/RX 是否交叉连接、波特率是否匹配、电平是否兼容（3.3V）。

6.2 串口数据乱码

现象： 串口输出乱码或不完整

解决方案：

# 检查串口配置
stty -F /dev/ttyS2 -a

# 确认波特率、数据位、停止位、校验位设置正确
# 默认配置：1500000 8N1（1500000 波特率，8 数据位，无校验，1 停止位）

检查晶振频率是否准确、时钟配置是否正确。

6.3 串口中断丢失

现象： 高速传输时数据丢失

解决方案：

# 查看串口 FIFO 状态
cat /sys/kernel/debug/uartclk/uart2

# 启用 DMA 传输减少 CPU 负载
# 在设备树中配置：
// dmas = <&dmac 0>, <&dmac 1>;
// dma-names = "tx", "rx";