02 UART串口通信

1 UART子系统

UART是一种串行、异步、全双工、以低位先行（LSB First）为位序的通信接口。设备双方协商好波特率、数据帧长度、是否使用奇偶校验位以及停止位长度后，通过数据发送信号线TX和数据接收信号线RX实现数据发送和接收。TX和RX均是相对于设备自身而言。Linux下UART通常由内核串口驱动管理，用户态通过/dev/ttyS*、/dev/ttyAMA*、/dev/ttyUSB*等设备访问，应用程序一般使用open/read/write/ioctl或termios对UART进行配置。

UART接线图如下：

UART接线图

UART子系统主要由以下几个部分组成：

1. tty子系统接口

Linux UART子系统基于TTY（Teletypewriter）框架实现串口设备管理，为字符终端、控制台以及串口通信提供统一抽象接口。TTY子系统负责完成串口驱动注册、设备管理、数据缓冲及用户空间访问控制等功能。其中，/sys/class/tty目录用于展示系统中已注册的串口设备信息，包括设备名称、驱动绑定关系及运行状态等。用户可通过读取相关sysfs节点，查看UART设备属性、设备号以及驱动信息，从而实现串口设备的管理与调试。

2. UART字符设备节点

Linux内核通常会在/dev目录下创建设备节点，例如/dev/ttyS0、/dev/ttyS1、/dev/ttyAMA0等，对应不同的UART控制器或串口设备。这些字符设备节点为用户空间程序提供标准访问接口，应用程序可通过open()、read()、write()、ioctl()等系统调用与指定串口设备进行通信，从而完成数据发送、数据接收、波特率配置、校验位设置以及流控管理等操作。例如，用户可通过串口终端工具（如minicom、picocom）或自定义应用程序访问UART设备，实现调试日志输出、命令交互以及外设通信等功能。

3. 控制台与串口驱动绑定

UART子系统同时承担Linux控制台（Console）输出功能。系统启动阶段，内核可通过bootargs参数指定控制台设备，例如：

console=ttyS0,115200

表示将内核启动日志及shell输出重定向至ttyS0串口，波特率设置为115200。

UART驱动完成硬件初始化后，会将底层UART控制器注册为TTY设备，并与对应字符设备节点建立映射关系，实现用户空间与硬件串口之间的数据交互。

引脚分布

提示

操作UART前，必须确认对应引脚已在DTS中配置为UART功能，而非GPIO或其他复用功能。🔧[需人工确认：具体串口编号与引脚对应关系]

2 Shell 操作

2.1 查看可用串口设备

# 列出所有 tty 串口设备
ls /dev/tty*

预期输出：

/dev/tty      /dev/ttyAMA1  /dev/ttyS000  /dev/ttyp1
/dev/ttyAMA0  /dev/ttyAMA2  /dev/ttyp0

说明

  • tty

    这是当前终端的控制设备名，通常表示“当前控制台”

  • ttyAMA0 / ttyAMA1 / ttyAMA2：

    这几个一般是 硬件UART串口,分别表示第0、1、2路硬件串口。这类设备通常可以拿来：调试输出、连接MCU、接串口模块、产测通信等

  • ttyS000：

    这也是一个串口设备名，通常表示另一种 UART/串口驱动注册出来的设备。有些平台会把某个串口命名成 ttyS*，有些是 ttyAMA*，具体看驱动和平台

  • tttp0 / tttp1

    这两个是 伪终端，不是硬件串口。一般用于：shell 会话、终端模拟器、本地伪终端连接

2.2 查看串口设备详细信息

cat /proc/tty/driver/<串口驱动名>

预期输出：

serinfo:1.0 driver revision:
0: uart:PL011 rev2 mmio:0x12040000 irq:27 tx:12924 rx:454 RTS|CTS|DTR|DSR|CD|RI
1: uart:PL011 rev2 mmio:0x12041000 irq:28 tx:0 rx:0 RI
2: uart:PL011 rev2 mmio:0x12042000 irq:29 tx:0 rx:0 RI

log说明

serinfo:1.0 driver revision:ttyAMA 这个串口驱动当前版本是 1.0

0: uart:PL011 rev2 mmio:0x12040000 irq:27 tx:12924 rx:454 RTS|CTS|DTR|DSR|CD|RI 含义如下：

  • 0: 表示第 0 路串口，也就是通常对应 /dev/ttyAMA0

  • uart:PL011 rev2 说明这是 PL011 类型串口控制器，版本 rev2

  • mmio:0x12040000 这是这个串口控制器的内存映射地址

  • irq:27 这个串口使用中断号 27

  • tx:12924 已经发送了 12924 个字符/字节计数

  • rx:454 已经接收了 454 个字符/字节计数

  • RTS|CTS|DTR|DSR|CD|RI 这些是调制解调器控制/状态信号线标志，说明这个串口驱动支持这些硬件握手信号

2.3 使用 stty 查看串口参数

以ttyAMA0为例

# 查看 ttyAMA0 的当前配置
stty -F /dev/ttyAMA0

预期输出：

/proc/tty/driver # stty -F /dev/ttyAMA0
speed 115200 baud; line = 0;
intr = ^C; quit = ^\; erase = ^?; kill = ^U; eof = ^D; eol =
; eol2 = <undef>;
swtch = <undef>; start = ^Q; stop = ^S; susp = ^Z; rprnt = ^R; werase = ^W;
lnext = ^V; flush = ^O; min = 1; time = 0;
-brkint ixoff -imaxbel
-iexten

log说明

  1. speed 115200 baud: 表示当前串口波特率是：115200 也就是 UART 通信速度为 115200 bps。

  2. line = 0: 表示当前使用的是第 0 条 line discipline。

  3. min = 1; time = 0; 这是串口读取相关参数，常用于 read() 行为。 min = 1表示：至少收到 1 个字节才返回 time = 0表示：不设置超时,read() 会一直等到满足 min 的条件,这是一种比较常见的阻塞式读取模式。

2.4 使用 stty 配置串口参数

# 设置波特率为 115200，8N1（8数据位、无校验、1停止位）
stty -F /dev/ttyAMA0 115200 cs8 -cstopb -parenb raw -echo

预期输出：

# 命令成功执行无输出
# 确认配置已生效
stty -F /dev/ttyAMA0

预期输出：

```text
speed 115200 baud; line = 0;
min = 1; time = 0;
-brkint -icrnl -imaxbel
-opost
-isig -icanon -echo

2.5 使用 cat 和 echo 收发数据

# 终端1: 接收数据（阻塞等待）
cat /dev/ttyAMA0
# 终端2: 发送数据
echo "Hello UART" > /dev/ttyAMA0

预期输出（终端）：

Hello UART

2.6 stty 常用配置命令

# 设置波特率为 9600
stty -F /dev/ttyAMA0 9600

# 设置 7 数据位 + 偶校验
stty -F /dev/ttyAMA0 cs7 parenb -parodd

# 设置 2 停止位
stty -F /dev/ttyAMA0 cstopb

# 恢复为 115200 8N1
stty -F /dev/ttyAMA0 115200 cs8 -cstopb -parenb raw -echo