Linux串口ttyUSB设置

1 简介

控制板改版，之前电路中直接从工控机主板引脚中连出com口（ttyS），现在在FT4232H（配置TTL）之后又连接了ADM3232EARUZ（TTL转RS232）需要使用USB转串口（ttyUSB）

2 /dev/tty、/dev/ttyS/、/dev/ttyUSB区别

• /dev/tty 当前控制终端Terminal
• /dev/ttyn和/dev/console （虚拟）控制台终端
• /dev/ttySn 一般为/dev/ttyS0 串行端口终端，接串口线使用的端口设备
• /dev/ttyUSBn 一般为/dev/ttyUSB0 USB转串口终端，接USB转串口线可用此端口设备

3 USB和串口(COM)的区别，以及相互转换

• 串口、COM口是指的物理接口形式(硬件)。
• 而TTL、RS-232、RS-485指的是串口的电平标准(电信号)
• 接线的时候，一般只接GND、RX(接收)、TX(发送)。不会接入Vcc等电源线，避免与目标设备上的供电冲突

3.1 接线法则

• 交叉连接
• 主机的 TX 接目标设备的 RX ，主机的 RX 接目标设备的 TX
• 很多设计人员为了接线更为直观而故意颠倒标记 RX、TX
• 如果有问题可以尝试交换RX、TX，不会烧坏设备

3.2 拓展芯片

• PL2303、CP2102、FT232R芯片是用USB来扩展串口(TTL电平输出)的芯片，需要对应的驱动
• 知名的Z-TEK就用的是FT232芯片
• MAX232芯片是TTL电平与RS232电平的专用双向转换芯片，不同引脚实现TTL转RS-232或RS-232转TTL的功能
• ADM3232EARUZ 也是TTL电平与RS232电平转换芯片

3.3 电气特性

• TTL电平标准是：低电平为0，高电平为1（对地，标准数字电路逻辑）。
• RS-232电平标准是：正电平为0，负电平为1（对地高低，电压具体数值不敏感，甚至可以用高阻态）。
• RS-485、RS-422 与RS-232类似，但是采用差分信号逻辑，更适合长距离、高速传输
• 台式电脑后边带的D型9针插头（板载串口，公口），是RS-232电平标准的。可以通过MAX232转换为TTL电平。

3.4 串口(COM)

COM口 即 串行通讯端口，简称 串口。这里区别于 USB的“通用串行总线”和“SATA”串行硬盘

3.4.1 物理形式

一般我们见到的是两种物理形式。D型9针插头（DB9）和 4针杜邦头 两种，早年的25针串口已被淘汰

• 下图是常见的4针串口，在电路板上常见，经常上边还带有杜邦插针
  

四针分别为：GND、TX、RX、VCC。其中GND可以通过焊盘接地判断出来，而VCC一般走线稍粗些。由于是预留在电路板上的，协议可以有很多种，要看具体设备。

经验是：不管单片机也好、ARM也罢，这些芯片都是数字逻辑的，电平只有高和低，输出肯定是TTL电平的。
如果你看到串口线从核心芯片直接连出来，未经其他芯片，那99%是TTL的，STC下载和中九升级都属此范畴。

• 下图就是D型9针串口(通俗说法，DB9)
  

DB9接口的协议常用的只有三种：RS-232、RS-485和RS-422。绝不会是TTL电平，80%的可能性是RS-232
DB9 公头母头引脚定义及连接

3.4.2 USB 转 TTL

• 下图是个USB转TTL串口的小板(TTL电平)，可以用USB扩展出一个串口。芯片为PL2303HX。
  
• CP2102芯片的，也是USB转串口(TTL电平)
  

3.4.2 USB转RS-232串口

• 转接口
  USB经过PL2303转成了TTL串口(中间那四个窟窿可以引出)，再经由MAX232转换为RS-232电平，9针串口引出.
  MAX232只能转换两个T和两个R，无法实现完整的9针全串口电平转换，所以此类串口转接板只有TX、RX和GND三针有效，对于涉及到串口中其他控制线的目标设备不适用。（PL2303等芯片都转出了TTL电平的全部引脚，只不过MAX232只用到了TX和RX。若要全串口电平转换，MAX3232可以实现。）
  
• 转接线
  D型9针串口，不会是TTL电平的，没特殊说明就默认是RS-232。所以这根线，不管里边构造怎样的，是 USB转RS-232串口 的线，内置了电平转换芯片。
  

4 波特率等参数设置

4.1 查看串口波特率信息

stty -F /dev/ttyS0 -a  #ttyS0为要查看的串口

4.2 用stty设置串口参数

stty -F /dev/ttyS0 ispeed 115200 ospeed 115200 cs8

该命令将串口1（/dev/ttyS0）设置成115200波特率，8位数据模式。一般情况下设置这两个参数就可以了，如果显示数据乱码，可能还需要设置其它参数，使用man查看stty其它设置选项。

5 确定有效端口

5.1 短接串口Rx和Tx

• 短接串口的收发引脚
• 输入如下命令

# cat /dev/ttyS0 &
# echo testSerialCharString > /dev/ttyS0

5.2 通过收发数据确定

• linux的shell中输入

echo "worthsen" > /dev/ttyUSB1

• XCOM V2.0 接收

5.3 命令查看

使用 dmsg 命令查看

6 生成固定USB转串口设备节点

每个USB端口都有唯一的端口号

6.1 硬件上电顺序的变化会导致ttyUSB0或者ttyUSB1无法每次固定的对应的USB口

• ls -l /sys/class/tty/ttyUSB* 确定端口号，假设端口号是3-1.1
• 通过bash + 正则表达式确定3-1.1端口号对应的设备挂载的文件名（ttyUSBx）
• 并建立一个软链接将当时获取到的ttyUSBx生成一个软链接，假设名字固定为ttydata,那么以后每次打开/dev/ttydata就能找到正确3-1.1这个端口，并获取数据了

7 通信

7.1 处理器与外部设备通信的两种方式

7.2 串行通信：

（1）按照数据传输方式分为单工、半双工、全双工
（2）串行通信的通信方式：

• 同步通信：速度由时钟同步信号决定，每个时钟信号(如上升沿)发生时传输一个bit，如SPI、IIC通信接口；
• 异步通信：不带时钟同步信号，但有传输约定。如UART(通用异步收发器)，单总线。UART(通用异步收发器)通信，发送/接收端使用统一波特率（确定每个bit所使用的时间），起始位/校验位/停止位；单总线通信，没有约定波特率，在标准时间内高低电平的占比来确定是1还是0。

7.3 常见通信

7.4 UART异步通信方式引脚连接方法

7.5 UART在不同电气规范下的接口

对于不同平台或者使用环境，信号管脚的电气特性依次可以分为TTL/CMOS、RS232、RS422、RS485

• TTL/CMOS
  TTL电平，逻辑“0”等于0V电压，逻辑“1”等于+5V电压。
  CMOS电平，逻辑“0”接近0V电压，逻辑“1”接近电源电压（3.3V或其他）。
• RS-232
  RS232对电气特性、逻辑电平和各种信号线功能都作了规定。
  在TxD和RxD信号管脚上：
  逻辑“1”电压范围-3V～-15V
  逻辑“0”电压范围+3～+15V
  在RTS、CTS、DSR、DTR和DCD等控制线上：
  信号有效（接通，ON状态，正电压）电压范围+3V～+15V
  信号无效（断开，OFF状态，负电压）电压范围-3V～-15V
• RS-422
  RS-422的信号线采用的是差分传输方式，即原来的TxD、RxD信号线，此时分别改用两根线来完成，即TxD+和TxD-、RxD+和RxD-两组，并且利用两根线之间的电压差值来表示数据的逻辑“1”和逻辑“0”。
  逻辑“1”的差分信号电压差范围：+2~+6V
  逻辑“0”的差分信号电压差范围：-6~-2V
  最大通信距离：1500米
  通信速率范围：100 kbit / s - 10 Mbit / s
• RS-485
  EIA于1983年在RS-422基础上制定了RS-485标准，由之前的4线改为2线传输，即全双工改为半双工，增加了多点、双向通信能力。2线制的半双工，仅由2差分线A、B来连接，其中A线的“高”表示逻辑“0”而低表示逻辑“1”；B线的“高”表示逻辑“1”，“低”表示逻辑“0”。
  看一张图就可以明白了，如下图引用的是维基百科RS485介绍的时序图片：
  

8 linux设备和驱动加载的先后顺序

1 动态加载
动态加载是将驱动模块加载到内 核中，而不能放入/lib/modules/下。
在2.4内核中，加载驱动命令为：insmod ,删除模块为：rmmod；
在2.6以上内核中，除了insmod与rmmod外，加载命令还有modprobe；
insmod与modprobe不同之处：
insmod 绝对路径/××.o，而modprobe ××即可，不用加.ko或.o后缀，也不用加路径；最重要的一点是：modprobe同时会加载当前模块所依赖的其它模块；
lsmod查看当前加载到内核中的所有驱动模块，同时提供其它一些信息，比如其它模块是否在使用另一个模块。
2 静态加载
2.1 概念
在执行make menuconfig命令进行内核配置裁剪时，在窗口中可以选择是否编译入内核，还是放入/lib/modules/下相应内核版本目录中，还是不选。
2.2 操作步骤
linux设备一般分为：字符设备、块设备和网络设备，每种设备在内核源代码目录树drivers/下都有对应的目录，其加载方法类似，以下以字符设备静 态加载为例，假设驱动程序源代码名为ledc.c，具体操作步骤如下：
第一步：将ledc.c源程序放入内核源码drivers/char/下；
第二步：修改drivers/char/Config.in文件，具体修改如下：
按照打开文件中的格式添加即可；
在文件的适当位置（这个位置随便都可以，但这个位置决定其在make menuconfig窗口中所在位置）加入以下任一段代码：

tristate 'LedDriver' CONFIG_LEDC
         if [ "$CONFIG_LEDC" = "y" ];then
         bool '   Support for led on h9200 board' CONFIG_LEDC_CONSOLE
         fi
         说明:以上代码使用tristate来定义一个宏,表示此驱动可以直接编译至内核（用*选择）,
         也可以编制至/lib/modules/下（用M选择）, 或者不编译（不选）。

         bool 'LedDriver' CONFIG_LEDC
         if [ "$CONFIG_LEDC" = "y" ];then
         bool '   Support for led on h9200 board' CONFIG_LEDC_CONSOLE
         fi

说明:以上代码使用tristate来定义一个宏,表示此驱动只能直接编译至内核（用*选择）或者不编译（不选），不能编制至/lib/modules/ 下（用M选择）。
第三步：修改drivers/char/Makefile文件
在适当位置加入下面一行代码：
obj-$(CONFIG_LEDC) += ledc.o
或者在obj-y一行中加入ledc.o,如：
obj-y += ledc.o mem.o 后面不变；
OK，经过以上的设置就可以在执行make menuconfig命令后的窗口中的character devices—> 中进行选择配置了。选择后重新编译就ok了。

参考

1、/dev/tty、/dev/ttyS/、/dev/ttyUSB区别
2、USB和串口(COM)的区别，以及相互转换
3、DB9 公头母头引脚定义及连接
4、FT4232H
5、TTL和RS232之间的详细对比
6、linux下/dev/tty, /dev/tty0, /dev/console区别
7、linux设备和驱动加载的先后顺序
8、从需求的角度去理解Linux系列：总线、设备和驱动
9、解决Linux下USB设备节点ttyUSB名不固定的问题，生成固定USB转串口设备节点
10、linux查看某串口（或串口终端）的波特率等属性
11、linux 串口/dev/ttyS0测试（UART0）
12、STM32F407–串行通信的原理
13、嵌入式硬件通信接口协议-UART（二）不同电气规范下的标准