Linux串口ttyUSB设置

Linux串口ttyUSB设置

  • 1 简介
  • 2 /dev/tty、/dev/ttyS/、/dev/ttyUSB区别
  • 3 USB和串口(COM)的区别,以及相互转换
    • 3.1 接线法则
    • 3.2 拓展芯片
    • 3.3 电气特性
    • 3.4 串口(COM)
    • 3.4.1 物理形式
      • 3.4.2 USB 转 TTL
      • 3.4.2 USB转RS-232串口
  • 4 波特率等参数设置
    • 4.1 查看串口波特率信息
    • 4.2 用stty设置串口参数
  • 5 确定有效端口
    • 5.1 短接串口Rx和Tx
    • 5.2 通过收发数据确定
    • 5.3 命令查看
  • 6 生成固定USB转串口设备节点
    • 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
  • 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:
    • 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
  • 8 linux设备和驱动加载的先后顺序
  • 参考

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)
Linux串口ttyUSB设置_第1张图片

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
    Linux串口ttyUSB设置_第2张图片

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)
    Linux串口ttyUSB设置_第3张图片

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。
    Linux串口ttyUSB设置_第4张图片
  • CP2102芯片的,也是USB转串口(TTL电平)
    Linux串口ttyUSB设置_第5张图片

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。)
    Linux串口ttyUSB设置_第6张图片
  • 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。
    Linux串口ttyUSB设置_第7张图片

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

在这里插入图片描述

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

Linux串口ttyUSB设置_第8张图片

7.4 UART异步通信方式引脚连接方法

Linux串口ttyUSB设置_第9张图片

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:
    Linux串口ttyUSB设置_第10张图片

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

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