树莓派串口详解

之前为了使用树莓派的GPIO串口功能，搜了各种解决方案，最终在官方文档里面找到了正确的方法。前面一篇简单三步搞定树莓派GPIO串口通讯描述了如何快速配置好GPIO串口，但没有写为什么这么配置，本篇就根据官方串口文档解释一下问什么那样配置。以下正文：

总览
树莓派包含两个内置的串口，一个是PL011，另一个是迷你串口。它们是用不同的硬件来实现的，所以它们之间稍稍有些不同。但他们都是3.3V的设备，所以将他们跟RS232或者其他电平的设备连接时候，要特别小心。必须要使用合适的转接设备。或者可以使用3.3v的usb转串口线，常见又实惠。

默认情况下，树莓派有无线/蓝牙模块（3和zero w），PL011连接到蓝牙模块，迷你串口作为主要的串口用作linux控制。在其他型号中，PL011用作主串口。

默认情况下，/dev/ttyS0 指的是迷你串口，/dev/ttyAMA0指的是PL011。主串口用作linux控制。两个串口还有别名：/dev/serial0，总是指向主串口，/dev/serial1总是指向第二串口。

迷你串口和cpu频率
迷你串口的波特率基于VC4 GPU上的VPU频率。当VPU调整CPU的频率时，迷你串口的波特率也会发生改变。这会限制迷你串口的使用场合。默认情况下，如果mini uart被设置为主串口，为禁用状态。要启用mini uart，需要在config.txt中增加一句 enable_uart=1。这样会使cpu的频率固定在250MHz。当mini uart不是主串口时，而是用作类似连接蓝牙等，需要增加core_freq=250到config.txt中。否则mini uart不会工作。

标志位enable_uart的默认值取决于uart实际的使用状况。如果ttyAMA0被用作蓝牙模块，enable_uartd的默认值就是0如果mini uart被用作蓝牙模块，enable_uart默认值就是1.
注意：如果通过Device Tree Overlay重新定义了串口，enable_uart始终遵守这个规则。

禁用linux串口命令
在raspbian的默认设置中，主串口（serial0）用作linux命令行控制。要将其移作他用需要改变这个默认设置。开启时，systemd检查linux内核命令是否有控制台输入，并将该控制台用作输入。需要将串口控制台从命令行中删除，以停止这个过程。

可以通过raspi-config程序，或者手动执行。
命令行 sudo raspi-config，选择第interfacing options，在serial中选择No。退出raspi-config。

手动执行的方法，编辑/boot/cmdline.txt。找到命令输入相关的serial0设备，将其删除，包含波特率设置。类似console =serial0，115200.确认其余内容保持不变，否则可能导致树莓派无法启动。

重启使上述配置生效。

串口GPIO脚
默认情况下，串口发送和接收的脚为GPIO14和GPIO15，对应排针座的8脚和10脚。

串口和设备树
在github（kernel github tree）上有多种配置串口的方案。常用的两种是disable-bt和miniuart-bt。
其中disable-bt禁用蓝牙设备，将UART0/ttyAMA0定义到GPIO14和15。同时要禁用系统服务中的modem初始化，以避免其使用uart。命令sudo systemctl disable hciuart。

另一个miniuart-bt切换树莓派3和zeroW的蓝牙功能到mini uart上（ttyS0），同时将uart0/ttyAMA0定义到GPIO14和15上。注意这样会降低最大可用波特率。同样得，需要修改/lib/systemd/system/hciuart.service将ttyAMA0和ttyS0互换，除非系统的设备管理器（udev）规则创建了/dev/serial0和/dev/serial1。如果是这样，使用/dev/serial1代替。如果cmdline.txt中制定了serial0作为用户交互接口，固件将用其他其他口来代替。

在同样的文件夹下，还有其他的uart定义文件。在/boot/overlays/readme中查看更多细节，或者执行dtoverlay –h overlay-name查询介绍和用例信息。

关于如何使用Device Tree Overlays的完整介绍可以参看下面这个链接。https://github.com/raspberrypi/documentation/blob/master/configuration/device-tree.md简而言之，在config.txt中配置如下的一行代码，就可以使其生效dtoverlay=disable-bt。注意文件名的一部分-voerlay.dts已经被删除了。

PL011和mini uart的区别
Mini uart有更小的FIFO，加上流控制的缺失，在波特率较高的时候更容易丢失数据。由于其使用vpu的始终速率，使其比PL011功能弱一些。
Mini uart与PL011的主要区别在于：
没有中断检测
没有帧错误检测
没有校验位
没有接收超时中断
没有DCD，DSR，DTR或者RI信号
更多关于mini uart的内容可以在这个链接查阅：
https://github.com/raspberrypi/documentation/blob/master/hardware/raspberrypi/bcm2835/BCM2835-ARM-Peripherals.pdf

太长不看的总结：

1. 在raspi-config中修改禁用uart登陆，使用uart硬件
2. 在config.txt中修改dtoverlay=disable-bt
3. 执行sudo systemctl disable hciuart
4. Reboot
5. Ls –l /dev/serial* 看到serial0已经对应到ttyAMA0上了

简单三步搞定树莓派串口GPIO通讯