树莓派 4 UART 多串口配置通信

相比树莓派零、1、2 以及 3 的双串口 UART0（PL011）和 UART1（mini UART），树莓派 4 中新增了 4 个 PL011 串口共计有 6 个 UART，整理此笔记用作记录和配置参考。

注意，目前搜到的大多数描述树莓派 4 串口的文章，大多数开头都是禁用下蓝牙，这个做法针对树莓派0-3 是必须的，因为本身串口不够用，但对树莓派 4 来说并不需要，因为有额外 4 个串口可以利用，默认配置好的两串口一个用于蓝牙（UART0）另一个是 miniUART 可以保留设置。此方面的文章大多都是一个流程，原因是参考的最初版本是树莓派 3 的设置；树莓派 4 的额外串口设置在树莓派论坛中可以看到相关的介绍，外面的文章不太多。

UART 配置

1. 展示所有串口命令

$ dtoverlay -a | grep uart

展示 pi4 中所有串口

pi@raspberrypi:~ $ dtoverlay -a | grep uart
  midi-uart0
  midi-uart1
  miniuart-bt
  uart0
  uart1
  uart2
  uart3
  uart4
  uart5

2. 查看特定串口信息

$ dtoverlay -h uart2

查看 UART2 的配置信息等：

pi@raspberrypi:~ $ dtoverlay -h uart2
Name:   uart2

Info:   Enable uart 2 on GPIOs 0-3

Usage:  dtoverlay=uart2,<param>

Params: ctsrts                  Enable CTS/RTS on GPIOs 2-3 (default off)

相关信息会展现 GPIOs 与新的 UART 串口的分配：0-3 对应 UART2， 4-7 对应 UART3，8-11 对应 UART 4，以及 12-15 对应 GUIO 5

关于 4 个针脚中后两位对应的 CTS/RTS，可参考： https://blog.csdn.net/zeroboundary/article/details/8966586

3. 配置开启串口 UART2-5

执行编辑 config.txt 命令：

sudo nano /boot/config.txt

在文件结尾添加如下：

dtoverlay=uart2
dtoverlay=uart3
dtoverlay=uart4
dtoverlay=uart5

保存（Write Out）并退出（Exit）

重启后查看是否生效：

$ ls /dev/ttyAMA*

结果显示如下：

pi@raspberrypi:~ $ ls /dev/ttyAMA*
/dev/ttyAMA0  /dev/ttyAMA1  /dev/ttyAMA2  /dev/ttyAMA3  /dev/ttyAMA4

各 UART 串口与 GPIO 对应关系：

GPIO14 = TXD0 -> ttyAMA0
GPIO0  = TXD2 -> ttyAMA1
GPIO4  = TXD3 -> ttyAMA2
GPIO8  = TXD4 -> ttyAMA3
GPIO12 = TXD5 -> ttyAMA4

GPIO15 = RXD0 -> ttyAMA0
GPIO1  = RXD2 -> ttyAMA1
GPIO5  = RXD3 -> ttyAMA2
GPIO9  = RXD4 -> ttyAMA3
GPIO13 = RXD5 -> ttyAMA4

4. 测试

4.1 串口自发自收测试

现在我们先测试 UART2 是否启用成功，比较简单的测试方式是将其 TXD 和 RXD 相连，自发自收。

根据上方对应关系，UART2 对应 TXD2 和 RXD2，对应 GPIO0 和 GPIO1，对应 ttyAMA1

注：UART0 对应的 ttyAMA0，UART1 对应的 ttyS0，UART2 到 UART5 对应的 ttyAMA1 到 ttyAMA4。

找到对应的 GPIO0 和 GPIO1 针脚连起来：

在树莓派端命令行进入 Python3 环境，通过如下模块和命令自发自收：

pi@raspberrypi:~ $ python3
Python 3.7.3 (default, Jul 25 2020, 13:03:44) 
[GCC 8.3.0] on linux
Type "help", "copyright", "credits" or "license" for more information.
>>> import serial
>>> ted = serial.Serial(port="/dev/ttyAMA1", baudrate=9600)
>>> ted.write("Hello World".encode("gbk"))
11
>>> ted.read(11)
b'Hello World'
>>> 

同理，我们可以继续用跳线帽将 GPIO4 和 5 相连测试 UART3；GPIO8 和 9 相连测试 UART4； GPIO12 和 13 相连测试 UART5。

pi@raspberrypi:~ $ python3
Python 3.7.3 (default, Jul 25 2020, 13:03:44) 
[GCC 8.3.0] on linux
Type "help", "copyright", "credits" or "license" for more information.
>>> import serial
>>> ted = serial.Serial(port="/dev/ttyAMA1", baudrate=9600)
>>> ted.write("Hello World".encode("gbk"))
11
>>> ted.read(11)
b'Hello World'
>>> ted3 = serial.Serial(port="/dev/ttyAMA2", baudrate=9600)
>>> ted3.write("Hello No.3".encode("gbk"))
10
>>> ted3.read(10)
b'Hello No.3'
>>> ted4 = serial.Serial(port="/dev/ttyAMA3", baudrate=9600)
>>> ted4.write("Hello No.4".encode("gbk"))
10
>>> ted4.read(10)
b'Hello No.4'
>>> ted5 = serial.Serial(port="/dev/ttyAMA4", baudrate=9600)
>>> ted5.write("Hello No.5".encode("gbk"))
10
>>> ted5.read(10)
b'Hello No.5'
>>> 

4.2 串口间通信测试

接下来测试 UART2 和 UART3 间的通信，将 TXD2 连接 RXD3 即 GPIO0 与 GPIO5 相连；将 TXD3 与 RXD2 连接即 GPIO4 与 GPIO1 相连。

GPIO0  = TXD2 -> ttyAMA1
GPIO4  = TXD3 -> ttyAMA2

GPIO1  = RXD2 -> ttyAMA1
GPIO5  = RXD3 -> ttyAMA2

pi@raspberrypi:~ $ python3
Python 3.7.3 (default, Jul 25 2020, 13:03:44) 
[GCC 8.3.0] on linux
Type "help", "copyright", "credits" or "license" for more information.
>>> import serial
>>> ted = serial.Serial(port="/dev/ttyAMA1", baudrate=9600)
>>> ted3 = serial.Serial(port="/dev/ttyAMA2", baudrate=9600)
>>> ted.write("Msg from UART2...".encode("gbk"))
17
>>> ted3.read(17)
b'Msg from UART2...'
>>> ted3.write("Msg from UART3...".encode("gbk"))
17
>>> ted.read(17)
b'Msg from UART3...'
>>> 

OK 挺顺利，UART2 和 UART3 间通信正常。

参考：

1. 官方 UART 配置文档：
   https://www.raspberrypi.org/documentation/configuration/uart.md
2. 论坛关于多串口的命令与指引：
   https://www.raspberrypi.org/forums/viewtopic.php?t=244827#p1493698