STM32MP157驱动开发——Linux RS232/485/GPS 驱动

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参考文章：【正点原子】I.MX6U嵌入式Linux驱动开发——Linux RS232/485/GPS驱动

一、简介

  除了 platform、I2C、SPI 之外，还可以通过串口 uart 与其他设备或传感器进行通信。根据电平的不同，串口分为 TTL 和 RS232，但是不管是什么样的接口电平，其驱动程序都是一样的，通过外接 RS485 这样的芯片就可以将串口转换为 RS485 信号。
  正点原子的 STM32MP1 开发板有 8 个串口，四个同步串口(USART1、USART2、USART3 和 USART6)，四个异步串口(UART4、UART5、UART7 和 UART8)。RS232 和 RS485 接口连接到了 STM32MP1 的 USART3 接口上，通过跳线帽选择相应的功能。GPS 模块连接到 UART5 接口上，因此这些外设最终都归结为 USART3 和 UART5 的串口驱动。
  同 I2C、SPI 一样，Linux 也提供了串口驱动框架，只需要按照相应的串口框架编写驱动程序即可。串口驱动没有主机端和设备端之分，就只有一个串口驱动，而且这个驱动也已经由 ST 官方编写好，开发人员要做的就是在设备树中添加所要使用的串口节点信息。当系统启动以后串口驱动和设备匹配成功，相应的串口就会被驱动起来，生成 /dev/ttySTMX(X=0….n)文件。

二、STM32MP1 UART 驱动分析

1.UART 的 platform 驱动框架

在设备树 stm32mp151.dtsi 文件中，有 USART3 对应的子节点：

根据compatible属性值可以找到驱动文件为drivers/tty/serial/stm32-usart.c。查看相应文件可以发现 UART 本质上是一个 platform 驱动。

2.uart_driver相关流程

初始化：

1550 static struct uart_driver stm32_usart_driver = {
1551 		.driver_name = DRIVER_NAME,
1552 		.dev_name = STM32_SERIAL_NAME,
1553 		.major = 0,
1554 		.minor = 0,
1555 		.nr = STM32_MAX_PORTS,
1556 		.cons = STM32_SERIAL_CONSOLE,
1557 };

probe函数：

1306 static int stm32_usart_serial_probe(struct platform_device *pdev)
1307 {
1308 		const struct of_device_id *match;
1309 		struct stm32_port *stm32port;
1310 		int ret;
1311
1312 		stm32port = stm32_usart_of_get_port(pdev);
1313 		if (!stm32port)
1314 			return -ENODEV;
1315
1316 		match = of_match_device(stm32_match, &pdev->dev);
1317 		if (match && match->data)
1318 			stm32port->info = (struct stm32_usart_info *)match->data;
1319 		else
1320 			return -EINVAL;
1321
1322 		ret = stm32_usart_init_port(stm32port, pdev);
1323 		if (ret)
1324 			return ret;
......
1374 		ret = uart_add_one_port(&stm32_usart_driver, &stm32port->port);
1375 		if (ret)
1376 			goto err_port;
1377
1378 		pm_runtime_put_sync(&pdev->dev);
1379
1380 		return 0;
.....
1410 }

三、驱动开发

本节要用到 STM32MP1 的 USART3 接口和 UART5 接口，USART3 连接 RS485 和RS232 的公头，UART5 连接 GPS 和 RS232 的母头。

RS232原理图：

RS232 串口一共有 2 个，COM1 是母头，COM2为公头，这两个 RS232 串口都是通过 SP3232 芯片来实现。
COM1 母头连接到 STM32MP1 的 UART5 接口上，和正点原子的 ATK 模块共用 USART5，把 JP5 的 1-3 和 2-4 连接起来以后 SP3232 就和 URAT5 连接到一起。UART5_TX 和 UART5_RX 分别接到了 PB13 和 PB12 这两个引脚上。
COM2 公头连接到 STM32MP1 的 USART3 接口上，COM2 和 RS485 共用 USART3，把JP4的3-5和4-6连接起来以后SP3232就和USRAT3连接到一起。USART3_TX和USART3_RX分别接到了 PD8 和 PD9 这两个引脚上。

RS485原理图：

与 COM2 共用 USART3，把 JP4 的 3-5 和 4-6 连接起来，RS485 就连接到了 USART3 上。
RS485 采用 SP3485 芯片实现，RO 为数据输出端，RI 为数据输入端，RE 是接收使能信号(低电平有效)，DE 是发送使能信号(高电平有效)。图中 RE 和 DE 经过一系列的电路，最终通过 RS485_RX 来控制，这样可以省掉一个 RS485 收发控制 IO，将 RS485完全当作一个串口来使用，方便写驱动。

GPS原理图：

正点原子有一款 GPS+北斗定位模块，型号为 ATK1218-BD，只在开发板上留出了接口。COM1 和正点原子的 ATK 模块共用 USART5 接口，USART5 驱动成功以后就可以直接读取 GPS 模块数据了。ATK 模块还有两个引脚 GBC_KEY 和 GBC_LED 分别连接到了 STM32MP157 的 PC13 和 PI8 上，这两个引脚是给其他模块准备的，GPS 模块没有用到。

1.RS232驱动编写

1）添加 usart3 和 uart5 的引脚信息

STM32MP1 的 UART 驱动 ST 已经编写好了，所以不需要自己编写。只用在设备树中添加 USART3 和 UART5 对应的设备节点即可。并且因为 usart3 和 uasrt5 的节点在 stm32mp151.dtsi 已经存在，所以只用在自己的设备树中追加内容即可。
修改 stm32mp15-pinctrl.dtsi，追加一个 usart3 引脚设置：

追加 uart5 引脚设置：

在设备树 stm32mp157d-atk.dtsi 中追加串口设备节点：

&usart3 {
	pinctrl-names = "default";
	pinctrl-0 = <&usart3_pins_c>;
	status = "okay";
};

&uart5 {
	pinctrl-names = "default";
	pinctrl-0 = <&uart5_pins_a>;
	status = "okay";
};

设置串口的别名：

aliases {
	serial0 = &uart4;
	serial1 = &uart5;
	serial2 = &usart3;
};

在根节点/下原先存在 aliases 子节点，在其中追加 uart5 和 usart3 的别名，用于 UART 子系统的匹配。
修改完成后编译出新的设备树文件，用于开发板启动。

2）移植minicom

  minicom 类似常用的串口调试助手，是 Linux 下很常用的一个串口工具，将 minicom 移植到开发板中，这样就可以借助 minicom 对串口进行读写操作。
  buildroot 已经集成了 minicom，所以只需要重新配置 buildroot，使能 minicom 即可。在buildroot的menuconfig中，选中以下编译项：

修改完成后保存，然后使用sudo make进行编译，将编译出的rootfs.tar文件解压到nfs即可用于开发板启动。启动后使用minicom -v命令查看是否正常工作，使用minicom -s命令进行配置。

四、驱动测试

RS232连接：

左边的 COM2 为公头，可以通过 JP4 跳接到 USART3上。右边的 COM1 为母头，可以通过 JP5 跳接到 UART5 上。本节使用右边的 COM1，所以将 JP5 的两个跳线帽接到上方，也就是将 UART5 与 COM1 连接起来。
使用RS232转TTL线连接到电脑，就可以进行收发测试。在开发板上使用minicom -s命令配置UART5。


按下Ctrl + A，再按下 Z，就会出现以下界面：

1.RS232收发测试

发送测试：需要打开 minicom 的回显功能(不打开也可以，但是在 minicom 中看不到自己输入的内容)，回显功能打开以后输入“AAAA”，在电脑的串口助手就会收到消息。


接收测试：在电脑上的串口助手发送消息，在开发板上就能接收到。

使用 Ctrl + A然后按下 X 键关闭minicom。

2.RS485测试

将JP4 跳线帽的 1-3、2-4 连接起来，此外还需要一个RS485转接器，与电脑进行连接。

收发测试与RS232相同。

3.GPS测试

GPS模块大部分都是通过串口通信的，使用开发板上的 JP5 跳线帽，将 UART5 与 ATK 模块接口上的串口连接起来。


然后设置minicom，波特率设置为 38400，8 位数据位， 1 位停止位。

之后就可以接收到GPS发送的数据。