Интерфейс UART

UART – последовательный асинхронный интерфейс для передачи данных, применяемый во многих устройствах. Например GPS-антенны, Wi-Fi роутеры или Pixhawk.

Интерфейс обычно содержит две линии: TX – линия для передачи данных, RX – линия для приёма данных. А также обычно использует 5-ти вольтовую логику.

Для соединения двух устройств необходимо линию TX первого устройства подать на RX второго. Аналогичную операцию нужно совершить с другой стороны, чтобы обеспечить двустороннюю передачу данных.

Необходимо синхронизировать уровни напряжений – соединить землю на двух устройствах.

Почитать больше про интерфейс и протокол можно в этой статье.

Linux TTY

В Linux есть понятие Posix Terminal Interface (подробнее здесь). Это некоторая абстракция над последовательным или виртуальным интерфейсом, позволяющая работать с устройством нескольким агентам одновременно.

В качестве примера такой абстракции в Raspbian можно привести /dev/tty1 – устройство вывода текста на экран подключенный по HDMI.

UART на Raspberry Pi 3

В Raspberry Pi 3 есть два аппаратных UART интерфейса:

1. Mini UART (/dev/ttyAMA0) – для своей работы использует тактирование видеоядра RPi, в связи с чем ограничивает его частоту.
2. PL011 (/dev/ttyS0) – полноценный UART интерфейс выполненный на отдельном блоке кристалла микроконтроллера.

Подробнее про UART на Raspberry Pi в официальной статье.

Данные интерфейсы с помощью вентилей микроконтроллера можно переключать между двумя физическими выходами:

1. разъём UART на GPIO;
2. Bluetooth модуль RPi.

По умолчанию в Raspberry Pi 3 PL011 подключен к Bluetooth модулю. А Mini UART отключен с помощью значения директивы enable_uart, по дефолту равной 0.

Надо понимать, что директива enable_uart меняет свое дефолтное значение исходя из того, какой UART подключен к Bluetooth модулю RPi с помощью директивы dtoverlay=pi3-miniuart-bt.

Для удобства работы с этими выходами в Raspbian существуют алиасы:

• /dev/serial0 – всегда указывает на то TTY устройство, что подключено к GPIO портам.
• /dev/serial1 – всегда указывает на то TTY устройство, что подключено к Bluetooth модулю.

Настройка UART на Raspberry Pi

Для настроек UART существуют директивы, которые находятся в /boot/config.txt.

Для включения UART интерфейса на GPIO:

enable_uart=1

Для отключения UART интерфейса от Bluetooth модуля:

dtoverlay=pi3-disable-bt

Для подключения Mini UART к Bluetooth модулю:

dtoverlay=pi3-miniuart-bt

В случае отключения Bluetooth модуля следует отключить hciuart сервис:

sudo systemctl disable hciuart.service

Настройка образа по умолчанию

На образе для RPi изначально выключен Mini UART и Bluetooth модуль.

Bugs

Если использовать подключение Mini UART к Bluetooth, hciuart падает с ошибкой:

В случае отключения Bluetooth

/dev/serial0 -> ttyAMA0
/dev/serial1 -> ttyS0