樹莓派4B ubuntu20.04 UART 多串口配置通信

相比樹莓派0、1、2 以及 3 的雙串口 UART0（PL011）和 UART1（mini UART），樹莓派 4 中新增了 4 個 PL011 串口共計有 6 個 UART，整理此筆記用作記錄和配置參考。

注意，目前搜到的大多數描述樹莓派 4 串口的文章，大多數開頭都是禁用下藍牙，這個做法針對樹莓派0-3 是必須的，因爲本身串口不夠用，但對樹莓派 4 來說並不需要，因爲有額外 4 個串口可以利用，默認配置好的兩串口一個用於藍牙（UART0）另一個是 miniUART 可以保留設置。此方面的文章大多都是一個流程，原因是參考的最初版本是樹莓派 3 的設置；樹莓派 4 的額外串口設置在樹莓派論壇中可以看到相關的介紹，外面的文章不太多。

UART 配置

1. 展示所有串口命令

dtoverlay -a | grep uart

上圖展示 pi4 中所有串口

2. 配置開啓串口 UART2-5

編輯 config.txt 命令

vim /boot/firmware/config.txt

在文件結尾添加如下：

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

保存並退出

重啓系統後查看是否生效：

ls /dev/ttyAMA*

結果顯示如下：

3. 各 UART 串口與 GPIO（對應的是BCM編碼） 對應關係

UART0： GPIO14 = TXD0 -> ttyAMA0     GPIO15 = RXD0 -> ttyAMA0
UART2： GPIO0  = TXD2 -> ttyAMA1     GPIO1  = RXD2 -> ttyAMA1
UART3： GPIO4  = TXD3 -> ttyAMA2     GPIO5  = RXD3 -> ttyAMA2
UART4： GPIO8  = TXD4 -> ttyAMA3     GPIO9  = RXD4 -> ttyAMA3
UART5： GPIO12 = TXD5 -> ttyAMA4     GPIO13 = RXD5 -> ttyAMA4

注：UART0 對應的 ttyAMA0，UART1 對應的 ttyS0，UART2 到 UART5 對應的 ttyAMA1 到 ttyAMA4。

4. 測試

4.1 串口自發自收測試

現在我們先測試 UART2 是否啓用成功，比較簡單的測試方式是將其 TXD 和 RXD 相連，自發自收。

根據上方對應關係，UART2 對應 TXD2 和 RXD2，對應 GPIO0 和 GPIO1，對應 ttyAMA1。

找到對應的 GPIO0 和 GPIO1 針腳連起來：

在樹莓派端命令行進入 Python3 環境，通過如下模塊和命令自發自收：

pip uninstall serial
pip install pyserial

測試如下：

summergao@ubuntu:/home/summergao# python3
Python 3.8.6 (default, May 27 2021, 13:28:02) 
[GCC 10.2.0] on linux
Type "help", "copyright", "credits" or "license" for more information.
>>> import serial
>>> uart2 = serial.Serial(port="/dev/ttyAMA1", baudrate=9600)
>>> uart2.write("Hello World".encode("gbk"))
11
>>> uart2.read(11)
b'Hello World'
>>> 

同理，我們可以繼續用杜邦線將 GPIO4 和GPIO5 相連測試 UART3；GPIO8 和 GPIO9 相連測試 UART4； GPIO12 和 GPIO13 相連測試 UART5。

summergao@ubuntu:/home/summergao# python3
Python 3.8.6 (default, May 27 2021, 13:28:02) 
[GCC 10.2.0] on linux
Type "help", "copyright", "credits" or "license" for more information.
>>> import serial
>>> uart2 = serial.Serial(port="/dev/ttyAMA1", baudrate=9600)
>>> uart2.write("Hello World".encode("gbk"))
11
>>> uart2.read(11)
b'Hello World'
>>> uart3 = serial.Serial(port="/dev/ttyAMA2", baudrate=9600)
>>> uart3.write("Hello No.3".encode("gbk"))
10
>>> uart3.read(10)
b'Hello No.3'
>>> uart4 = serial.Serial(port="/dev/ttyAMA3", baudrate=9600)
>>> uart4.write("Hello No.4".encode("gbk"))
10
>>> uart4.read(10)
b'Hello No.4'
>>> uart5 = serial.Serial(port="/dev/ttyAMA4", baudrate=9600)
>>> uart5.write("Hello No.5".encode("gbk"))
10
>>> uart5.read(10)
b'Hello No.5'
>>> 

4.2 串口間通信測試

接下來測試 UART2 和 UART3 間的通信，將 TXD2 連接 RXD3 即 GPIO0 與 GPIO5 相連；將 TXD3 與 RXD2 連接即 GPIO4 與 GPIO1 相連

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

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

summergao@ubuntu:~ $ 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
>>> uart2 = serial.Serial(port="/dev/ttyAMA1", baudrate=9600)
>>> uart3 = serial.Serial(port="/dev/ttyAMA2", baudrate=9600)
>>> uart2.write("Msg from UART2...".encode("gbk"))
17
>>> uart3.read(17)
b'Msg from UART2...'
>>> uart3.write("Msg from UART3...".encode("gbk"))
17
>>> uart2.read(17)
b'Msg from UART3...'
>>> 

UART2 和 UART3 間通信正常。

參考：

樹莓派 4 UART 多串口配置通信：

https://blog.csdn.net/weixin_40796925/article/details/107907991

官方 UART 配置文檔：

https://www.raspberrypi.org/documentation/configuration/uart.md

論壇關於多串口的命令與指引：

https://www.raspberrypi.org/forums/viewtopic.php?t=244827#p1493698