📚 课程目录第4章串口通信调试

4. 串口通信调试

任务目标

在工业IoT网关开发板上配置UART接口，实现与PC或传感器的双向数据收发。通过串口调试工具发送数据帧，网关接收后原样返回（回环测试），以此验证串口驱动、引脚配置和收发链路均正常。

环境与依赖

硬件：IoT网关开发板（含至少1路可用的UART外设，如STM32MP1系列或全志T3系列）
系统：Linux（Yocto/Debian镜像均可），具备串口设备节点 /dev/ttyS* 或 /dev/ttyUSB*
PC端工具：minicom、picocom 或 Python pyserial（任选其一）
接线：USB转TTL模块连接网关UART_TX/RX/GND（交叉连接TX-RX，RX-TX）

实现方案

采用Linux系统自带串口驱动，通过Python脚本配置UART参数（波特率115200、8N1）并执行回环测试。该方案不依赖额外硬件抽象层，直接操作系统设备节点，适用于大多数工业网关Linux环境。

关键完整代码

#!/usr/bin/env python3
# uart_loopback_test.py
import serial
import time
import sys

def configure_uart(port, baudrate=115200, timeout=2):
    """打开并配置串口，返回串口对象"""
    try:
        ser = serial.Serial(
            port=port,
            baudrate=baudrate,
            bytesize=serial.EIGHTBITS,
            parity=serial.PARITY_NONE,
            stopbits=serial.STOPBITS_ONE,
            timeout=timeout
        )
        return ser
    except serial.SerialException as e:
        print(f"[ERROR] 无法打开串口 {port}: {e}")
        sys.exit(1)

def loopback_test(ser, test_data=b"UART-TEST-2024\r\n"):
    """发送测试数据并接收回显，验证收发链路"""
    ser.reset_input_buffer()
    ser.reset_output_buffer()
    
    # 发送数据
    written = ser.write(test_data)
    print(f"[TX] 发送 {written} 字节: {test_data.decode('ascii', errors='replace').strip()}")
    
    # 等待并接收回显
    time.sleep(0.2)
    received = ser.read(len(test_data))
    
    if received == test_data:
        print(f"[RX] 收到 {len(received)} 字节，数据一致")
        print("[PASS] 串口回环测试通过")
        return True
    else:
        print(f"[RX] 收到 {len(received)} 字节: {received}")
        print("[FAIL] 数据不一致，请检查接线或配置")
        return False

if __name__ == "__main__":
    # 默认端口，可通过命令行参数覆盖
    port = sys.argv[1] if len(sys.argv) > 1 else "/dev/ttyS1"
    
    ser = configure_uart(port)
    print(f"串口 {port} 已配置: 115200, 8N1")
    
    success = loopback_test(ser)
    ser.close()
    sys.exit(0 if success else 1)

运行与验证

将脚本复制到网关：scp uart_loopback_test.py root@<网关IP>:/root/
在网关执行：python3 uart_loopback_test.py /dev/ttyS1（根据实际设备节点调整端口）
观察输出：若显示 [PASS]，说明UART发送与接收链路均正常。

PC端交叉验证（可选）：将网关UART连接PC串口，PC端运行 picocom -b 115200 /dev/ttyUSB0，在PC端输入任意字符，网关侧运行 cat /dev/ttyS1 应能看到相同字符；反之在网关执行 echo "hello" > /dev/ttyS1，PC端应收到该字符串。

判定标准

脚本输出 [PASS] 且退出码为0，表示回环测试通过。
若输出 [FAIL]，依次排查：波特率是否匹配、TX/RX是否交叉连接、设备节点是否存在（ls /dev/ttyS*）、串口是否被占用（fuser /dev/ttyS1）。

常见问题

权限不足：Permission denied 时，将用户加入 dialout 组或使用 sudo 执行。
无设备节点：确认内核已启用对应UART驱动，可在 /sys/class/tty/ 下查看可用串口。
数据乱码：检查波特率、数据位、停止位是否与对端设备完全一致。