ARM嵌入式系統(tǒng)串口擴展

Apalis i.MX6D/Q 模塊自身最多可以支持 5 個 UART 串口輸出。兼容 高速 TIA/EIA-232F（最高 5Mbit/s）。支持7、8 或者 9（用于RS485）位數(shù)據(jù)，1或者2位停止位。其中 UART1 為全功能串口，其余部分串口也可支持 RTS和CTS 信號。

在 Linux 系統(tǒng)中一般會保留一個串口用于應用調(diào)試開發(fā)以及系統(tǒng)升級。雖然 SSH 等功能也可以用于遠程網(wǎng)絡訪問以及系統(tǒng)調(diào)試，但是對于嵌入式產(chǎn)品，系統(tǒng)啟動時，特別是 Uboot 啟動的信息，可以有助于功能調(diào)試以及問題定位。而這部分信息只能從串口輸出。Toradex 模塊在更新 Linux BSP 的時候也同樣需要在 Uboot 進行。

Apalis i.MX6Q/D 模塊剩余的4個串口，除了可以使用 TTL 電平直接控制相應的外設，也可以擴展為 RS232/RS485/RS422 常用的工業(yè)控制端口。對于更多串口的需求，目前有多種方案實現(xiàn)串口擴展，例如通過 USB、SPI、Memory Bus、I2C以及 PCIe 等總線。 Memory Bus 和 PCIe 相對于其他總線具有更高的實時性，在同一個接口上也能夠擴展出更多的串口。對于串口數(shù)量以及數(shù)據(jù)實時性較高的應用可以優(yōu)先選擇這兩種擴展方案。與此同時， Memory Bus 和 PCIe 屬于高速信號總線，在 PCB 布線方面需要一些特殊考慮。Toradex 為此也提供了免費的 PCB 設計指導。下面我們就將介紹如何使用 EXAR 基于 PCIe 總線的XR17V358 方案，擴展 8 路串口。

1). XR17V358方案簡介及驅動下載

XR17V358 擴展的 8 個串口均支持 RTS/CTS 或者 DTR/DSR 流控功能，每個串口帶有 256 字節(jié)的 FIFO，獨立時鐘輸出，支持半雙工 RS485，最高傳輸速度為 25 Mbps 。XR17V358 使用 PCIe 2.0 Gen 1 與 Apalis i.MX6Q/D 相連接，保證高速實時地數(shù)據(jù)傳輸。EXAR 目前為 XR17V358 提供了 Windows 和 Linux 驅動。這里我們采用其最新的 Linux 驅動，并移植到 Apalis i.MX6 平臺上。驅動源碼下載地址 http://www.exar.com/common/content/document.ashx?id=20121

2). 配置編譯環(huán)境

在編譯之前，還需要下載 Apalis i.MX6 的 Linux 內(nèi)核以及交叉編譯工具。

a). Apalis i.MX6 的 Linux 內(nèi)核下載

$ git clone -b toradex_imx_3.14.28_1.0.0_ga-next git://git.toradex.com/linux-toradex.git

b). 交叉編譯工具下載

$ wget http://releases.linaro.org/14.11/components/toolchain/binaries/arm-linux-gnueabihf/gcc-linaro-4.9-2014.11-x86_64_arm-linux-gnueabihf.tar.xz

$ tar xvf gcc-linaro-4.9-2014.11-x86_64_arm-linux-gnueabihf.tar.xz

$ ln -s gcc-linaro-4.9-2014.11-x86_64_arm-linux-gnueabihf gcc-linaro

$ export ARCH=arm

$ export PATH=~/gcc-linaro/bin/:$PATH

$ export CROSS_COMPILE=arm-linux-gnueabihf-

注意：上面的路徑需要對應交叉編譯工具實際解壓的目錄。

c). 編譯 Linux 內(nèi)核，為 XR17V358 提供必要的配置文件。

$ make apalis_imx6_defconfig

$ make -j4 uImage LOADADDR=10008000

d). 編譯 XR17V358 驅動

// 編輯 Makefile 文件，將 KERNEL_SRC 指向 Linux 內(nèi)核所在目錄

KERNEL_SRC = /home/ban/Toradex/oe-core-tegra/LinuxKernel/v2.5/mx6/toradex_imx_3.14.28_1.0.0_ga-next/linux-toradex

// 保持后運行 make 命令進行編譯，確保上面提到的 ARCH、PATH和 CROSS_COMPILE 參數(shù)仍然有效。

$ make

// 編譯成功后會生成針對 ARM 處理器的內(nèi)核模塊文件 xr17v35x.ko

$ file xr17v35x.ko

xr17v35x.ko: ELF 32-bit LSB relocatable, ARM, EABI5 version 1 (SYSV), BuildID[sha1]=399121b7862105b185e24b45ba3522f14158295e, not stripped

e). 安裝驅動

將 xr17v35x.ko 復制到 Apalis i.MX6 模塊上，并安裝

root@apalis-imx6:~# insmod xr17v35x.ko

[ 151.156648] Exar PCIe (XR17V35x) serial driver Revision: 2.0

root@apalis-imx6:~# lspci

00:00.0 PCI bridge: Device 16c3:abcd (rev 01)

01:00.0 PCI bridge: PLX Technology, Inc. PEX 8605 PCI Express 4-port Gen2 Switch (rev aa)

02:01.0 PCI bridge: PLX Technology, Inc. PEX 8605 PCI Express 4-port Gen2 Switch (rev aa)

02:02.0 PCI bridge: PLX Technology, Inc. PEX 8605 PCI Express 4-port Gen2 Switch (rev aa)

02:03.0 PCI bridge: PLX Technology, Inc. PEX 8605 PCI Express 4-port Gen2 Switch (rev aa)

03:00.0 Serial controller: Exar Corp. Device 0358 (rev 03)

在 /dev 目錄下出現(xiàn)對應的串口設備文件 ttyXR0 至 ttyXR7。

root@apalis-imx6:/dev# ls

autofs network_latency tty18 tty60

block network_throughput tty19 tty61

bus null tty2 tty62

char port tty20 tty63

console ppp tty21 tty7

cpu_dma_latency ptmx tty22 tty8

cuse ptp0 tty23 tty9

disk pts tty24 ttyXR0

dri ram0 tty25 ttyXR1

fb ram1 tty26 ttyXR2

fb0 ram10 tty27 ttyXR3

fb1 ram11 tty28 ttyXR4

fb2 ram12 tty29 ttyXR5

fb3 ram13 tty3 ttyXR6

fd ram14 tty30 ttyXR7

f). 設置波特率

root@apalis-imx6:~# stty -F /dev/ttyXR0 115200

驅動加載完畢后，在 Linux 中可以和其他串口一樣正常使用。