Raspberry Pi OS上如何使用串口
前言
本文主要介绍使用Raspberry OS时如何打开串口功能。因为针对自定义内核的场景，串口调试相对来说较为实用。我所使用的树莓派为3代B版，其它版本的树莓派可以用相似方法打开串口调试功能。在部分可能会有差异的步骤上，我会给出相应的官网链接。
在使用串口前，有兴趣的读者可以了解一些基本的概念。如不关注基本概念的，可以直接跳过。
基本概念
1. UART
UART的全称是 Universal Asynchronous Receiver/Transmitter ，即通用异步收发器。其是一种可以用于异步通信的全双工（全双工即在接收数据和发送数据可以同时进行）总线。在嵌入式上，我们经常使用UART来连接PC与设备。
树莓派3B使用的是ARM架构的博通BCM2835芯片，从该芯片的Specification中可以查到（Page 175），树莓派3B上有两个UART——mini UART和PL011。
2. PL011
很遗憾没有查到PL011的具体命名来历，从ARM官网和芯片的Specification可知，PL011是ARM上特有的UART实现：
3. mini UART
mini UART是树莓派提供的低吞吐量的UART实现，主要用于终端输出。相较于PL011，其功能更弱，比如没有帧错误检查等。而且在树莓派上，mini UART是默认关闭的，如需使用需要手动使能。具体可以参考芯片Specification中的章节Section 2.2
4. USB转TTL串口
TLL是指双极型三极管逻辑电路，USB转TTL模块主要用于转为数字信号和电平信号。常见的USB转TTL串口线如下：
四条线的作用分别如下：
- 黑色：GND，接地
- 红色：电源线，接5V电源
- 白色：RX线，R即Receive
- 绿色：TX线，T即Transmit
关于TTL的更多内容可参考：ttl是什么意思（TTL、RS-232、RS-485这么多接口）
5. Primary UART
在树莓派上使用GPIO-14和GPIO-15分别用于串口的输出和输入，这个UART被称为Primary UART。详细可见Primary UART
6. Secondary UART
树莓派上，secondary UART不体现到GPIO上，默认是连接到wireless LAN/Bluetooth控制器的蓝牙端。详细可见Secondary UART
树莓派连接串口
树莓派3B大概长下面这样：
其中左侧排针为GPIO端口，各个GPIO端口的作用可以看硬件datasheet
其中串口使用的GPIO如下：
即我们使用PIN4作为电源，PIN6 作为接地端，PIN8作为UART的TX（输出），PIN10作为UART的RX（输入）。参考之前USB转TTL模块四条线的作用，实际接线如下：
此处需要注意的是，前面讲USB转TTL模块时提到白色是RX线，绿色是TX线，所以白色线需要接PIN8接收UART的输出，而绿色线需要接PIN10输入给UART。
PC使用终端工具连接串口
连接完树莓派和串口线之后，我们需要将PC与串口线连接在一起，直接将串口线的USB端接到PC即可。然而我们如果想要使用串口进行调试，则还需要使用工具获取串口线上的数据或发送数据。
要在PC上实现数据的收发，我们可以使用终端工具。由于我使用的是macos，所以我使用的是免费应用Termius。业界也有一些开源软件可以使用，如putty、MobaXterm，大家可以按需选择。
下面以Termius为例介绍如何连接串口：
- 在用户界面点击
SERIAL按钮：
- 在新弹出的窗口上配置串口的端口及波特率。端口按实现使用的USB端口选择，波特率选择115200：
如果无法确定使用的端口，可以观察USB插入前后端口数量是否有变化，如有变化选择变化的端口即可；若端口数量无变化，那可能需要一个个尝试。
- 配置完成后点击connect即可。
Raspberry Pi OS打开UART功能
树莓派3B上的两个UART中，PL011是作为Secondary UART，而mini UART是作为Primary UART：
前面有提到，mini UART是默认关闭的，因此若要打开串口调试功能，需要把mini UART使能。不过在使能前，我们要先确认下mini UART是不是真的关闭了。
1. 确认mini UART使能状态
Linux中的设备在操作系统上都体现为文件（Everything is a file），设备一般都在/dev下有相应的设备节点。根据树莓派官网的说明，Primary UART、Secondary UART、PL011及mini UART在Linux上的对应的文件如下：
从上图可知，树莓派3B板黑夜情况下应该没有/dev/serial0文件和/dev/ttyS0文件。我们使用SSH连接上树莓派后，确认默认情况下，确实没有这两个文件，即mini UART是默认不使能的：
2. 使能mini UART
mini UART的使能比较简单，修改SD卡中的配置文件即可。SD卡的文件内容在/boot文件下。我们连上树莓派后，可以修改/boot/config.txt文件，增加一行配置：
enable_uart=1需要注意的是，修改文件需要使用root权限，或使用sudo提权。
修改后重启树莓派即可发现/dev目录下新增了文件/dev/serial0及/dev/ttyS0:
3. 使能启动打印
在上一步完成mini UART的使能之后，我们会发现串口已经有数据了，而且键盘回车后会有输出，如下：
但是这输出打印并不会包含启动log。我们通过修改配置内核启动命令解决这问题。方式也比较简单，即修改/boot/cmdline.txt文件，删除文件中quiet配置：
官方文档上对quiet配置的说明是将内核打印级别设置为KERN_WARNING：
修改文件并重新启动后，我们可以看到界面上已经有启动log了，如下:
其它说明
本文的串口使用只针对Raspberry Pi OS系统，若使用其它系统，可能配置方式存在差异，甚至需要自行支持UART功能。