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Zynq Linux 环境下 AXI UART Lite 使用方法详解

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一、硬件环境配置

这是zynq开发的前提，在Vivado工程中配置 AXI UART Lite IP 核，包括添加到 Block Design 并连接至 Zynq 处理器。
说明如何设置时钟、中断和寄存器空间，并生成比特流文件，导出硬件描述文件.hdf 或 .xsa。

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二、设备树（Device Tree）配置

设备树是嵌入式系统中用于描述硬件配置的重要机制。对于AXI UART Lite控制器，需要在设备树中正确配置节点才能使其正常工作。本节详细介绍如何在设备树中定义AXI UART Lite节点，包括关键参数配置和示例说明。

实际上这一步骤，如果使用petalinux工具，在petalinux-config --get-hw-description后，会自动完成，但是在这里仍然描述以下手动过程

2.1 节点基本结构

AXI UART Lite节点通常包含以下关键属性：

• compatible: 用于匹配驱动程序的兼容性字符串
• reg: 寄存器地址和大小
• interrupts: 中断号配置
• current-speed: 默认波特率设置

2.2 属性详解

1. compatible属性：

   • 必须设置为"xlnx,xps-uartlite-1.00.a"以匹配Xilinx提供的驱动程序
   • 多个兼容字符串可以用逗号分隔，提供向后兼容

2. reg属性：

   • 第一个值表示UART控制器的基地址（示例中为0x43c00000）
   • 第二个值表示寄存器映射范围大小（示例中为4KB）
   • 地址必须与硬件设计中的AXI地址映射一致

3. interrupts属性：

   • 三个值分别表示：
     • 中断类型（0表示SPI中断）
     • 中断号（示例中为29）
     • 中断触发类型（1表示高电平触发）

4. current-speed属性：

   • 设置默认通信波特率（示例中为115200）
   • 支持的标准波特率包括：9600、19200、38400、57600、115200等

2.3 完整配置示例

axi_uartlite_0: serial@43c00000 {compatible = "xlnx,xps-uartlite-1.00.a";reg = <0x43c00000 0x1000>;interrupts = <0 29 1>;current-speed = <115200>;device_type = "serial";clock-frequency = <100000000>;
};

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三、Linux 驱动加载与验证

3.1 设备树编译与更新

在加载AXI-Uartlite驱动前，需要确保设备树(Device Tree)包含正确的uart节点信息。典型步骤如下：

1. 编辑设备树源文件：

   axi_uartlite_0: serial@42C00000 {compatible = "xlnx,xps-uartlite-1.00.a";reg = <0x42C00000 0x1000>;interrupt-parent = <&intc>;interrupts = <0 29 4>;current-speed = <115200>;clock-frequency = <100000000>;
   };
   

   • reg属性需与硬件地址一致
   • current-speed设置默认波特率

2. 编译设备树：

   dtc -I dts -O dtb -o system.dtb system.dts
   

3. 更新设备树：

   • 将生成的system.dtb复制到目标板的/boot目录
   • 重启系统生效

3.2 驱动加载验证

因为串口驱动linux内核自带，所以不需要再继续编写驱动。
驱动加载成功后，系统会自动注册tty设备节点：

# 检查内核日志中的UART注册信息（推荐方式）
dmesg | grep -i uart# 查看具体设备节点（示例输出）
ls /dev/ttyS*

典型成功输出示例：

[    3.450000] xuartlite 42C00000.serial: at MMIO 0x42C00000 (irq = 29, base_baud = 0) is a Xuartlite
[    3.460000] console [ttyS0] enabled

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四、用户空间通信方法

在 Linux 用户空间中，可以通过标准的文件 I/O 系统调用（如 open()、read()、write()）与 AXI UART Lite 设备进行通信。这种方法利用了 Linux 的设备文件抽象，将 UART 设备映射为 /dev 目录下的一个设备文件（通常命名为 /dev/ttyULx，其中 x 是设备编号）。

4.1 具体操作步骤：

1. 打开设备文件：使用 open() 系统调用打开对应的设备文件，需要指定读写权限（O_RDWR）。
2. 发送数据：使用 write() 系统调用向设备写入数据，数据可以是字符串或二进制内容。
3. 接收数据：使用 read() 系统调用从设备读取数据，可以设置缓冲区接收返回的数据。
4. 关闭设备：通信完成后，使用 close() 关闭设备文件。

4.2 代码示例

以下是一个完整的示例，展示如何打开设备、发送数据并关闭设备：

#include <fcntl.h>      // 文件控制定义（如 open() 的 flags）  
#include <unistd.h>     // 提供 read(), write(), close() 等系统调用  
#include <stdio.h>      // 用于打印调试信息  int main() {  // 1. 打开设备文件（假设设备为 /dev/ttyUL1）  int fd = open("/dev/ttyUL1", O_RDWR);  if (fd < 0) {  perror("Failed to open UART device");  return -1;  }  // 2. 发送数据（例如发送字符串 "Hello UART"）  char tx_buffer[] = "Hello UART";  ssize_t bytes_written = write(fd, tx_buffer, sizeof(tx_buffer) - 1); // 写入 10 字节  if (bytes_written < 0) {  perror("Write failed");  close(fd);  return -1;  }  // 3. 可选：读取返回数据（假设设备会回传数据）  char rx_buffer[32];  ssize_t bytes_read = read(fd, rx_buffer, sizeof(rx_buffer));  if (bytes_read > 0) {  printf("Received: %.*s\n", (int)bytes_read, rx_buffer);  }  // 4. 关闭设备  close(fd);  return 0;  
}

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五、测试与调试

介绍使用 minicom 或 screen 工具测试 UART 通信，以及如何排查常见问题（如波特率不匹配）。

5.1 测试工具安装与配置

在开始测试前，需要确保系统已安装必要的工具：

• minicom：Linux下常用的串口调试工具
• screen：轻量级终端复用工具，也可用于串口通信

安装命令示例（Ubuntu/Debian）：

sudo apt install minicom screen

5.2 使用 minicom 测试

minicom 提供交互式界面，适合长时间通信测试。基本命令格式：

minicom -D [设备节点] -b [波特率]

典型示例（测试/dev/ttyUL1设备，波特率115200）：

minicom -D /dev/ttyUL1 -b 115200

参数说明：

• -D：指定串口设备路径
• -b：设置通信波特率
• 其他常用参数：
  • -o：不初始化Modem（直接进入终端模式）
  • -C：启用日志记录

使用流程：

1. 连接硬件后，先确认设备节点是否存在（ls /dev/tty*）
2. 确保当前用户有串口访问权限（需加入dialout用户组）
3. 退出时按Ctrl+A后按X，选择"退出"

5.3 使用 screen 测试

screen 更适合快速测试，命令更简洁：

screen /dev/ttyUL1 115200

退出方式：Ctrl+A然后按\，选择"yes"

5.4 常见问题排查

1. 无数据接收

   • 检查硬件连接（TX/RX是否交叉连接）
   • 验证设备节点权限（ls -l /dev/ttyUL1）
   • 确认对方设备已上电

2. 波特率不匹配

   • 典型症状：接收乱码
   • 解决方法：

     # 尝试常见波特率
     stty -F /dev/ttyUL1 9600
     stty -F /dev/ttyUL1 115200
     stty -F /dev/ttyUL1 57600
     

   • 可使用stty -F /dev/ttyUL1查看当前配置

3. 数据截断/丢失

   • 检查硬件流控设置（通常应禁用）
   • 测试降低波特率
   • 检查线缆质量/长度（建议不超过3米）

4. 权限问题

   • 永久解决方案：

     sudo usermod -aG dialout $USER
     

   • 临时解决方案：

     sudo chmod 666 /dev/ttyUL1
     

备注：对于USB转串口设备，设备节点通常为/dev/ttyUSB0，调试方法相同。

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