【前言】

在工業(yè)通信場(chǎng)景中，RS485因其遠(yuǎn)距離傳輸、抗干擾能力強(qiáng)、支持多節(jié)點(diǎn)組網(wǎng)等特性，成為工控領(lǐng)域的首選通信方式。然而，與RS232的全雙工通信不同，RS485采用半雙工模式——同一時(shí)刻只能發(fā)送或接收。這就要求我們必須精確控制收發(fā)狀態(tài)切換：

發(fā)送數(shù)據(jù)前：將控制腳置為高電平，使能發(fā)送器

數(shù)據(jù)發(fā)送完成后：將控制腳置為低電平，切換為接收模式

瑞芯微RK系列芯片（以眺望電子RK3588核心板為例）的UART控制器并未內(nèi)置RS485自動(dòng)控制功能，本文介紹一種內(nèi)核級(jí)驅(qū)動(dòng)改造方案，通過(guò)GPIO實(shí)現(xiàn)可靠的收發(fā)控制。

一、硬件連接原理

RS485收發(fā)器通常有以下引腳：

如下圖所示，將RE和DE引腳短接，通過(guò)單個(gè)GPIO統(tǒng)一控制，實(shí)現(xiàn)收發(fā)模式切換：

GPIO輸出高電平 → DE=1, RE=1 → 發(fā)送模式

GPIO輸出低電平 → DE=0, RE=0 → 接收模式

瑞芯微的內(nèi)核源碼沒有?帶的配置接?，需要我們修改如下驅(qū)動(dòng)代碼。

二、設(shè)備樹配置

在設(shè)備樹中為UART節(jié)點(diǎn)添加 rts_gpio 屬性：

--- a/arch/arm64/boot/dts/rockchip/talowe-rk3588-common.dtsi+++ b/arch/arm64/boot/dts/rockchip/talowe-rk3588-common.dtsi@@ -1057,13 +1057,14 @@&uart6 {&uart9 {pinctrl-names = "default";pinctrl-0 = <&uart9m2_xfer>;- // rts-gpio = <&gpio3 RK_PC4 GPIO_ACTIVE_HIGH>;+ rts_gpio = <&gpio3 RK_PC4 GPIO_ACTIVE_LOW>;status = "okay";};&uart0 {pinctrl-names = "default";pinctrl-0 = <&uart0m2_xfer>;+ rts_gpio = <&gpio3 RK_PC5 GPIO_ACTIVE_LOW>;status = "okay";};

重要提示：屬性名必須是 rts_gpio（單數(shù)形式），不能寫成 rts-gpios（復(fù)數(shù)形式）。若使用復(fù)數(shù)形式，串口驅(qū)動(dòng)會(huì)觸發(fā) mctrl_gpio 機(jī)制，導(dǎo)致本文方案失效。

三、驅(qū)動(dòng)層改造詳解

diff --git a/drivers/tty/serial/8250/8250_core.c b/drivers/tty/serial/8250/8250_core.cindex 2f7553cea..3cb98ae0d 100644--- a/drivers/tty/serial/8250/8250_core.c+++ b/drivers/tty/serial/8250/8250_core.c@@ -1024,6 +1024,8 @@int serial8250_register_8250_port(const struct uart_8250_port *up)#ifdefCONFIG_ARCH_ROCKCHIPuart->port.line = up->port.line;#endif+ if (up->rts_gpios > 0)+ uart->rts_gpios = up->rts_gpios;/* Take tx_loadsz from fifosize if it wasn't set separately */if (uart->port.fifosize && !uart->tx_loadsz)uart->tx_loadsz = uart->port.fifosize;diff --git a/drivers/tty/serial/8250/8250_dw.c b/drivers/tty/serial/8250/8250_dw.cindex 816c0122c..d37909cd3 100644--- a/drivers/tty/serial/8250/8250_dw.c+++ b/drivers/tty/serial/8250/8250_dw.c@@ -35,7 +35,8 @@#else#include"8250_dwlib.h"#endif-+#include+#include/* Offsets for the DesignWare specific registers */#defineDW_UART_USR 0x1f /* UART Status Register */#defineDW_UART_DMASA 0xa8 /* DMA Software Ack */@@ -573,7 +574,7 @@static int dw8250_probe(struct platform_device *pdev)int irq;int err;u32 val;+ int rts_gpios;regs = platform_get_resource(pdev, IORESOURCE_MEM, 0);if (!regs)return dev_err_probe(dev, -EINVAL, "no registers defined\n");@@ -610,7 +611,16 @@static int dw8250_probe(struct platform_device *pdev)#ifdefCONFIG_ARCH_ROCKCHIPdata->irq = irq;#endif-+ rts_gpios = of_get_named_gpio(dev->of_node,"rts_gpio", 0)；+ up->rts_gpios = rts_gpios;+ if (up->rts_gpios > 0)+ {+ printk("rts_gpios=%d\n", up->rts_gpios);+ gpio_direction_output(up->rts_gpios, 0);+ gpio_set_value(up->rts_gpios, 0);+ }++data->uart_16550_compatible = device_property_read_bool(dev,"snps,uart-16550-compatible");diff --git a/drivers/tty/serial/8250/8250_port.c b/drivers/tty/serial/8250/8250_port.cindex b7a3634c6..e7c49272a 100644--- a/drivers/tty/serial/8250/8250_port.c+++ b/drivers/tty/serial/8250/8250_port.c@@ -38,6 +38,8 @@#include"8250.h"+#include/* Nuvoton NPCM timeout register */#defineUART_NPCM_TOR 7#defineUART_NPCM_TOIE BIT(7) /* Timeout Interrupt Enable */@@ -1825,7 +1827,7 @@void serial8250_tx_chars(struct uart_8250_port *up)struct uart_port *port = &up->port;struct circ_buf *xmit = &port->state->xmit;int count;-+ int lsr,cnt;if (port->x_char) {uart_xchar_out(port, UART_TX);return;@@ -1838,7 +1840,11 @@void serial8250_tx_chars(struct uart_8250_port *up)__stop_tx(up);return;}+ if (up->rts_gpios > 0 )+ {+ gpio_set_value(up->rts_gpios, 1);+ }count = up->tx_loadsz;do {serial_out(up, UART_TX, xmit->buf[xmit->tail]);@@ -1878,7 +1884,19 @@void serial8250_tx_chars(struct uart_8250_port *up)if (uart_circ_empty(xmit) && !(up->capabilities & UART_CAP_RPM))+ {__stop_tx(up);+ if (up->rts_gpios > 0 )+ {+ for (cnt = 0; cnt < 200; cnt++)+ {+ mdelay(3);+ lsr = serial_in(up, UART_LSR);+ if(UART_LSR_TEMT == (lsr & UART_LSR_TEMT))+ {+ break;+ }+ }+ gpio_set_value(up->rts_gpios, 0);+ }+ }}EXPORT_SYMBOL_GPL(serial8250_tx_chars);diff --git a/include/linux/serial_8250.h b/include/linux/serial_8250.hindex 46d76b035..e088fe6ba 100644--- a/include/linux/serial_8250.h+++ b/include/linux/serial_8250.h@@ -141,6 +141,7 @@struct uart_8250_port {/* Serial port overrun backoff */struct delayed_work overrun_backoff;u32 overrun_backoff_time_ms;+ int rts_gpios;};static inline struct uart_8250_port *up_to_u8250p(struct uart_port *up)diff --git a/include/uapi/linux/serial.h b/include/uapi/linux/serial.hindex cea06924b..9f3435e98 100644--- a/include/uapi/linux/serial.h+++ b/include/uapi/linux/serial.h@@ -134,7 +134,7 @@struct serial_rs485 {__u32 delay_rts_before_send; /* Delay before send (milliseconds) */__u32 delay_rts_after_send; /* Delay after send (milliseconds) */-+/* The fields below are defined by flags */union {__u32 padding[5]; /* Memory is cheap, new structs are a pain */

3.1核心數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)擴(kuò)展

修改 include/linux/serial_8250.h，在 uart_8250_port 結(jié)構(gòu)體中新增GPIO字段：

structuart_8250_port {// ... 原有字段/* Serial port overrun backoff */structdelayed_work overrun_backoff;u32 overrun_backoff_time_ms;intrts_gpios; /* 新增：RS485方向控制GPIO */};

3.2平臺(tái)驅(qū)動(dòng)初始化

修改 drivers/tty/serial/8250/8250_dw.c，在probe函數(shù)中解析設(shè)備樹GPIO：

#include#includestaticintdw8250_probe(structplatform_device *pdev){// ... 原有代碼intrts_gpios;// 從設(shè)備樹獲取GPIOrts_gpios =of_get_named_gpio(dev->of_node,"rts_gpio",0);up->rts_gpios = rts_gpios;if(up->rts_gpios >0) {printk("rts_gpios=%d\n", up->rts_gpios);gpio_direction_output(up->rts_gpios,0);gpio_set_value(up->rts_gpios,0); // 默認(rèn)接收模式}// ... 后續(xù)代碼}

3.3注冊(cè)時(shí)傳遞GPIO信息

修改 drivers/tty/serial/8250/8250_core.c：

intserial8250_register_8250_port(conststructuart_8250_port *up){// ... 原有代碼#ifdefCONFIG_ARCH_ROCKCHIPuart->port.line = up->port.line;#endif// 傳遞GPIO信息到新實(shí)例if(up->rts_gpios >0)uart->rts_gpios = up->rts_gpios;// ... 后續(xù)代碼}

3.4發(fā)送時(shí)序控制（核心邏輯）

修改 drivers/tty/serial/8250/8250_port.c 中的 serial8250_tx_chars 函數(shù)：

#includevoidserial8250_tx_chars(structuart_8250_port *up){structuart_port*port = &up->port;structcirc_buf*xmit = &port->state->xmit;intcount;intlsr, cnt;// ... 原有檢查代碼/* ===== 發(fā)送前：置高GPIO，進(jìn)入發(fā)送模式 ===== */if(up->rts_gpios >0) {gpio_set_value(up->rts_gpios,1);}count = up->tx_loadsz;do{serial_out(up, UART_TX, xmit->buf[xmit->tail]);xmit->tail = (xmit->tail +1) & (UART_XMIT_SIZE -1);port->icount.tx++;if(uart_circ_empty(xmit))break;}while(--count >0);// ... 原有發(fā)送邏輯/* ===== 發(fā)送完成后：等待FIFO清空，再置低GPIO ===== */if(uart_circ_empty(xmit) && !(up->capabilities & UART_CAP_RPM)) {__stop_tx(up);if(up->rts_gpios >0) {// 輪詢等待發(fā)送完成（最多600ms）for(cnt =0; cnt rts_gpios,0); // 切換回接收模式}}}

四、關(guān)鍵設(shè)計(jì)要點(diǎn)

4.1為什么要在8250_core.c中傳遞GPIO？

因?yàn)?rts_gpios 定義在 struct uart_8250_port 結(jié)構(gòu)體中，而發(fā)送函數(shù) serial8250_tx_chars 操作的是該結(jié)構(gòu)體的實(shí)例。如果不通過(guò) serial8250_register_8250_port 函數(shù)傳遞，在 8250_port.c 中引用的 up->rts_gpios 將為0，導(dǎo)致GPIO控制失效。

4.2發(fā)送完成檢測(cè)策略

方案采用輪詢UART_LSR寄存器的方式檢測(cè)發(fā)送完成：

// UART_LSR_TEMT位為1表示發(fā)送FIFO和移位寄存器均為空if(UART_LSR_TEMT == (lsr & UART_LSR_TEMT))break;

每次輪詢間隔3ms

最大輪詢200次（總計(jì)600ms超時(shí)）

適用于最高波特率115200bps下的典型幀傳輸

4.3多串口支持

本方案支持對(duì)多個(gè)UART同時(shí)進(jìn)行RS485改造，只需在設(shè)備樹中為各串口配置不同的GPIO即可。每個(gè)串口的GPIO狀態(tài)獨(dú)立維護(hù)，互不干擾。

4.4注意事項(xiàng)

設(shè)備樹屬性名：使用 rts_gpio（單數(shù)），勿用 rts-gpios（復(fù)數(shù)）

GPIO有效電平：根據(jù)RS485收發(fā)器規(guī)格選擇 GPIO_ACTIVE_LOW 或 GPIO_ACTIVE_HIGH

超時(shí)設(shè)置：若波特率較低或數(shù)據(jù)量較大，需適當(dāng)延長(zhǎng)輪詢超時(shí)時(shí)間

五、總結(jié)

本文介紹的驅(qū)動(dòng)層改造方案，通過(guò)設(shè)備樹配置+內(nèi)核驅(qū)動(dòng)修改，實(shí)現(xiàn)了RK3588 RS485的自動(dòng)控制。相比用戶空間輪詢方案，具有以下優(yōu)勢(shì)：

時(shí)序精確：在數(shù)據(jù)發(fā)送的最開始置高GPIO，在所有數(shù)據(jù)徹底發(fā)送完成后置低，無(wú)用戶態(tài)切換延遲

應(yīng)用透明：應(yīng)用層無(wú)需任何修改，直接按普通串口使用

資源節(jié)?。簾o(wú)需外置RS485協(xié)議芯片，降低BOM成本

內(nèi)核標(biāo)準(zhǔn)：基于8250串口驅(qū)動(dòng)框架，兼容性好，易于維護(hù)

相關(guān)代碼補(bǔ)丁可在眺望電子提供的SDK上應(yīng)用，適用于眺望電子RK3568、RK3588、RK3576等RK全系列芯片平臺(tái)。

廣州眺望電子科技有限公司專注于嵌入式處理器模組的研發(fā)與應(yīng)用，提供從硬件設(shè)計(jì)到驅(qū)動(dòng)開發(fā)，系統(tǒng)解決方案的全流程技術(shù)支持。歡迎關(guān)注我們的公眾號(hào)，獲取更多嵌入式項(xiàng)目開發(fā)實(shí)戰(zhàn)經(jīng)驗(yàn)。