nvidia agx orin驱动UART4/UARTD转RS485

一、说明

agx orin模组拥有7个常规UART（通用异步接收机/发射机）控制器，分别是UART1/UARTA、UART2/UARTB、UART3/UARTC、UART4/UARTD、UART5/UARTE、UART6/UARTF、UART8/UARTH。

agx orin模组拥有3个特殊UART（SBSA），它是ARM服务器基础架构（SBSA）定义的通用UART。

1.1 普通UART和SBSA UART区别

类型	SBSA UART	普通 UART
寄存器	使用 PL011 寄存器的子集	通常有完整的 UART 寄存器组，不同芯片具体寄存器可能不同，但功能相对完整
波特率调整	波特率由固件设置，运行时无法修改，缺乏时钟指定器	一般可在运行时通过相关寄存器设置波特率，只要通信双方波特率一致即可正常通信
DMA 支持	不支持 DMA（直接内存访问）	部分普通 UART 支持 DMA 功能，可提高数据传输效率，减轻 CPU 负担
调制解调器控制信号	不支持调制解调器控制信号	一些 UART 芯片具备调制解调器控制信号相关引脚和功能，如 RTS、CTS 等，可用于流控等
兼容性	兼容属性必须为 “arm,sbsa - uart”	无此特定兼容属性要求，根据不同芯片和应用场景，有不同的驱动和配置方式

1.2 关于UART最大的波特率设置

普通的UART波特率在系统软件层面最大支持4Mbps，使用stty软件或termios的函数配置串口波特率会有4Mbps的限制，busybox软件中stty应用也有4Mbps的限制，在/usr/include/asm-generic/termbits.h头文件有定义。

SBSA UART最大可以支持12Mbps的波特率，参考Orin-TRM_DP10508002_v1.0p.pdf文档如下：

UART的波特率大小主要和控制器的时钟频率有关，agx orin模组每个UART控制器时钟可以通过如下命令查看：

cat /sys/kernel/debug/bpmp/debug/clk/uart<x>/max_rate
其中<x>表示a、b、c、d、f、h、i、j

每个UART控制器实际支持的最大波特率计算方式：UART时钟频率/16。例如UARTA的时钟是68MHZ，则其支持最大的波特率是68MHZ/16=4.25Mbps。而如果需要更高的波特率，需要选择UARTI，UARTI支持最大的波特率是204MHZ/16=12.75Mbps。更高的串口波特率，需要开启硬件流控。

1.3 UART和RS485区别

项目	UART（通用异步收发传输器）	RS485（EIA-485）
定义	一种串行通信协议（硬件接口标准），负责将并行数据转换为串行数据传输，或反之。	一种差分信号传输标准（电气规范），定义了数据传输的电气特性，用于远距离、多节点通信。
物理层	通常使用单端信号（如 TTL 电平：高电平表示 1，低电平表示 0），传输距离短（一般数米）。	采用差分信号传输（两根线 A、B，信号通过 A-B 的电压差表示，抗干扰能力强），传输距离长（可达 1200 米）。
通信方式	支持全双工（需 TX、RX 两根线）或半双工（单根线分时收发），一般用于点对点通信。	通常工作在半双工模式（需额外控制信号使能收发），支持多点通信（最多 32 个节点）。
引脚 / 线路	核心引脚为 TX（发送）、RX（接收），可能包含 GND（地）、CTS（清除发送）、RTS（请求发送）等。	至少需要 A（非反向）、B（反向）两根信号线，通常需 GND，半双工时需 DE（驱动使能）、RE（接收使能）控制引脚。
速率与距离	速率较高（如最高可达数 Mbps），但距离越远速率越低，典型距离＜10 米。	速率随距离降低（如 1200 米时约 100kbps，10 米时可达 10Mbps），适合长距离传输。
抗干扰能力	单端信号易受电磁干扰（EMI），抗干扰能力弱。	差分信号抵消共模干扰，抗干扰能力强，适合工业环境。
应用场景	近距离设备内部通信（如单片机与传感器、模块之间，计算机与外设）。	工业自动化（如 PLC、传感器网络）、安防系统、智能楼宇等远距离、多节点通信场景。
协议关系	UART 是协议 / 接口，可与 RS232、RS485 等电气标准结合使用（如 RS232-UART、RS485-UART）。	RS485 是电气标准，需配合 UART 等协议实现数据帧的封装与解析。
典型电路	基于 TTL 电平，直接通过 TX/RX 连接（如 Arduino 的 UART 接口）。	需要 RS485 transceiver 芯片（如 MAX485）转换 TTL 与差分信号，通过 A、B 线连接。

二、电路图设计

通过SIT3485芯片（芯力特）完成UART转RS485电平。

SIT3485E 芯片是一款功能全面、性能优异的 RS-485 收发器，支持自动收发功能，无需控制方向使能引脚。其核心功能及特点：

（1）宽电压供电与低功耗设计

• 支持 3.0V 至 5.5V 宽电压范围供电，兼容 3.3V 和 5V 系统设计，降低电源适配难度。
• 典型工作电流仅 180μA，关断模式下电流低至 0.5μA，显著降低系统功耗，适用于电池供电或低功耗场景。

（2）高速数据传输与多节点支持

• 最高支持 12Mbps 无差错数据传输速率，满足工业自动化、汽车电子等高速通信需求。
• 采用 1/8 负载设计，允许单总线并联 256 个收发器节点，扩展性强，适用于大规模设备组网。

（3）高抗干扰性与可靠性保障

• 集成 15kV HBM（人体模型）静电防护能力，有效抵御静电冲击，提升设备稳定性。
• 总线耐压范围达 ±15V，可承受工业现场电压波动，避免因过压损坏。
• 具备失效安全保护功能，当接收器输入开路或短路时，输出逻辑高电平，防止系统误动作。

（4）多重保护机制

• 内置限流保护和过压保护，防止因短路或过压导致芯片损坏。
• 支持热关断保护，当芯片温度超过阈值时自动关闭驱动器，避免过热失效。

（5）灵活的封装与温度适应性

• 提供 SOP8、DIP8、MSOP8 等多种封装形式，满足不同 PCB 布局需求。
• 工作温度范围覆盖 -40℃ 至 125℃，适用于极端工业环境或户外设备。

（6）协议兼容性与应用场景

• 完全符合 TIA/EIA-485 标准，兼容 RS-422 协议，支持半双工通信模式。
• 广泛应用于串口服务器、工业伺服系统、汽车电子、交换机接口模块等领域，替代 MAX3485ESA 等进口芯片，实现国产化替代。

三、驱动设计

3.1 掌握UART4/UARTD寄存器地址

3.2 掌握UART4/UARTD引脚寄存器地址

通过UART4_RX、UART4_TX、UART4_CTS、UART4_RTS在Orin-TRM_DP10508002_v1.0p.pdf文档搜索，分别找到引脚寄存器偏移地址：

可以看出来4个引脚的焊盘控制器组号是G4，在“Part VII - System Components”->"Multi-Purpose I/O Pins and Pin Multiplexing (PinMux)"->"1.5 Pad Control Unit"找到G4对应的内存基地址块为PADCTL_A4，在“Part II - Memory Architecture and Memory Mapped I/O DP-10508-”->"2 System Address Map"中找到PADCTL_A4的基地址为0x02434000。

所以UARTD的四个引脚的寄存器地址分别是：

引脚名称	寄存器地址
UART4_TX	0x243d020
UART4_RX	0x243d018
UART4_RTS	0x243d010
UART4_CTS	0x243d008

3.3 配置UARTD的四个引脚

设备树pinmux.dtsi配置： 

			uart4_tx_ph3 {
				nvidia,pins = "uart4_tx_ph3";
				nvidia,function = "uartd";
				nvidia,pull = <TEGRA_PIN_PULL_NONE>;
				nvidia,tristate = <TEGRA_PIN_DISABLE>;
				nvidia,enable-input = <TEGRA_PIN_DISABLE>;
				nvidia,lpdr = <TEGRA_PIN_DISABLE>;
			};

			uart4_rx_ph4 {
				nvidia,pins = "uart4_rx_ph4";
				nvidia,function = "uartd";
				nvidia,pull = <TEGRA_PIN_PULL_NONE>;
				nvidia,tristate = <TEGRA_PIN_ENABLE>;
				nvidia,enable-input = <TEGRA_PIN_ENABLE>;
				nvidia,lpdr = <TEGRA_PIN_DISABLE>;
			};

			uart4_rts_ph5 {
				nvidia,pins = "uart4_rts_ph5";
				nvidia,function = "uartd";
				nvidia,pull = <TEGRA_PIN_PULL_NONE>;
				nvidia,tristate = <TEGRA_PIN_DISABLE>;
				nvidia,enable-input = <TEGRA_PIN_DISABLE>;
				nvidia,lpdr = <TEGRA_PIN_DISABLE>;
			};

			uart4_cts_ph6 {
				nvidia,pins = "uart4_cts_ph6";
				nvidia,function = "uartd";
				nvidia,pull = <TEGRA_PIN_PULL_NONE>;
				nvidia,tristate = <TEGRA_PIN_ENABLE>;
				nvidia,enable-input = <TEGRA_PIN_ENABLE>;
				nvidia,lpdr = <TEGRA_PIN_DISABLE>;
			};

3.4 确保UARD的四个引脚未复用

 进入Linux_for_Tegra/source/public/hardware/nvidia目录，通过如下命令分别搜索这四个引脚是否复用，如果复用需要进行修改。

#查询UART4_RX引脚
grep "TEGRA234_MAIN_GPIO(H, 4)" -R -n
#查询UART4_TX引脚
grep "TEGRA234_MAIN_GPIO(H, 3)" -R -n
#查询UART4_RTS引脚
grep "TEGRA234_MAIN_GPIO(H, 5)" -R -n
#查询UART4_CTS引脚
grep "TEGRA234_MAIN_GPIO(H, 6)" -R -n

3.5 调试UARTD串口

 输入：dmesg | grep tty

显示如下：

[    5.197937] 3100000.serial: ttyTHS0 at MMIO 0x3100000 (irq = 26, base_baud = 0) is a TEGRA_UART
[    5.212184] 3110000.serial: ttyTHS1 at MMIO 0x3110000 (irq = 85, base_baud = 0) is a TEGRA_UART
[    5.226844] 3130000.serial: ttyTHS3 at MMIO 0x3130000 (irq = 86, base_baud = 0) is a TEGRA_UART
[    5.241597] 3140000.serial: ttyTHS4 at MMIO 0x3140000 (irq = 87, base_baud = 0) is a TEGRA_UART

 根据”3.1 掌握UART4/UARTD寄存器地址“得到的UARTD寄存器地址0x3130000，获得UARTD在设备中的文件句柄为/dev/ttyTHS3。

输出”3130000.serial: ttyTHS3 at MMIO 0x3130000“等信息表明UARTD已经驱动成功。

验证方法1：如果没有焊接RS485芯片可以通过如下回环方法测试串口：

stty -F /dev/ttyTHS3 115200 raw -echo
cat /dev/ttyTHS3 &
echo "test" > /dev/ttyTHS3

 验证方法2：链接RS485连接器到笔记本，在agx orin上运行如下python文件进行测试

#coding=utf-8
"""
Describe: RS485测试
"""
import serial
import subprocess
import time

class SerialUse():
    """
    @功能简介：串口操作类
    @参数：无
    @返回值：无
    """
    def __init__(self):
        self.portx = "/dev/ttyTHS3"
        self.bps = 115200
        self.timex = 5

    def open(self):
        try:
            ser = serial.Serial(self.portx, self.bps, timeout=self.timex)
            return ser
        except:
            print(self.portx)

    def close(self, ser):
        ser.close()

    def send(self, ser, data):
        result = ser.write(data)

    def recv(self, ser):
        return ser.readline()

if __name__ == '__main__':
    """
    @功能简介：RS485测试
    @参数：data-输入数据， length-输入数据长度
    @返回值：输出数据
    """
    print("RS485测试:")
    send_data=[0x52, 0x53, 0x34, 0x38, 0x35, 0x20, 0x54, 0x45, 0x53, 0x54]
    ins = SerialUse()
    try:
        ser = ins.open()
        ins.send(ser, bytearray(send_data))
        result = ins.recv(ser)
        print(result)
    except:
        print("打开失败")
    ins.close(ser)