树莓派 4 与 HiFive1 建立 UART 通信实验指南

本实验将建立树莓派 4 与 HiFive1 间可靠 UART 连接，编程 HiFive1 回显接收数据，并编写树莓派 Python 脚本转发转向角度至开发板。

第 0 部分：在树莓派 4 上启用 UART

树莓派 4 内置四个 UART 控制器。本实验使用 uart2 与 uart3。向 /boot/config.txt 添加以下行并重启：

dtoverlay=uart2,115200
dtoverlay=uart3,115200

重启后，设备节点 /dev/ttyAMA1 (uart2) 与 /dev/ttyAMA2 (uart3) 将可用。

按以下方式连接两板：

• HiFive1 UART1 RX (引脚 7) ↔ Pi 4 UART2 TX (引脚 27) — 数据通道 传输转向指令。
• HiFive1 UART0 TX (引脚 1) ↔ Pi 4 UART3 RX (引脚 29) — 调试通道 输出控制台信息。

树莓派端通过 /dev/ttyAMA1 发送至 HiFive1，通过 /dev/ttyAMA2 接收 HiFive1 控制台输出。

第 1 部分：编程 HiFive1

在 PC (非树莓派) 下载骨架项目：

$ cd ~/Documents/PlatformIO
$ wget https://ittc.ku.edu/~heechul/courses/eecs388/l10-comm.tar.gz
$ tar zxvf l10-comm.tar.gz

将 l10-interrupt 文件夹加入 VSCode 工作区。目标：从 UART1 读数据、在 UART0 回显、并打印至控制台。

简明算法：

while (1) {
    if (ser_isready(1)) {
        char data = ser_read(1);
        ser_write(0, data);
        ser_printline(0, "Received: ");
        /* 按需调整格式 */
    }
}

串口 API 定义于 eecs388_lib.h/c：

void ser_setup(int devid);
int ser_isready(int devid);
void ser_write(int devid, char c);
void ser_printline(int devid, char *str);
char ser_read(int devid);
int ser_readline(int devid, int n, char *str);

注意 devid = 0 选 UART0，devid = 1 选 UART1。ser_isready 检查 UART IP 寄存器是否有待读数据：

int ser_isready(int devid) {
    uint32_t regval = *(volatile uint32_t *)(UART_ADDR(devid) + UART_IP);
    return regval;
}

编译烧录后，切换至树莓派打开两个终端：

• 数据发送端：screen /dev/ttyAMA1 115200
• 调试查看端：screen /dev/ttyAMA2 115200

在发送端终端输入任意字符串；调试终端应显示相同字符串，确认通信正常。

第 2 部分：树莓派 4 Python 脚本

替代手动终端，编写 Python 程序：

• 打开 /dev/ttyAMA1 写入转向角度。
• 打开 /dev/ttyAMA2 用于调试。
• 捕获摄像头帧、运行 DNN 推理、将结果角度发送至 HiFive1。

使用 pySerial 的骨架示例：

import serial
import time
import cv2  # 或您的摄像头接口
# 打开串口
ser1 = serial.Serial('/dev/ttyAMA1', 115200, timeout=1)
ser2 = serial.Serial('/dev/ttyAMA2', 115200, timeout=1)
while True:
    # 捕获帧
    frame = cv2.imread('frame.jpg')  # 替换为实际摄像头读取
    # DNN 推理
    angle = dnn_inference(frame)  # float32
    # float 转 4 字节
    angle_bytes = angle.to_bytes(4, byteorder='little', signed=True)
    ser1.write(angle_bytes)
    # 可选：读取调试输出
    debug = ser2.readline().decode().strip()
    if debug:
        print('HiFive1:', debug)
    # 定时控制 (如 30 fps)
    time.sleep(1/30)
# 清理
ser1.close()
ser2.close()

注意：发送前将 float 转字节，HiFive1 解析时用相同字节序。

附录：树莓派 4 GPIO 与外设概览

树莓派 4 扩展了 I²C、SPI 与 UART 接口。用 pinout 命令查看所有引脚：

pinout

关键外设：

• I²C — 最多 6 条总线，用 sudo i2cdetect -y 1 发现设备。
• SPI — 通过 raspi-config 启用，使用标准 SCLK/MOSI/MISO 线。
• UART — 异步串口，适合无头通信或连接 HiFive1 等单片机。

详细配置请参阅官方树莓派文档：Config-txt 指南。