raspberry pi 3 でGPIO UART

UARTのGPIOピン

UARTの送信ピン及び受信ピンは、それぞれ、GPIOヘッダーの8番ピン（TXD）、10番ピン（RXD）に割り当てられています。（SoCのGPIO14番ピン及び15番ピン）

UART0をシリアル通信で使用する方法

１．Linuxのシリアルコンソールを無効化します。
Raspbianをインストールした時点では、プライマリUART（/dev/serial0）がLinuxのシリアルコンソールとして使用されています。シリアル通信で使用するため、Linuxのシリアルコンソールとして使用されないように変更します。

【修正前】
pi@raspberrypi:~ $ cat /boot/cmdline.txt
dwc_otg.lpm_enable=0 console=serial0,115200 console=tty1 root=PARTUUID=0af269bc-02 rootfstype=ext4 elevator=deadline fsck.repair=yes rootwait

/boot/cmdline.txtを以下のとおり編集します。
Linuxシリアルコンソールに関する項目（console=serial0,115200）を削除し、その他はそのまま残します。

pi@raspberrypi:~ $ sudo vi /boot/cmdline.txt
console=serial0,115200　←　この項目を削除する。

【修正後】
pi@raspberrypi:~ $ cat /boot/cmdline.txt
dwc_otg.lpm_enable=0 console=tty1 root=PARTUUID=0af269bc-02 rootfstype=ext4 elevator=deadline fsck.repair=yes rootwait

２．シリアル通信にUART0を使用するように変更します。
以下のような方法があります。

1. Bluetoothを無効化する方法
   Bluetoothを使用しない場合は、Bluetoothを無効化します。これにより、UART0がGPIOヘッダーの8番ピン（TXD）、10番ピン（RXD）に割り当てられ、シリアル通信で使用することがきます。

   /boot/config.txtファイルを以下のとおり編集します。
   pi@raspberrypi:~ $ sudo vi /boot/config.txt
   
   ・・・
   dtoverlay=pi3-disable-bt ←　この行を追記する。
   ・・・
   

   プライマリUART（/dev/serial0）としてUART0（/dev/ttyAMA0）が割り当てられ、セカンダリUART（/dev/searal1）として、miniUART（/dev/ttyS0）が割り当てらます。

   pi@raspberrypi:~ $ ls -l /dev
   ・・・
   lrwxrwxrwx 1 root root           7 Mar 14 10:17 serial0 -> ttyAMA0
   ・・・
   lrwxrwxrwx 1 root root           5 Mar 14 10:17 serial1 -> ttyS0
   ・・・
   crw--w---- 1 root tty     204,  64 Mar 14 10:17 ttyAMA0
   ・・・
   crw-rw---- 1 root dialout   4,  64 Mar 14 10:17 ttyS0
   ・・・
   

   次に、UARTで通信を行うBluetoothモデムを初期化するサービスを無効化します。

   pi@raspberrypi:~ $ sudo systemctl disable hciuart
   Removed /etc/systemd/system/multi-user.target.wants/hciuart.service.

   最後に、再起動を行います。
2. Bluetoothとの通信にminiUARTを使用する方法
シリアル通信を行うとともに、Bluetoothを使用する場合は、Bluetootモジュールとの通信にminiUARTを使用するように変更します。これにより、UART0をシリアル通信で使用することができます。

/boot/config.txtファイルを以下のとおり編集します。
pi@raspberrypi:~ $ sudo vi /boot/config.txt

・・・
dtoverlay=pi3-miniuart-bt ←　この行を追記する。
・・・

プライマリUART（/dev/serial0）としてUART0（/dev/ttyAMA0）が割り当てられ、セカンダリUART（/dev/searal1）として、miniUART（/dev/ttyS0）が割り当てらます。

pi@raspberrypi:~ $ ls -l /dev
・・・
lrwxrwxrwx 1 root root           7 Mar 14 10:17 serial0 -> ttyAMA0
・・・
lrwxrwxrwx 1 root root           5 Mar 14 10:17 serial1 -> ttyS0
・・・
crw--w---- 1 root tty     204,  64 Mar 14 10:17 ttyAMA0
・・・
crw-rw---- 1 root dialout   4,  64 Mar 14 10:17 ttyS0
・・・

次に、GPUのコアクロックを固定し、シリアル通信のボーレートが変化しないようにします。

/boot/config.txtファイルを以下のとおり編集します。
pi@raspberrypi:~ $ sudo vi /boot/config.txt
・・・
core_freq=250　←　この行を追加する。

３．以上で、GPIOを使用してシリアル通信を行うことができます。

CU でターミナル

にラズベリーパイと USB シリアルケーブルとを接続します。USB シリアルケーブルの黒（GND）をラズパイの６番ピン、白（UART TXD(14)）を８番ピン、緑（UART RXD(15)）を１０番ピンにそれぞれ接続します。赤は結線の必要がないので宙ぶらりんのままです：



次に Ubuntu 側の準備です。実は特別にデバイスドライバを準備することもなく、そのまま認識されます。が、ただ認識しただけでは通信はできないため、そのための準備が必要です。

まず、今回のシリアル通信には cu コマンドを使います。なので、まずは cu をインストールします：

$ sudo apt-get install cu

次にシリアルポートの確認と設定を行います。Ubuntu の USB ポートに USB シリアルケーブルを接続し、次のコマンドを入力して、ちゃんと認識できているかどうかを確認します：

$ ls -l /dev/serial/by-id/

USB シリアルケーブルが正しく認識できていると /dev/ttyUSB0 といった感じで最後に 0（ゼロ）が付いたデバイスとして認識されます。今回は /dev/ttyUSB0 として認識されていると仮定して以下の説明を続けます：



/dev/ttyUSB0 の権限を変更します：

$ sudo chmod 666 /dev/ttyUSB0

ここまでの手順で準備が完了しました。最後に cu コマンドで目的のデバイスに接続します。その際にボーレートを 115200 bps に指定して接続します：

$ sudo cu -s 115200 -l /dev/ttyUSB0

成功するとこんな感じでラズパイのログインプロンプトが現れ、ログインできます：



モニタがないとか、無線LAN がないとか、無線 LAN の環境が普段と違う時（の無線 LAN の設定を変えたい時）でもラズパイを使えて、とても便利な接続方法です。アナログ最強！