Raspberry Pi是否可以可靠地使9600波特序列发生爆炸，并且有示例代码？

我想知道使用bitbanging通过Raspberry Pi上的GPIO引脚驱动9600波特串行的可行性。

显然，Linux不是一个非常好的位敲打平台，因为有大量的驱动程序和其他中断可能会长时间阻塞CPU（1-10毫秒）。但是，这种情况最近变得越来越好，现在内核中已定期启用某些抢占。我还怀疑实时修补的内核可以轻松地在Raspberry Pi上使用，并且可以仔细选择连接的硬件和驱动程序。

我的可靠性标准是，大多数情况下，它应保持在正常的9600波特串行容差范围内。我目前不确定在实践中可以容忍多少错误，但是协议中存在重传和确认，因此至少可以容忍。

因此，我的问题是：

• Userland软件能否可靠地提高9600波特率？
• 这是否需要实时修补的内核？
• 我一般应该期望多少个错误？

此外，是否有任何示例代码通过GPIO位敲打进行串行处理？我知道Arduino SoftSerial，但仅此而已。

以防万一，为了限制这个问题：这不是标准的串行接口，并且Raspberry Pi的UART已经用于另一个串行链接。我既不希望提出建议使用外部硬件（例如Gertboard或Arduino）的答案，也不希望依赖于UART的答案。

我终于解决了这个问题，但是以一种非常非常规的方式。由于过于可靠，我放弃了位冲击，并试图找到其他解决方案，这些解决方案使我能够在不增加硬件的情况下实现同一目标。我当时正在考虑编写一个内核驱动程序，该驱动程序将在GPIO上触发一个中断，然后将该引脚重新配置为SPI，并使用SPI读取整个数据字节-但是我有了一个更好的主意。

我使用SPI以20倍的波特率对线路进行采样。我完全忽略了SCLK和SS引脚，将RX线连接到MISO，将TX线连接到MOSI。这给了我一个类似于RX线的（1位）示波器视图，并清楚地看到了串行线中正在传输的位：

00 00 00 00 00 00 
00 00 00 00 01 FF 
FF FF FF FF 00 00 
01 FF FF FF FF FF 
FF FF E0 00 00 00 
00 00 07 FF FF FF 
FF FF 

由此，只需进行编码即可找出从中采样实际数据位的正确位置。发送端也同样琐碎，我只需要将每个字节转换为包含起始位和停止位的长位流即可。

它比位敲打更好的原因是SPI有自己的时钟，不会与内核冻结，并且SPI发送和接收线具有16字节的FIFO用于传输，这也与内核冻结无关。对于9600波特，我使用的是250kHz的SPI时钟，这意味着我可以在填充和耗尽FIFO之间睡眠甚至一毫秒，而不会发生任何传输错误。但是，为了安全起见，我正在使用300 µs的睡眠时间。我简短地测试了我可以将其推进多远，并且至少仍可以使用2MHz的SPI时钟，因此该解决方案也可以扩展到更高的波特率。

该解决方案的一个丑陋部分是内核SPI驱动程序不支持这种流式传输位。这意味着我无法通过使用内核SPI驱动程序编写自己的内核模块来执行此操作，并且也无法通过在用户域中使用/dev/sdidev0.0来执行此操作。但是，在Raspberry Pi上，可以通过mmap（）：n / dev / mem直接从用户域访问SPI和其他外围设备，而完全绕开了内核控制。我对此并不满意，但是它可以完美地工作，它还带来了一个额外的好处，即用户域中的分段错误不会使内核崩溃（除非偶然与其他外设弄乱了）。至于CPU的使用，300 µs的睡眠似乎可以持续为我提供约7％的CPU使用率，但是我的代码不是很理想。延长睡眠时间显然会直接降低CPU使用率。

编辑：忘了提一下，我使用了不错的bcm2835库来从用户区控制SPI，并在需要时进行扩展。

因此，总而言之：通过在Raspberry Pi上以250kHz的频率/ kHz / dev / mem直接使用SPI芯片，我可以完全从用户域可靠地在9600波特串行链路上进行发送和接收。

看起来，至少没有实时补丁（CONFIG_PREEMPT_RT），Raspberry Pi无法可靠地对9600波特序列进行位冲击。

我使用了一个简单的等待时间测试器，该测试器以最佳方式配置了所有Linux方面的东西（sched_fifo，优先级99，cpu_dma_latench 0us，mlockall）。我尝试休眠100微秒（大约9600波特），并在安静的系统上检查2分钟的延迟超限。结果是：

最小：12微秒平均：24微秒最大：282微秒

这似乎是常见的结果。在较慢的测量中，最大值在100微秒和300微秒之间变化。我还检查了分布，似乎绝大多数都在24微秒范围内。只有少数超过50微秒，但几乎总是有些。有时还会有巨大的延迟，例如4000微秒，但这些延迟现在至少很少被忽略。

我想9600波特的最大延迟应低于50微秒，以免出错，而任何超过100微秒的延迟都将导致传输或接收完全丢失。

这一切都还没有触及GPIO引脚。由于即使只有2秒钟我也无法正常运行，因此可以肯定地说，如果没有实时修补程序，Raspberry Pi不会在9600波特串行链接上产生任何严重的错误。

如果有时间，我将稍后测试实时补丁。

（使用的工具：http : //git.kernel.org/?p=linux/kernel/git/clrkwllms/rt-tests.git;a=summary）

更新：如果使用CONFIG_PREEMPT_RT补丁集进行编译，则RPi内核会在启动时挂起，而不会检测到SD卡。修复起来可能很简单，但是看到RPi源代码中凌乱的差异，我想我要等到更多的代码进入主线内核。

因此，测试这太困难了，我放弃了。

您无需大呼小叫。您可以在rx gpio中设置一个用户登陆中断，以检测起始位的下降。然后设置一个时间中断以在这些位的中间进行采样。这样做的内核模块是可行的。