【DIY飞控板PX4移植】深入理解NuttX下PX4串口配置：ttyS设备编号与USARTUART对应关系解析

引言

在嵌入式系统开发中，串口（USART/UART）的配置是一个常见但关键的任务。对于使用 NuttX 作为底层操作系统的飞控系统（如 PX4），正确配置串口关系尤为重要，以确保各个设备（如 GPS、遥控器、通信模块等）能够稳定通信。然而，在实际配置过程中，可能会遇到设备编号与硬件串口对应关系不一致的问题。本文将详细记录我在配置 PX4 串口时遇到的一个实际问题及其解决方案，帮助有类似需求的开发者避免相同的困惑。

问题描述

在配置 PX4 的串口时，我修改了 nuttx-config/include/board.h 文件，具体配置如下：

/********** 串口 GPIO 设置 **********/#define GPIO_USART1_RX   GPIO_USART1_RX_2      /* PA10 */
#define GPIO_USART1_TX   GPIO_USART1_TX_2      /* PA9  */#define GPIO_USART2_RX   GPIO_USART2_RX_1      /* PA3  */
#define GPIO_USART2_TX   GPIO_USART2_TX_1      /* PA2  */#define GPIO_USART3_RX   GPIO_USART3_RX_3      /* PD9  */
#define GPIO_USART3_TX   GPIO_USART3_TX_3      /* PD8  */#define GPIO_UART4_RX    GPIO_UART4_RX_5       /* PD0  */
#define GPIO_UART4_TX    GPIO_UART4_TX_5       /* PD1  */#define GPIO_UART5_RX    GPIO_UART5_RX_1       /* PB12 */
#define GPIO_UART5_TX    GPIO_UART5_TX_1       /* PB13 */#define GPIO_USART6_RX   GPIO_USART6_RX_1      /* PC7  */
#define GPIO_USART6_TX   GPIO_USART6_TX_1      /* PC6  */#define GPIO_UART7_RX    GPIO_UART7_RX_3       /* PE7  */
#define GPIO_UART7_TX    GPIO_UART7_TX_3       /* PE8  */

同时，在 default.px4board 文件中我将这些串口对应的 ttyS 设备编号配置如下：

CONFIG_BOARD_SERIAL_GPS1="/dev/ttyS0"
CONFIG_BOARD_SERIAL_GPS2="/dev/ttyS1"
CONFIG_BOARD_SERIAL_TEL1="/dev/ttyS2"
CONFIG_BOARD_SERIAL_TEL2="/dev/ttyS3"
CONFIG_BOARD_SERIAL_RC="/dev/ttyS4"
CONFIG_BOARD_SERIAL_TEL3="/dev/ttyS5"
CONFIG_BOARD_SERIAL_TEL4="/dev/ttyS6"

按照我的理解，ttyS0 应该对应 USART1，ttyS1 对应 USART2，ttyS2 对应 USART3，以此类推。

然而，当我禁用了 USART1 和 USART2 后，修改了 nuttx-config/include/board.h 文件将相关代码注释掉，具体配置如下：

/********** 串口 GPIO 设置 **********/// #define GPIO_USART1_RX   GPIO_USART1_RX_2      /* PA10 */
// #define GPIO_USART1_TX   GPIO_USART1_TX_2      /* PA9  */// #define GPIO_USART2_RX   GPIO_USART2_RX_1      /* PA3  */
// #define GPIO_USART2_TX   GPIO_USART2_TX_1      /* PA2  */#define GPIO_USART3_RX   GPIO_USART3_RX_3      /* PD9  */
#define GPIO_USART3_TX   GPIO_USART3_TX_3      /* PD8  */#define GPIO_UART4_RX    GPIO_UART4_RX_5       /* PD0  */
#define GPIO_UART4_TX    GPIO_UART4_TX_5       /* PD1  */#define GPIO_UART5_RX    GPIO_UART5_RX_1       /* PB12 */
#define GPIO_UART5_TX    GPIO_UART5_TX_1       /* PB13 */#define GPIO_USART6_RX   GPIO_USART6_RX_1      /* PC7  */
#define GPIO_USART6_TX   GPIO_USART6_TX_1      /* PC6  */#define GPIO_UART7_RX    GPIO_UART7_RX_3       /* PE7  */
#define GPIO_UART7_TX    GPIO_UART7_TX_3       /* PE8  */

同时，在 default.px4board 文件中我将这些串口对应的 ttyS 设备编号改为如下配置：

CONFIG_BOARD_SERIAL_TEL1="/dev/ttyS2"
CONFIG_BOARD_SERIAL_TEL2="/dev/ttyS3"
CONFIG_BOARD_SERIAL_RC="/dev/ttyS4"
CONFIG_BOARD_SERIAL_TEL3="/dev/ttyS5"
CONFIG_BOARD_SERIAL_TEL4="/dev/ttyS6"

发现 ttyS2 实际上对应的是 USART5，ttyS1 实际上对应的是 USART4，ttyS0 实际上对应的是 USART3，这与预期不符。

这使我怀疑 ttyS 的序号命名是否只针对启用的串口进行排序。

原因分析

经过深入分析，我发现 NuttX 在分配 ttyS 设备编号时，确实是按照启用的串口顺序进行动态编号的，而不是根据 USART/UART 的硬件编号固定对应。这意味着，当禁用某些串口（如 USART1 和 USART2）后，系统在初始化时会忽略被禁用的串口，导致后续的串口编号前移。例如，禁用 USART1 和 USART2 后，原本的 USART3 会被分配为 ttyS0，USART4 对应 ttyS1，以此类推。

这种动态分配机制虽然在某些情况下简化了配置，但在需要固定串口编号的场景下，会带来一定的困扰和潜在问题，特别是当系统配置发生变化时，设备编号的不稳定性可能导致软件层面的混乱。

结论

在 NuttX 下配置 PX4 的串口时，ttyS 设备编号的动态分配机制可能导致设备编号与硬件 USART/UART 编号的不一致，特别是在禁用某些串口后。为了确保系统的稳定性和配置的一致性，建议一定做核实好对应关系，明确每个串口对应的 ttyS 设备编号。