第 13.1 節

UART串口通信

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Linux 串口通信

串口通信是機器人和嵌入式項目中最常見的底層通信方式之一。

在實際項目中，上位機經常需要通過串口和 STM32、ESP32、Arduino、傳感器模塊、調試板等設備進行數據交互。例如：

串口通信的特點是簡單、通用、成本低，特別適合上位機和單片機之間的點對點通信。

串口通信通常指 UART 通信。在 Linux 上，常見的 USB 轉串口設備會被識別爲類似下面的設備文件：

/dev/ttyUSB0
/dev/ttyUSB1
/dev/ttyACM0

程序只需要打開對應的設備文件，並設置好波特率、數據位、停止位、校驗位等參數，就可以進行數據收發。

常見參數包括：

在機器人項目中，串口通常不會只發送普通字符串，而是會設計自己的二進制通信協議，例如幀頭、長度、命令字、數據區、CRC 校驗等。

Linux 下使用串口通信有多種方案，常見的包括：

這些庫本質上都是爲了完成串口的打開、配置、讀取和寫入，只是封裝層次不同。

本教程建議優先選擇：

boost::asio

原因是：

推薦的工程結構是：

上层项目：ROS 2 / OpenCV / Qt / 普通 C++ 程序
        ↓
自己封装的 SerialDriver 类
        ↓
boost::asio
        ↓
/dev/ttyUSB0
        ↓
STM32 / ESP32 / 传感器

學習 Linux 串口通信，並不代表不用 ROS 2。

在 ROS 2 項目中，可以將串口通信封裝成一個普通 C++ 類，然後在 ROS 2 節點或 ros2_control hardware_interface 中調用它。

例如：

ros2_control controller
        ↓
hardware_interface
        ↓
自己封装的 SerialDriver
        ↓
boost::asio
        ↓
STM32

這樣做的好處是，串口通信代碼不會和 ROS 2 強綁定。以後即使寫 OpenCV 項目、Qt 上位機或者普通 C++ 調試程序，也可以繼續複用同一套串口 driver。

學習完本章後，應該能夠掌握：