Beispiel für eine PiGPIO-Bibliothek zum Bit-Banging eines UART

In der PiGPIO-Bibliothek http://abyz.me.uk/rpi/pigpio/index.html wird erwähnt, dass eine ihrer Funktionen "serielle Software-Links mit jedem Benutzer-GPIO" ist.

Ich verstehe dies so, dass Sie damit einen Software-UART auf zwei beliebigen freien GPIO-Pins generieren können.

Auf der Beispielseite für Projekte gibt es keine Beispiele für diese Funktion, und ich habe keine bei Google gefunden.

Hat jemand das getan? Wenn ja, verweisen Sie mich bitte auf das Beispiel.

Wenn nicht, gibt es alternative Bibliotheken zum Bit-Bangen eines UART?

Vielen Dank,

Hier ist Python, mit dem ich die Zuverlässigkeit von Software-Serien getestet habe. Die Eingabeseite ist ziemlich trivial. Sie führen in Python oder C nur die entsprechenden seriellen offenen Bit-Bang-Aufrufe durch. Die Ausgabeseite ist komplizierter, da Sie Wellenformen zum Erstellen des Bitstroms verwenden müssen.

Der Code hier verwendet 7-Bit-Daten anstelle von 8-Bit-Daten. Der Test wurde ungefähr zur gleichen Zeit geschrieben, als ich Unterstützung für verschiedene Bits pro Byte hinzufügte.

Der Code schreibt Blöcke von Binärdaten in ein GPIO, das an einen Laptop angeschlossen ist (über einen seriellen Dongle). Der Laptop gibt die eingehenden seriellen Daten an die serielle Ausgangsleitung weiter. Der Pi liest die seriellen Daten auf einem anderen GPIO.

Der Code prüft auf Diskrepanzen zwischen den gesendeten und den empfangenen Daten. Es wird davon ausgegangen, dass der Laptop fehlerfrei ist, sodass angenommen wird, dass alle Fehler im Bit-Banging liegen.

Bei Betrachtung der Protokolle war alles, was weniger als 19,2 KBit / s betrug, solide. Alles bis zu 115,2 kbps war vernünftig (würde aber eine Prüfsumme erfordern) und 230,4 kbps ergaben eine Fehlerrate von 13% Byte.

#!/usr/bin/env python

# bb_serial.py
# 2014-12-23
# Public Domain

# bit bang transmit and receive of serial data
#
# tested by connecting the arbitrary RX/TX gpios to a USB
# serial dongle plugged in to a Linux box.
#
# on the Linux box set the baud and data bits (cs5-cs8)
#
# stty -F /dev/ttyUSB0 19200 cs8
# cat </dev/ttyUSB0 >/dev/ttyUSB0
#
# so the Linux box echoes back data received from the Pi.
#
# laptop timings deviations
#
# baud  exp us   act us
#   50   20000    13310 * 75
#   75   13333    13310
#  110    9091    13310 * 75
#  134    7462     6792 * 150
#  150    6667     6792
#  200    5000     6792 * 150
#  300    3333     3362
#

import sys
import time
import difflib

import pigpio

RX=19
TX=26

MSGLEN=256

if len(sys.argv) > 1:
   baud = int(sys.argv[1])
else:
   baud = 115200

if len(sys.argv) > 2:
   bits = int(sys.argv[2])
else:
   bits = 8

if len(sys.argv) > 3:
   runtime = int(sys.argv[3])
else:
   runtime = 300

ten_char_time = 100.0 / float(baud)

if ten_char_time < 0.1:
   ten_char_time = 0.1

MASK=(1<<bits)-1

# initialise test data

msg = [0] * (MSGLEN+256)

for i in range(len(msg)):
   msg[i] = i & MASK

first = 0

pi = pigpio.pi()

pi.set_mode(TX, pigpio.OUTPUT)

# fatal exceptions off (so that closing an unopened gpio doesn't error)

pigpio.exceptions = False

pi.bb_serial_read_close(RX)

# fatal exceptions on

pigpio.exceptions = True

# create a waveform representing the serial data

pi.wave_clear()

TEXT=msg[first:first+MSGLEN]
pi.wave_add_serial(TX, baud, TEXT)
wid=pi.wave_create()

# open a gpio to bit bang read the echoed data

pi.bb_serial_read_open(RX, baud, bits)

# zero error counts

bad_char = 0
total_char = 0

# run for fixed time

start=time.time()

while (time.time()-start) < runtime:

   pi.wave_send_once(wid)   # transmit serial data
   pi.wave_delete(wid)

   TXTEXT = TEXT

   first += 1
   if first >= MSGLEN:
      first = 0

   TEXT=msg[first:first+MSGLEN]
   pi.wave_add_serial(TX, baud, TEXT,bb_bits=7)

   while pi.wave_tx_busy(): # wait until all data sent
      pass

   wid=pi.wave_create()

   count = 1
   text=""
   lt = 0
   total_char += MSGLEN

   while count: # read echoed serial data
      (count, data) = pi.bb_serial_read(RX)
      if count:
         text += data
         lt += count
      time.sleep(ten_char_time) # enough time to ensure more data

   if text != TXTEXT: # Do sent and received match?
      if lt == MSGLEN: # No, is message correct length?
         for i in range(MSGLEN): # If so compare byte by byte.
            if text[i] != TXTEXT[i]:
               # print("{:2X} {:2X}".format(text[i], TXTEXT[i]))
               bad_char += 1
      else: # Wrong message length, find matching blocks.
         ok = 0
         s=difflib.SequenceMatcher(None, TXTEXT, text)
         for frag in  s.get_matching_blocks():
            ok += frag[2] # More matching bytes found.
            # print(frag)
         # print(text, MSGLEN, ok)
         if ok < MSGLEN: # Sanity check.
            bad_char += (MSGLEN - ok)
         else:
            print("*** ERRONEOUS good={} LEN={} ***".format(ok, MSGLEN))

print("secs={} baud={} bits={} bad={:.3f}%".
   format(runtime, baud, bits, float(bad_char)*100.0/float(total_char)))

print("total={} badchar={}".format(total_char, bad_char))

# free resources

pi.wave_delete(wid)

pi.bb_serial_read_close(RX)

pi.stop()

Protokolle

harry /ram $ for ((i=0;i<4;i++)); do /code/bb_serial.py 230400; done
secs=300 baud=230400 bad=12.610%
total=249344 badchar=31443
secs=300 baud=230400 bad=12.580%
total=247296 badchar=31111
secs=300 baud=230400 bad=12.669%
total=246528 badchar=31232
secs=300 baud=230400 bad=12.274%
total=249600 badchar=30635
harry /ram $ for ((i=0;i<4;i++)); do /code/bb_serial.py 115200; done
secs=300 baud=115200 bad=0.378%
total=246784 badchar=934
secs=300 baud=115200 bad=0.152%
total=241408 badchar=368
secs=300 baud=115200 bad=0.189%
total=249088 badchar=472
secs=300 baud=115200 bad=0.347%
total=242688 badchar=843
harry /ram $ for ((i=0;i<4;i++)); do /code/bb_serial.py 57600; done
secs=300 baud=57600 bad=0.080%
total=220416 badchar=177
secs=300 baud=57600 bad=0.066%
total=219392 badchar=145
secs=300 baud=57600 bad=0.099%
total=219904 badchar=218
secs=300 baud=57600 bad=0.084%
total=219136 badchar=184
harry /ram $ for ((i=0;i<4;i++)); do /code/bb_serial.py 38400; done
secs=300 baud=38400 bad=0.019%
total=206336 badchar=39
secs=300 baud=38400 bad=0.021%
total=206848 badchar=43
secs=300 baud=38400 bad=0.015%
total=206592 badchar=30
secs=300 baud=38400 bad=0.030%
total=206592 badchar=61
harry /ram $ for ((i=0;i<4;i++)); do /code/bb_serial.py 19200; done
secs=300 baud=19200 bad=0.000%
total=175104 badchar=0
secs=300 baud=19200 bad=0.000%
total=175360 badchar=0
secs=300 baud=19200 bad=0.000%
total=175360 badchar=0
secs=300 baud=19200 bad=0.000%
total=174336 badchar=0
harry /ram $ for ((i=0;i<4;i++)); do /code/bb_serial.py 75; done
secs=300 baud=75 bad=0.000%
total=2048 badchar=0
secs=300 baud=75 bad=0.000%
total=2048 badchar=0
secs=300 baud=75 bad=0.000%
total=2048 badchar=0
secs=300 baud=75 bad=0.000%
total=2048 badchar=0
harry /ram $ for ((i=0;i<4;i++)); do /code/bb_serial.py 19200; done
secs=300 baud=19200 bad=0.000%
total=174592 badchar=0
secs=300 baud=19200 bad=0.000%
total=174592 badchar=0
secs=300 baud=19200 bad=0.000%
total=174848 badchar=0
secs=300 baud=19200 bad=0.000%
total=174848 badchar=0
harry /ram $ for ((i=0;i<4;i++)); do /code/bb_serial.py 19200; done
secs=300 baud=19200 bad=0.000%
total=174848 badchar=0
secs=300 baud=19200 bad=0.000%
total=175360 badchar=0
secs=300 baud=19200 bad=0.000%
total=174592 badchar=0
secs=300 baud=19200 bad=0.000%
total=174848 badchar=0
harry /ram $ for ((i=0;i<4;i++)); do /code/bb_serial.py 19200; done
secs=300 baud=19200 bad=0.000%
total=174592 badchar=0
secs=300 baud=19200 bad=0.000%
total=175104 badchar=0
secs=300 baud=19200 bad=0.000%
total=175104 badchar=0
secs=300 baud=19200 bad=0.000%
total=175360 badchar=0
harry /ram $ for ((i=0;i<4;i++)); do /code/bb_serial.py 19200; done
secs=300 baud=19200 bad=0.000%
total=175104 badchar=0
secs=300 baud=19200 bad=0.000%
total=174592 badchar=0
secs=300 baud=19200 bad=0.000%
total=174848 badchar=0
secs=300 baud=19200 bad=0.000%
total=175104 badchar=0
harry /ram $ for ((i=0;i<4;i++)); do /code/bb_serial.py 19200; done
secs=300 baud=19200 bad=0.000%
total=174848 badchar=0
secs=300 baud=19200 bad=0.000%
total=174848 badchar=0
secs=300 baud=19200 bad=0.000%
total=174848 badchar=0
secs=300 baud=19200 bad=0.000%
total=175104 badchar=0

Wenn Sie Tx direkt mit Rx verbinden, um zu testen, ohne dass Fehler wie Dongles auftreten, wird angezeigt, wie gut die Bibliothek wirklich funktioniert.

Verwenden Sie GPIO 23 als Tx und GPIO 24 als Rx oder ein anderes kostenloses GPIO auf Raspberry Pi 3b +. Dies sieht in der gleichen Reihenfolge wie der integrierte UART gut aus und befindet sich praktisch daneben, nur 3 Pins rechts, mit einem GND-Pin rechts von Rx.

Ergebnisse:

Until 19200bps no errors.
- 38400 and 57600 bps less 1% error sometimes
- 115200bps was 10-20% error or so
- 230400bps over 80% error or so

Wenn Sie mit 19200 oder weniger leben können, ohne Prüfsummen-Hashes oder SPI / I2C-zu-UART-Konverter verwenden zu müssen, sollte dies in Ordnung sein.