RK3588串口RS485自动收发控制：内核驱动层改造实战

【前言】

在工业通信场景中，RS485因其远距离传输、抗干扰能力强、支持多节点组网等特性，成为工控领域的首选通信方式。然而，与RS232的全双工通信不同，RS485采用半双工模式——同一时刻只能发送或接收。这就要求我们必须精确控制收发状态切换：

发送数据前：将控制脚置为高电平，使能发送器

数据发送完成后：将控制脚置为低电平，切换为接收模式

瑞芯微RK系列芯片（以眺望电子RK3588核心板为例）的UART控制器并未内置RS485自动控制功能，本文介绍一种内核级驱动改造方案，通过GPIO实现可靠的收发控制。

一、硬件连接原理

RS485收发器通常有以下引脚：

引脚	功能	控制方式
RO	接收输出	连接UART RX
DI	发送输入	连接UART TX
RE	接收使能	低电平有效
DE	发送使能	高电平有效
A/B	差分信号线	总线接口

如下图所示，将RE和DE引脚短接，通过单个GPIO统一控制，实现收发模式切换：

GPIO输出高电平 → DE=1, RE=1 → 发送模式

GPIO输出低电平 → DE=0, RE=0 → 接收模式

瑞芯微的内核源码没有⾃带的配置接⼝，需要我们修改如下驱动代码。

 

二、设备树配置

 

在设备树中为UART节点添加 rts_gpio 属性：

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--- a/arch/arm64/boot/dts/rockchip/talowe-rk3588-common.dtsi+++ b/arch/arm64/boot/dts/rockchip/talowe-rk3588-common.dtsi@@ -1057,13 +1057,14 @@ &uart6 {&uart9 {pinctrl-names = "default";pinctrl-0 = <&uart9m2_xfer>;- // rts-gpio = <&gpio3 RK_PC4 GPIO_ACTIVE_HIGH>;+ rts_gpio = <&gpio3 RK_PC4 GPIO_ACTIVE_LOW>;status = "okay";};&uart0 {pinctrl-names = "default";pinctrl-0 = <&uart0m2_xfer>;+ rts_gpio = <&gpio3 RK_PC5 GPIO_ACTIVE_LOW>;status = "okay";};

 

重要提示：属性名必须是 rts_gpio（单数形式），不能写成 rts-gpios（复数形式）。若使用复数形式，串口驱动会触发 mctrl_gpio 机制，导致本文方案失效。

 

 三、驱动层改造详解

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diff --git a/drivers/tty/serial/8250/8250_core.c b/drivers/tty/serial/8250/8250_core.cindex 2f7553cea..3cb98ae0d 100644--- a/drivers/tty/serial/8250/8250_core.c+++ b/drivers/tty/serial/8250/8250_core.c@@ -1024,6 +1024,8 @@ int serial8250_register_8250_port(const struct uart_8250_port *up)#ifdef CONFIG_ARCH_ROCKCHIPuart->port.line = up->port.line;#endif+ if (up->rts_gpios > 0)+ uart->rts_gpios = up->rts_gpios;/* Take tx_loadsz from fifosize if it wasn't set separately */if (uart->port.fifosize && !uart->tx_loadsz)uart->tx_loadsz = uart->port.fifosize;diff --git a/drivers/tty/serial/8250/8250_dw.c b/drivers/tty/serial/8250/8250_dw.cindex 816c0122c..d37909cd3 100644--- a/drivers/tty/serial/8250/8250_dw.c+++ b/drivers/tty/serial/8250/8250_dw.c@@ -35,7 +35,8 @@#else#include "8250_dwlib.h"#endif-+#include +#include /* Offsets for the DesignWare specific registers */#define DW_UART_USR 0x1f /* UART Status Register */#define DW_UART_DMASA 0xa8 /* DMA Software Ack */@@ -573,7 +574,7 @@ static int dw8250_probe(struct platform_device *pdev)int irq;int err;u32 val;+ int rts_gpios;regs = platform_get_resource(pdev, IORESOURCE_MEM, 0);if (!regs)return dev_err_probe(dev, -EINVAL, "no registers defined\n");@@ -610,7 +611,16 @@ static int dw8250_probe(struct platform_device *pdev)#ifdef CONFIG_ARCH_ROCKCHIPdata->irq = irq;#endif-+ rts_gpios = of_get_named_gpio(dev->of_node,"rts_gpio", 0)；+ up->rts_gpios = rts_gpios;+ if (up->rts_gpios > 0)+ {+ printk("rts_gpios=%d\n", up->rts_gpios);+ gpio_direction_output(up->rts_gpios, 0);+ gpio_set_value(up->rts_gpios, 0);+ }++data->uart_16550_compatible = device_property_read_bool(dev,"snps,uart-16550-compatible");diff --git a/drivers/tty/serial/8250/8250_port.c b/drivers/tty/serial/8250/8250_port.cindex b7a3634c6..e7c49272a 100644--- a/drivers/tty/serial/8250/8250_port.c+++ b/drivers/tty/serial/8250/8250_port.c@@ -38,6 +38,8 @@#include "8250.h"+#include /* Nuvoton NPCM timeout register */#define UART_NPCM_TOR 7#define UART_NPCM_TOIE BIT(7) /* Timeout Interrupt Enable */@@ -1825,7 +1827,7 @@ void serial8250_tx_chars(struct uart_8250_port *up)struct uart_port *port = &up->port;struct circ_buf *xmit = &port->state->xmit;int count;-+ int lsr,cnt;if (port->x_char) {uart_xchar_out(port, UART_TX);return;@@ -1838,7 +1840,11 @@ void serial8250_tx_chars(struct uart_8250_port *up)__stop_tx(up);return;}+ if (up->rts_gpios > 0 )+ {+ gpio_set_value(up->rts_gpios, 1);+ }count = up->tx_loadsz;do {serial_out(up, UART_TX, xmit->buf[xmit->tail]);@@ -1878,7 +1884,19 @@ void serial8250_tx_chars(struct uart_8250_port *up)if (uart_circ_empty(xmit) && !(up->capabilities & UART_CAP_RPM))+ {__stop_tx(up);+ if (up->rts_gpios > 0 )+ {+ for (cnt = 0; cnt < 200; cnt++)+ {+ mdelay(3);+ lsr = serial_in(up, UART_LSR);+ if(UART_LSR_TEMT == (lsr & UART_LSR_TEMT))+ {+ break;+ }+ }+ gpio_set_value(up->rts_gpios, 0);+ }+ }}EXPORT_SYMBOL_GPL(serial8250_tx_chars);diff --git a/include/linux/serial_8250.h b/include/linux/serial_8250.hindex 46d76b035..e088fe6ba 100644--- a/include/linux/serial_8250.h+++ b/include/linux/serial_8250.h@@ -141,6 +141,7 @@ struct uart_8250_port {/* Serial port overrun backoff */struct delayed_work overrun_backoff;u32 overrun_backoff_time_ms;+ int rts_gpios;};static inline struct uart_8250_port *up_to_u8250p(struct uart_port *up)diff --git a/include/uapi/linux/serial.h b/include/uapi/linux/serial.hindex cea06924b..9f3435e98 100644--- a/include/uapi/linux/serial.h+++ b/include/uapi/linux/serial.h@@ -134,7 +134,7 @@ struct serial_rs485 {__u32 delay_rts_before_send; /* Delay before send (milliseconds) */__u32 delay_rts_after_send; /* Delay after send (milliseconds) */-+/* The fields below are defined by flags */union {__u32 padding[5]; /* Memory is cheap, new structs are a pain */

 3.1  核心数据结构扩展

修改 include/linux/serial_8250.h，在 uart_8250_port 结构体中新增GPIO字段：

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struct uart_8250_port {// ... 原有字段/* Serial port overrun backoff */struct delayed_work overrun_backoff;u32 overrun_backoff_time_ms;int rts_gpios;  /* 新增：RS485方向控制GPIO */};

 

 3.2  平台驱动初始化

修改 drivers/tty/serial/8250/8250_dw.c，在probe函数中解析设备树GPIO：

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#include #include static int dw8250_probe(struct platform_device *pdev){// ... 原有代码int rts_gpios;// 从设备树获取GPIOrts_gpios = of_get_named_gpio(dev->of_node, "rts_gpio", 0);up->rts_gpios = rts_gpios;if (up->rts_gpios > 0) {printk("rts_gpios=%d\n", up->rts_gpios);gpio_direction_output(up->rts_gpios, 0);gpio_set_value(up->rts_gpios, 0);  // 默认接收模式}// ... 后续代码}

 

 3.3  注册时传递GPIO信息

修改 drivers/tty/serial/8250/8250_core.c：

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int serial8250_register_8250_port(const struct uart_8250_port *up){// ... 原有代码#ifdef CONFIG_ARCH_ROCKCHIPuart->port.line = up->port.line;#endif// 传递GPIO信息到新实例if (up->rts_gpios > 0)uart->rts_gpios = up->rts_gpios;// ... 后续代码}

 

 3.4  发送时序控制（核心逻辑）

修改 drivers/tty/serial/8250/8250_port.c 中的 serial8250_tx_chars 函数：

 

#include void serial8250_tx_chars(struct uart_8250_port *up){struct uart_port *port = &up->port;struct circ_buf *xmit = &port->state->xmit;int count;int lsr, cnt;// ... 原有检查代码/* ===== 发送前：置高GPIO，进入发送模式 ===== */if (up->rts_gpios > 0) {gpio_set_value(up->rts_gpios, 1);}count = up->tx_loadsz;do {serial_out(up, UART_TX, xmit->buf[xmit->tail]);xmit->tail = (xmit->tail + 1) & (UART_XMIT_SIZE - 1);port->icount.tx++;if (uart_circ_empty(xmit))break;} while (--count > 0);// ... 原有发送逻辑/* ===== 发送完成后：等待FIFO清空，再置低GPIO ===== */if (uart_circ_empty(xmit) && !(up->capabilities & UART_CAP_RPM)) {__stop_tx(up);if (up->rts_gpios > 0) {// 轮询等待发送完成（最多600ms）for (cnt = 0; cnt < 200; cnt++) {mdelay(3);lsr = serial_in(up, UART_LSR);if (UART_LSR_TEMT == (lsr & UART_LSR_TEMT))break;}gpio_set_value(up->rts_gpios, 0);  // 切换回接收模式}}}

 

 四、关键设计要点

 

 4.1  为什么要在8250_core.c中传递GPIO？

因为 rts_gpios 定义在 struct uart_8250_port 结构体中，而发送函数 serial8250_tx_chars 操作的是该结构体的实例。如果不通过 serial8250_register_8250_port 函数传递，在 8250_port.c 中引用的 up->rts_gpios 将为0，导致GPIO控制失效。

 

 4.2  发送完成检测策略

方案采用轮询UART_LSR寄存器的方式检测发送完成：

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// UART_LSR_TEMT位为1表示发送FIFO和移位寄存器均为空if (UART_LSR_TEMT == (lsr & UART_LSR_TEMT))break;

每次轮询间隔3ms

最大轮询200次（总计600ms超时）

适用于最高波特率115200bps下的典型帧传输

 

 

 4.3  多串口支持

本方案支持对多个UART同时进行RS485改造，只需在设备树中为各串口配置不同的GPIO即可。每个串口的GPIO状态独立维护，互不干扰。

 

 

 4.4  注意事项

设备树属性名：使用 rts_gpio（单数），勿用 rts-gpios（复数）

GPIO有效电平：根据RS485收发器规格选择 GPIO_ACTIVE_LOW 或 GPIO_ACTIVE_HIGH

超时设置：若波特率较低或数据量较大，需适当延长轮询超时时间

 

五、总结

 

本文介绍的驱动层改造方案，通过设备树配置+内核驱动修改，实现了RK3588 RS485的自动控制。相比用户空间轮询方案，具有以下优势：

时序精确：在数据发送的最开始置高GPIO，在所有数据彻底发送完成后置低，无用户态切换延迟

应用透明：应用层无需任何修改，直接按普通串口使用

资源节省：无需外置RS485协议芯片，降低BOM成本

内核标准：基于8250串口驱动框架，兼容性好，易于维护

 

相关代码补丁可在眺望电子提供的SDK上应用，适用于眺望电子RK3568、RK3588、RK3576等RK全系列芯片平台。

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