Comunicación con UART

UART son las siglas de Universal Asynchronous Receiver Transmiter. Se trata de la interfaz de comunicación serie dominante en los microcontroladores de gama baja y en los ordenandores antiguos. Antes de USB la UART era el mecanismo para conectar el teclado, el ratón o incluso el modem de comunicaciones. Antes aún era la interfaz empleada por los terminales o consolas para interactuar con un ordenador. El programa Terminal que ejecutas en tu Raspberry Pi no es sino una emulación de estos terminales antiguos.

Hoy en día es casi imposible encontrar una de estas interfaces serie en un ordenador, y prácticamente ha sido reemplazada por USB. Afortunadamente tenemos cables USB especiales que incorporan un adaptador UART-USB. En el kit del alumno de este taller tienes uno. Este adaptador te permite comunicar la UART de la Raspberry Pi con un puerto USB cualquiera, ya sea de un ordenador o de otra Raspberry Pi. Esto permite utilizar la Raspberry Pi sin necesidad de disponer de un monitor y sin necesidad de tener conexión de red ni teclado USB. Por ejemplo, desde otra Raspberry Pi o desde un portátil.

El puerto serie ocupa los pines GPIO14 (TxD) y GPIO15 (RxD). Por defecto Raspbian utiliza estos pines para una consola serie. El SoC de Broadcom soporta dos UARTs pero ambas se configuran en los mismos pines de la cabecera J8. UART0 es un periférico estandar de ARM (PL011) e implementa todas las capacidades esperables en una UART de alto rendimiento. UART1 implementa una versión simplificada que se denomina mini-UART por el fabricante. Está pensada para ser usada con dispositivos de baja tasa de transferencia, como la consola.

En todos los modelos de Raspberry Pi salvo en el Compute Module solo disponemos de los pines GPIO14 y GPIO15 para ambas UART. Por este motivo Raspbian utiliza UART0 para la consola y no se suele emplear UART1.

Pero claro, eso significa que la UART está ocupada en la consola. Es necesario quitar la consola para poder emplear la UART en otros fines. Para desactivar la consola hay que editar el archivo /boot/cmdline.txt como superusuario, eliminar el fragmento que dice console=serial0,115200, y reiniciar la Raspberry Pi.

Para poder utilizar los pines GPIO14 y GPIO15 como pines de entrada/salida digital utiliza la herramienta de configuración y en la pestaña Interfaces desactiva la opción Serial.

Pero volvamos a su uso como consola, que es muy útil cuando quieras poner tu Raspberry Pi en un robot u otro tipo de equipos donde enchufar un monitor es impensable. Es posible conectar un cable USB a estos pines para conectarse a la Raspberry Pi sin necesidad de ningún tipo de configuración de red. En el kit del alumno habrás recibido un cable USB en un extremo y con cuatro conectores Dupont hembra en el otro. Puedes conectarlo de la siquiente manera:

• El cable rojo es la alimentación del USB (5V). La Raspberry Pi ya tiene su propia alimentación, así que este cable no debes conectarlo.
• El cable negro es la masa, conéctalo al pin J8-6.
• El cable blanco es el de transmisión de datos desde la UART al puerto USB. Conéctalo al pin J8-8 (GPIO14).
• El cable verde es el de recepción de datos desde el puerto USB hacia la UART. Conéctalo al pin J8-10 (GPIO15).

Con esto debería ser suficiente para tener la consola funcionando en cualquier modelo de Raspberry Pi anterior a la 3B. El problema es que en la Raspberry Pi 3 la UART se utiliza para la interfaz Bluetooth y la consola se configura con la mini-UART. Esto tiene importantes consecuencias que no están del todo resueltas aún. Como usuario no vas a enfrentarte en absoluto a los problemas que plantea, pero ten presente que para que la mini-UART funcione correctamente hay que fijar la frecuencia del core a 250 MHz, no es posible modular la frecuencia para ahorrar consumo.

Probar la consola es muy sencillo, utilizando la propia Raspberry Pi. Conecta también el extremo USB del cable a un puerto USB libre y ejecuta:

pi@raspberrypi:~ $ miniterm.py /dev/ttyUSB0 115200
Raspbian GNU/Linux 8 raspberrypi ttyS0

raspberrypi login:

Entra como usuario pi y contraseña raspberry. Como ves dispones de una consola completamente funcional en la UART. Puedes conectarte a ella con cualquier portátil y usar la Raspberry Pi sin necesidad de un monitor y un teclado. Para equipos móviles es una gran ventaja. Para salir de miniterm.py presiona la tecla Ctrl, AltGr y ].

Queda fuera de los objetivos del taller explicar cómo usar la consola desde un portátil con Windows. Si dispones de un GNU/Linux en tu portátil el sistema es el mismo que hemos explicado. Instala la herramienta screen y úsala igual que hemos usado miniterm.py. En ese caso se sale con Ctrl-A seguido de \.