試排查指南)
把開發(fā)板接到Ubuntu主機(jī)上插上USB線打開串口調(diào)試助手結(jié)果發(fā)現(xiàn)/dev下面壓根沒有ttyUSB0連個(gè)影子都找不到。剛接觸嵌入式Linux的朋友十有八九會(huì)在這個(gè)環(huán)節(jié)卡住我自己也在這上面折騰過不少時(shí)間。這個(gè)問題的根源通常不是板子壞了而是USB轉(zhuǎn)串口芯片的驅(qū)動(dòng)、內(nèi)核枚舉或者權(quán)限配置出了岔子。這篇就是針對(duì)“開發(fā)板串口連上Ubuntu后找不到設(shè)備文件”這件事把排查思路和解決方案從頭到尾捋一遍適合正在用STM32、全志T113、i.MX6ULL這類開發(fā)板做開發(fā)卻卡在串口識(shí)別這一步的讀者。1. 先搞清楚“設(shè)備文件”到底是怎么來的1.1 一根USB線背后的角色分工很多新手容易把“開發(fā)板和電腦用USB線連起來”理解成插上就能通實(shí)際上這里面有一個(gè)容易被忽略的中間環(huán)節(jié)。絕大多數(shù)開發(fā)板上自帶的串口物理電平是TTL電平通常是3.3V或5V而電腦主板的USB口是USB差分信號(hào)兩者根本不能直接對(duì)話。所以板子上通常會(huì)有一顆USB轉(zhuǎn)串口芯片常見的型號(hào)包括CH340、CH341、CP2102、CP210x系列、FT232等也有不少新板子用CH9102這類高速型號(hào)。這顆芯片的作用就是把板子的UART TX/RX信號(hào)轉(zhuǎn)換成USB協(xié)議再通過USB線送到電腦。換句話說電腦識(shí)別到的不是“開發(fā)板”而是這顆USB轉(zhuǎn)串口芯片。系統(tǒng)在枚舉USB設(shè)備時(shí)會(huì)根據(jù)芯片的VID廠商ID和PID產(chǎn)品ID去匹配對(duì)應(yīng)的驅(qū)動(dòng)程序匹配成功后再注冊(cè)一個(gè)字符設(shè)備節(jié)點(diǎn)也就是我們常說的/dev/ttyUSB0或者/dev/ttyACM0。如果這一步某個(gè)環(huán)節(jié)沒接通那你在/dev下自然看不到設(shè)備文件。1.2 為什么偏偏是ttyUSB0和ttyACM0這里順便把設(shè)備名的命名規(guī)則說清楚因?yàn)楹芏嗳四玫皆O(shè)備后第一反應(yīng)是找ttyS0那是錯(cuò)的。ttyS是主板原生串口也就是物理COM口對(duì)應(yīng)的設(shè)備節(jié)點(diǎn)和USB轉(zhuǎn)出來的串口是兩套體系。USB轉(zhuǎn)串口芯片在Linux內(nèi)核里走的通常是USB子系統(tǒng)注冊(cè)出來的設(shè)備名是ttyUSB比如ttyUSB0、ttyUSB1對(duì)應(yīng)的驅(qū)動(dòng)框架是usb-serial。而ttyACM*則是另一種情況它走的是內(nèi)核里的USB ACMAbstract Control Model驅(qū)動(dòng)。這個(gè)驅(qū)動(dòng)最開始主要是為USB Modem設(shè)計(jì)的但很多單片機(jī)開發(fā)板用USB直接虛擬串口時(shí)比如STM32的USB CDC類也會(huì)被識(shí)別成ttyACM0。所以判斷設(shè)備屬于哪一類直接看設(shè)備名就能猜個(gè)大概ttyUSB開頭基本都是外置USB轉(zhuǎn)串口芯片ttyACM開頭往往是芯片內(nèi)置USB控制器虛擬出來的串口。這兩種設(shè)備在權(quán)限配置和驅(qū)動(dòng)處理上略有差別后面會(huì)具體說。2. 三步定位到底是哪一層斷了2.1 第一步看USB總線上的枚舉結(jié)果設(shè)備文件沒出現(xiàn)先別急著裝驅(qū)動(dòng)第一步應(yīng)該先確認(rèn)USB總線層面有沒有認(rèn)出這顆芯片。把板子通過USB線接到電腦后在終端執(zhí)行l(wèi)susb這個(gè)命令會(huì)列出當(dāng)前USB總線上所有設(shè)備的VID和PID信息以及廠商名稱如果能識(shí)別的話。正常情況下的輸出大概是這個(gè)樣子$ lsusb Bus 001 Device 008: ID 1a86:7523 QinHeng Electronics CH340 serial converter看到1a86:7523這行說明USB枚舉已經(jīng)成功CH340芯片被系統(tǒng)正常識(shí)別了。1a86就是沁恒的廠商ID7523對(duì)應(yīng)CH340這個(gè)型號(hào)。如果輸出里壓根沒有新設(shè)備出現(xiàn)那就說明USB物理鏈路有問題需要去排查線材、USB口或者芯片供電。如果lsusb能看到設(shè)備但/dev下沒有ttyUSB節(jié)點(diǎn)問題基本就鎖定在驅(qū)動(dòng)匹配環(huán)節(jié)。如果lsusb連設(shè)備都看不到則要從硬件連接開始查起。很多時(shí)候是數(shù)據(jù)線的問題——有些MicroUSB線只能充電不能傳數(shù)據(jù)這種線在開發(fā)板上非常常見換根線往往就好了。2.2 第二步確認(rèn)內(nèi)核驅(qū)動(dòng)與設(shè)備名lsusb正常之后下一步用dmesg查看內(nèi)核日志。執(zhí)行$ dmesg | tail -n 30插入板子后如果驅(qū)動(dòng)加載成功日志里會(huì)出現(xiàn)類似下面的內(nèi)容usb 1-2: new full-speed USB device number 8 using xhci_hcd usb 1-2: New USB device found, idVendor1a86, idProduct7523, ... usb 1-2: New USB device strings: Mfr1, Product2, SerialNumber3 usbcore: registered new interface driver ch341 usbserial: USB Serial support registered for ch341-uart ch341-uart now attached to ttyUSB0倒數(shù)第二行的ch341就是內(nèi)核為這顆芯片加載的驅(qū)動(dòng)模塊名最后一行清楚標(biāo)明了設(shè)備節(jié)點(diǎn)注冊(cè)到了ttyUSB0。如果你的日志里有類似信息那設(shè)備文件其實(shí)已經(jīng)生成了問題大概率出在權(quán)限或者你查看的時(shí)機(jī)不對(duì)。如果lsusb能看到設(shè)備但dmesg里沒有任何與usbserial、ch341、cp210x、ftdi相關(guān)的輸出說明內(nèi)核沒有加載對(duì)應(yīng)的驅(qū)動(dòng)模塊。這時(shí)候可以手動(dòng)嘗試$ sudo modprobe ch341加載完再執(zhí)行dmesg看有沒有新日志或者直接ls /dev/ttyUSB*確認(rèn)節(jié)點(diǎn)是否出現(xiàn)。不同芯片對(duì)應(yīng)模塊名不一樣這個(gè)下一節(jié)詳細(xì)列個(gè)對(duì)照表。2.3 第三步檢查串口占用與權(quán)限/dev/ttyUSB0已經(jīng)存在但串口工具打不開或者打開后一片空白這種情況多半是權(quán)限或占用問題。先看設(shè)備節(jié)點(diǎn)權(quán)限$ ls -l /dev/ttyUSB0 crw-rw---- 1 root dialout 188, 0 5月 30 10:23 /dev/ttyUSB0默認(rèn)屬主是root組是dialout普通用戶沒有讀寫權(quán)限。如果不加sudo直接打開串口就會(huì)提示Permission denied。解決辦法是把當(dāng)前用戶加進(jìn)dialout組$ sudo usermod -aG dialout $USER執(zhí)行完后需要重新登錄一次才能生效。注意這個(gè)操作在Ubuntu 20.04及之后幾乎所有版本上通用但如果你用的是其他發(fā)行版組名可能不一樣比如有些發(fā)行版用的是uucp或者lock組。Ubuntu桌面版和服務(wù)器版的默認(rèn)組策略也有些細(xì)微差異但dialout是主流選擇。另外還有一種情況就是串口被別的進(jìn)程占用了。用sudo lsof /dev/ttyUSB0或者sudo fuser /dev/ttyUSB0查一下誰在占用然后把進(jìn)程關(guān)掉再試。3. 驅(qū)動(dòng)不是萬能的但缺了它真不行3.1 主流USB轉(zhuǎn)串口芯片與內(nèi)核模塊對(duì)照市面上常見的USB轉(zhuǎn)串口芯片就那么幾種Linux內(nèi)核從4.x時(shí)代開始基本就全部內(nèi)置了對(duì)應(yīng)的驅(qū)動(dòng)模塊。我整理了一張表覆蓋了主流芯片對(duì)應(yīng)的模塊名和典型VID方便排查時(shí)對(duì)照芯片型號(hào)內(nèi)核模塊典型VID:PID備注CH340 / CH341ch3411a86:7523最常見的國產(chǎn)芯片CH9102ch3411a86:55d4高速版本CP2102 / CP210xcp210x10c4:ea60硅谷老牌方案FT232 / FT2232ftdi_sio0403:6001FTDI經(jīng)典款PL2303pl2303067b:2303老芯片內(nèi)核版本兼容性一般CH9350ch93501a86:e010帶HID功能需要單獨(dú)處理STM32 USB CDCcdc_acm0483:5740設(shè)備是ttyACM*排查時(shí)直接用lsusb對(duì)照這張表就能知道系統(tǒng)是否識(shí)別到了芯片以及該用哪個(gè)模塊去驗(yàn)證。3.2 手動(dòng)加載模塊與內(nèi)核編譯的取舍在絕大多數(shù)情況下Ubuntu自帶的官方內(nèi)核已經(jīng)包含了上述所有模塊不需要額外安裝驅(qū)動(dòng)。這也和Windows平臺(tái)不一樣——Windows上裝CH340驅(qū)動(dòng)是常規(guī)操作但Linux上通常免驅(qū)因?yàn)轵?qū)動(dòng)都在內(nèi)核里了。不過有兩個(gè)例外情況需要手動(dòng)介入。第一種情況是內(nèi)核模塊雖然存在但因?yàn)槟撤N原因沒有被自動(dòng)加載。這時(shí)候手動(dòng)modprobe即可。但要注意modprobe只能解決“模塊存在但未加載”的問題。如果模塊本身就不存在比如你用的內(nèi)核是裁剪過的嵌入式板載系統(tǒng)、或者自己編譯內(nèi)核時(shí)沒勾選USB串口支持那就需要重新編譯內(nèi)核或者單獨(dú)編譯驅(qū)動(dòng)模塊。第二種情況就是前面提到過的高通、瑞芯微等平臺(tái)方案中有些自定義USB轉(zhuǎn)串口芯片并不在標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)核驅(qū)動(dòng)列表里這時(shí)候需要到廠商官網(wǎng)找驅(qū)動(dòng)源碼自行編譯。比如某些國產(chǎn)開發(fā)板附帶的USB轉(zhuǎn)串口工具芯片是定制版CH340雖然VID還是1a86但PID可能不在驅(qū)動(dòng)默認(rèn)支持列表里這時(shí)候不能直接modprobe ch341而要在ch341.c源碼里把對(duì)應(yīng)的PID添加進(jìn)去重新編譯模塊。這里額外提一個(gè)編譯驅(qū)動(dòng)的經(jīng)驗(yàn)內(nèi)核模塊編譯非常依賴內(nèi)核頭文件版本編譯前一定要確保uname -r輸出的版本和/usr/src/linux-headers-$(uname -r)目錄存在且匹配。很多人在Ubuntu上編譯驅(qū)動(dòng)失敗原因就是提前裝了linux-headers-generic但版本和當(dāng)前內(nèi)核不一致。3.3 權(quán)限與udev規(guī)則一次配到位前面提到的usermod -aG dialout是臨時(shí)解法換個(gè)電腦或換用戶又要重新設(shè)置。對(duì)于團(tuán)隊(duì)共用開發(fā)機(jī)、或者頻繁插拔不同開發(fā)板的場景更推薦寫一條udev規(guī)則來固定設(shè)備權(quán)限和名稱。在/etc/udev/rules.d/下新建一個(gè)規(guī)則文件比如99-usb-serial.rules內(nèi)容如下KERNELttyUSB[0-9]*, MODE0666保存后執(zhí)行$ sudo udevadm control --reload-rules $ sudo udevadm trigger這樣做的效果是所有ttyUSB設(shè)備節(jié)點(diǎn)權(quán)限自動(dòng)變成666任何用戶都能直接讀寫不用每次sudo。但要注意這個(gè)規(guī)則沒有限制具體設(shè)備如果你電腦上同時(shí)插著多個(gè)USB轉(zhuǎn)串口設(shè)備它們都會(huì)獲得這個(gè)權(quán)限。如果你希望只對(duì)特定設(shè)備生效可以按VID過濾比如SUBSYSTEMtty, ATTRS{idVendor}1a86, ATTRS{idProduct}7523, MODE0666另外還可以用udev規(guī)則給設(shè)備創(chuàng)建一個(gè)固定別名。比如多個(gè)開發(fā)板同時(shí)插著ttyUSB0和ttyUSB1的順序可能隨插拔順序變化這對(duì)自動(dòng)化腳本來說非常痛苦。通過udev規(guī)則根據(jù)設(shè)備序列號(hào)創(chuàng)建軟鏈接可以解決這個(gè)問題SUBSYSTEMtty, ATTRS{idVendor}1a86, ATTRS{serial}0001, SYMLINKttyBoardA, MODE0666之后在腳本里直接用/dev/ttyBoardA訪問再也不擔(dān)心節(jié)點(diǎn)漂移。4. 虛擬機(jī)、開發(fā)板端配置與進(jìn)階坑點(diǎn)4.1 虛擬機(jī)USB直通的三個(gè)細(xì)節(jié)如果你的Ubuntu是跑在VMware或者VirtualBox里的虛擬機(jī)問題會(huì)多一層。虛擬機(jī)的USB直通有幾處容易踩坑的地方。第一確認(rèn)虛擬機(jī)設(shè)置里USB控制器啟用了哪個(gè)版本。很多開發(fā)板是USB 2.0全速設(shè)備但虛擬機(jī)默認(rèn)可能只開啟USB 3.0控制器導(dǎo)致設(shè)備識(shí)別異常。建議同時(shí)勾選USB 2.0和USB 3.0控制器。VMware Workstation里依次點(diǎn)擊“虛擬機(jī)設(shè)置”-“USB控制器”把“USB兼容性”設(shè)為USB 2.0甚至更低的兼容模式很多時(shí)候問題直接解決。第二插上板子后會(huì)彈窗問你是連接到主機(jī)還是連接到虛擬機(jī)一定要選虛擬機(jī)。如果不小心點(diǎn)了“連接到主機(jī)”那設(shè)備就被宿主機(jī)占用了。第三連接成功后在虛擬機(jī)里執(zhí)行l(wèi)susb確認(rèn)設(shè)備是否在虛擬機(jī)內(nèi)可見。如果lsusb里能看到設(shè)備但/dev下沒有節(jié)點(diǎn)回到前面第2節(jié)的驅(qū)動(dòng)排查流程。如果lsusb里看不到多半是直通沒生效重新插拔USB線、或者重置一下虛擬機(jī)的USB控制器驅(qū)動(dòng)多數(shù)能解決。4.2 開發(fā)板端的設(shè)備樹與串口節(jié)點(diǎn)這個(gè)問題排查到一定深度之后有些讀者可能會(huì)把“Ubuntu主機(jī)找不到ttyUSB”和“開發(fā)板啟動(dòng)后串口沒有輸出”混為一談這兩個(gè)其實(shí)是完全不同的鏈路。前者是主機(jī)側(cè)的問題后者則涉及開發(fā)板端的設(shè)備樹Device Tree配置以及U-Boot的啟動(dòng)參數(shù)。如果你是“開發(fā)板上電后串口終端完全無輸出”那需要檢查的是開發(fā)板端的設(shè)備樹文件里UART節(jié)點(diǎn)是否被正確使能以及U-Boot的console參數(shù)是否指向了正確的串口。比如i.MX6ULL這類板子U-Boot環(huán)境變量里的consolettymxc0,115200就對(duì)應(yīng)著板子上的UART1。如果這個(gè)參數(shù)和實(shí)際接線不一致或者設(shè)備樹里該UART節(jié)點(diǎn)被disable那終端就什么都看不到。常見的一個(gè)坑是板卡廠商提供的設(shè)備樹文件配置完整但你自己改了設(shè)備樹之后UART節(jié)點(diǎn)引腳被復(fù)用成了GPIO導(dǎo)致串口物理上不通。排查方法很簡單恢復(fù)到出廠設(shè)備樹文件試一次能通就說明是你的配置問題慢慢對(duì)比差異即可。4.3 那些讓人崩潰的“假·串口”最后分享幾個(gè)我實(shí)際工作中遇到的“看似驅(qū)動(dòng)沒問題但死活不出設(shè)備節(jié)點(diǎn)”的特殊場景給讀者提個(gè)醒。第一個(gè)是供電不足。有些開發(fā)板USB轉(zhuǎn)串口芯片的供電和板子主控共用板子功耗大、供電電流不夠的時(shí)候USB芯片會(huì)反復(fù)復(fù)位表現(xiàn)就是lsusb能看到設(shè)備一閃一閃的或者頻繁掉線。用外部電源給板子獨(dú)立供電往往能解決。第二個(gè)是劣質(zhì)USB hub。帶供電的劣質(zhì)hub在傳輸U(kuò)SB信號(hào)時(shí)可能會(huì)有電平畸變串口芯片偶爾能被枚舉到但dmesg里伴隨大量的usb 1-1: device descriptor read/64, error -110這類報(bào)錯(cuò)。這種報(bào)錯(cuò)高度疑似hub或者線材問題而不是驅(qū)動(dòng)問題。直接把板子插到主機(jī)背后的USB口上繞開hub再試是最快的驗(yàn)證方法。第三個(gè)是內(nèi)核版本與芯片兼容性的問題。比如PL2303這顆老芯片內(nèi)核從5.x開始對(duì)部分TA即早期版本芯片進(jìn)行了更嚴(yán)格的校驗(yàn)導(dǎo)致某些芯片被拒絕識(shí)別dmesg里會(huì)明確提示PL2303: unknown chip, please report。這屬于芯片本身的克隆問題無解只能換芯片。第四個(gè)是串口工具本身的問題。如果lsusb、dmesg、/dev節(jié)點(diǎn)全部正常但minicom或者串口助手打開后沒有任何反應(yīng)檢查一下工具的波特率、數(shù)據(jù)位、停止位、流控配置是否匹配開發(fā)板的默認(rèn)串口參數(shù)。很多開發(fā)板默認(rèn)是115200/8N1但流控是否開啟要看具體板子有一些板子在出廠Bootloader階段會(huì)開啟硬件流控導(dǎo)致半雙工通信不正常。還有一個(gè)非常容易忽略的細(xì)節(jié)如果你用的是Windows和Ubuntu雙系統(tǒng)在Windows下安裝過廠商提供的驅(qū)動(dòng)那么重啟到Ubuntu后某些國產(chǎn)USB轉(zhuǎn)串口芯片會(huì)殘留D2XX驅(qū)動(dòng)模式FTDI的D2XX模式就經(jīng)常這樣。這種模式下芯片不會(huì)注冊(cè)為ttyUSB設(shè)備。解決辦法是把芯片切回VCP模式通常需要用到廠商的配置工具或者在Windows下卸載驅(qū)動(dòng)后重新在Ubuntu里插拔。這些年遇到類似問題的板子不少提醒讀者留意。在我實(shí)際調(diào)試過的項(xiàng)目里大概有七成“找不到設(shè)備文件”的情況是出在物理鏈路或者權(quán)限配置上真正的驅(qū)動(dòng)缺失反而少見。所以排查的時(shí)候建議按照本文的順序來先看lsusb確認(rèn)USB枚舉再看dmesg確認(rèn)驅(qū)動(dòng)加載最后檢查/dev節(jié)點(diǎn)權(quán)限。一步一步來不要第一步就鉆進(jìn)驅(qū)動(dòng)源碼里出不來了。 Ubuntu下找不到ttyUSB0？嵌入式Linux串口調(diào)試排查指南
把開發(fā)板接到Ubuntu主機(jī)上插上USB線打開串口調(diào)試助手結(jié)果發(fā)現(xiàn)/dev下面壓根沒有ttyUSB0連個(gè)影子都找不到。剛接觸嵌入式Linux的朋友十有八九會(huì)在這個(gè)環(huán)節(jié)卡住我自己也在這上面折騰過不少時(shí)間。這個(gè)問題的根源通常不是板子壞了而是USB轉(zhuǎn)串口芯片的驅(qū)動(dòng)、內(nèi)核枚舉或者權(quán)限配置出了岔子。這篇就是針對(duì)“開發(fā)板串口連上Ubuntu后找不到設(shè)備文件”這件事把排查思路和解決方案從頭到尾捋一遍適合正在用STM32、全志T113、i.MX6ULL這類開發(fā)板做開發(fā)卻卡在串口識(shí)別這一步的讀者。1. 先搞清楚“設(shè)備文件”到底是怎么來的1.1 一根USB線背后的角色分工很多新手容易把“開發(fā)板和電腦用USB線連起來”理解成插上就能通實(shí)際上這里面有一個(gè)容易被忽略的中間環(huán)節(jié)。絕大多數(shù)開發(fā)板上自帶的串口物理電平是TTL電平通常是3.3V或5V而電腦主板的USB口是USB差分信號(hào)兩者根本不能直接對(duì)話。所以板子上通常會(huì)有一顆USB轉(zhuǎn)串口芯片常見的型號(hào)包括CH340、CH341、CP2102、CP210x系列、FT232等也有不少新板子用CH9102這類高速型號(hào)。這顆芯片的作用就是把板子的UART TX/RX信號(hào)轉(zhuǎn)換成USB協(xié)議再通過USB線送到電腦。換句話說電腦識(shí)別到的不是“開發(fā)板”而是這顆USB轉(zhuǎn)串口芯片。系統(tǒng)在枚舉USB設(shè)備時(shí)會(huì)根據(jù)芯片的VID廠商ID和PID產(chǎn)品ID去匹配對(duì)應(yīng)的驅(qū)動(dòng)程序匹配成功后再注冊(cè)一個(gè)字符設(shè)備節(jié)點(diǎn)也就是我們常說的/dev/ttyUSB0或者/dev/ttyACM0。如果這一步某個(gè)環(huán)節(jié)沒接通那你在/dev下自然看不到設(shè)備文件。1.2 為什么偏偏是ttyUSB0和ttyACM0這里順便把設(shè)備名的命名規(guī)則說清楚因?yàn)楹芏嗳四玫皆O(shè)備后第一反應(yīng)是找ttyS0那是錯(cuò)的。ttyS是主板原生串口也就是物理COM口對(duì)應(yīng)的設(shè)備節(jié)點(diǎn)和USB轉(zhuǎn)出來的串口是兩套體系。USB轉(zhuǎn)串口芯片在Linux內(nèi)核里走的通常是USB子系統(tǒng)注冊(cè)出來的設(shè)備名是ttyUSB比如ttyUSB0、ttyUSB1對(duì)應(yīng)的驅(qū)動(dòng)框架是usb-serial。而ttyACM*則是另一種情況它走的是內(nèi)核里的USB ACMAbstract Control Model驅(qū)動(dòng)。這個(gè)驅(qū)動(dòng)最開始主要是為USB Modem設(shè)計(jì)的但很多單片機(jī)開發(fā)板用USB直接虛擬串口時(shí)比如STM32的USB CDC類也會(huì)被識(shí)別成ttyACM0。所以判斷設(shè)備屬于哪一類直接看設(shè)備名就能猜個(gè)大概ttyUSB開頭基本都是外置USB轉(zhuǎn)串口芯片ttyACM開頭往往是芯片內(nèi)置USB控制器虛擬出來的串口。這兩種設(shè)備在權(quán)限配置和驅(qū)動(dòng)處理上略有差別后面會(huì)具體說。2. 三步定位到底是哪一層斷了2.1 第一步看USB總線上的枚舉結(jié)果設(shè)備文件沒出現(xiàn)先別急著裝驅(qū)動(dòng)第一步應(yīng)該先確認(rèn)USB總線層面有沒有認(rèn)出這顆芯片。把板子通過USB線接到電腦后在終端執(zhí)行l(wèi)susb這個(gè)命令會(huì)列出當(dāng)前USB總線上所有設(shè)備的VID和PID信息以及廠商名稱如果能識(shí)別的話。正常情況下的輸出大概是這個(gè)樣子$ lsusb Bus 001 Device 008: ID 1a86:7523 QinHeng Electronics CH340 serial converter看到1a86:7523這行說明USB枚舉已經(jīng)成功CH340芯片被系統(tǒng)正常識(shí)別了。1a86就是沁恒的廠商ID7523對(duì)應(yīng)CH340這個(gè)型號(hào)。如果輸出里壓根沒有新設(shè)備出現(xiàn)那就說明USB物理鏈路有問題需要去排查線材、USB口或者芯片供電。如果lsusb能看到設(shè)備但/dev下沒有ttyUSB節(jié)點(diǎn)問題基本就鎖定在驅(qū)動(dòng)匹配環(huán)節(jié)。如果lsusb連設(shè)備都看不到則要從硬件連接開始查起。很多時(shí)候是數(shù)據(jù)線的問題——有些MicroUSB線只能充電不能傳數(shù)據(jù)這種線在開發(fā)板上非常常見換根線往往就好了。2.2 第二步確認(rèn)內(nèi)核驅(qū)動(dòng)與設(shè)備名lsusb正常之后下一步用dmesg查看內(nèi)核日志。執(zhí)行$ dmesg | tail -n 30插入板子后如果驅(qū)動(dòng)加載成功日志里會(huì)出現(xiàn)類似下面的內(nèi)容usb 1-2: new full-speed USB device number 8 using xhci_hcd usb 1-2: New USB device found, idVendor1a86, idProduct7523, ... usb 1-2: New USB device strings: Mfr1, Product2, SerialNumber3 usbcore: registered new interface driver ch341 usbserial: USB Serial support registered for ch341-uart ch341-uart now attached to ttyUSB0倒數(shù)第二行的ch341就是內(nèi)核為這顆芯片加載的驅(qū)動(dòng)模塊名最后一行清楚標(biāo)明了設(shè)備節(jié)點(diǎn)注冊(cè)到了ttyUSB0。如果你的日志里有類似信息那設(shè)備文件其實(shí)已經(jīng)生成了問題大概率出在權(quán)限或者你查看的時(shí)機(jī)不對(duì)。如果lsusb能看到設(shè)備但dmesg里沒有任何與usbserial、ch341、cp210x、ftdi相關(guān)的輸出說明內(nèi)核沒有加載對(duì)應(yīng)的驅(qū)動(dòng)模塊。這時(shí)候可以手動(dòng)嘗試$ sudo modprobe ch341加載完再執(zhí)行dmesg看有沒有新日志或者直接ls /dev/ttyUSB*確認(rèn)節(jié)點(diǎn)是否出現(xiàn)。不同芯片對(duì)應(yīng)模塊名不一樣這個(gè)下一節(jié)詳細(xì)列個(gè)對(duì)照表。2.3 第三步檢查串口占用與權(quán)限/dev/ttyUSB0已經(jīng)存在但串口工具打不開或者打開后一片空白這種情況多半是權(quán)限或占用問題。先看設(shè)備節(jié)點(diǎn)權(quán)限$ ls -l /dev/ttyUSB0 crw-rw---- 1 root dialout 188, 0 5月 30 10:23 /dev/ttyUSB0默認(rèn)屬主是root組是dialout普通用戶沒有讀寫權(quán)限。如果不加sudo直接打開串口就會(huì)提示Permission denied。解決辦法是把當(dāng)前用戶加進(jìn)dialout組$ sudo usermod -aG dialout $USER執(zhí)行完后需要重新登錄一次才能生效。注意這個(gè)操作在Ubuntu 20.04及之后幾乎所有版本上通用但如果你用的是其他發(fā)行版組名可能不一樣比如有些發(fā)行版用的是uucp或者lock組。Ubuntu桌面版和服務(wù)器版的默認(rèn)組策略也有些細(xì)微差異但dialout是主流選擇。另外還有一種情況就是串口被別的進(jìn)程占用了。用sudo lsof /dev/ttyUSB0或者sudo fuser /dev/ttyUSB0查一下誰在占用然后把進(jìn)程關(guān)掉再試。3. 驅(qū)動(dòng)不是萬能的但缺了它真不行3.1 主流USB轉(zhuǎn)串口芯片與內(nèi)核模塊對(duì)照市面上常見的USB轉(zhuǎn)串口芯片就那么幾種Linux內(nèi)核從4.x時(shí)代開始基本就全部內(nèi)置了對(duì)應(yīng)的驅(qū)動(dòng)模塊。我整理了一張表覆蓋了主流芯片對(duì)應(yīng)的模塊名和典型VID方便排查時(shí)對(duì)照芯片型號(hào)內(nèi)核模塊典型VID:PID備注CH340 / CH341ch3411a86:7523最常見的國產(chǎn)芯片CH9102ch3411a86:55d4高速版本CP2102 / CP210xcp210x10c4:ea60硅谷老牌方案FT232 / FT2232ftdi_sio0403:6001FTDI經(jīng)典款PL2303pl2303067b:2303老芯片內(nèi)核版本兼容性一般CH9350ch93501a86:e010帶HID功能需要單獨(dú)處理STM32 USB CDCcdc_acm0483:5740設(shè)備是ttyACM*排查時(shí)直接用lsusb對(duì)照這張表就能知道系統(tǒng)是否識(shí)別到了芯片以及該用哪個(gè)模塊去驗(yàn)證。3.2 手動(dòng)加載模塊與內(nèi)核編譯的取舍在絕大多數(shù)情況下Ubuntu自帶的官方內(nèi)核已經(jīng)包含了上述所有模塊不需要額外安裝驅(qū)動(dòng)。這也和Windows平臺(tái)不一樣——Windows上裝CH340驅(qū)動(dòng)是常規(guī)操作但Linux上通常免驅(qū)因?yàn)轵?qū)動(dòng)都在內(nèi)核里了。不過有兩個(gè)例外情況需要手動(dòng)介入。第一種情況是內(nèi)核模塊雖然存在但因?yàn)槟撤N原因沒有被自動(dòng)加載。這時(shí)候手動(dòng)modprobe即可。但要注意modprobe只能解決“模塊存在但未加載”的問題。如果模塊本身就不存在比如你用的內(nèi)核是裁剪過的嵌入式板載系統(tǒng)、或者自己編譯內(nèi)核時(shí)沒勾選USB串口支持那就需要重新編譯內(nèi)核或者單獨(dú)編譯驅(qū)動(dòng)模塊。第二種情況就是前面提到過的高通、瑞芯微等平臺(tái)方案中有些自定義USB轉(zhuǎn)串口芯片并不在標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)核驅(qū)動(dòng)列表里這時(shí)候需要到廠商官網(wǎng)找驅(qū)動(dòng)源碼自行編譯。比如某些國產(chǎn)開發(fā)板附帶的USB轉(zhuǎn)串口工具芯片是定制版CH340雖然VID還是1a86但PID可能不在驅(qū)動(dòng)默認(rèn)支持列表里這時(shí)候不能直接modprobe ch341而要在ch341.c源碼里把對(duì)應(yīng)的PID添加進(jìn)去重新編譯模塊。這里額外提一個(gè)編譯驅(qū)動(dòng)的經(jīng)驗(yàn)內(nèi)核模塊編譯非常依賴內(nèi)核頭文件版本編譯前一定要確保uname -r輸出的版本和/usr/src/linux-headers-$(uname -r)目錄存在且匹配。很多人在Ubuntu上編譯驅(qū)動(dòng)失敗原因就是提前裝了linux-headers-generic但版本和當(dāng)前內(nèi)核不一致。3.3 權(quán)限與udev規(guī)則一次配到位前面提到的usermod -aG dialout是臨時(shí)解法換個(gè)電腦或換用戶又要重新設(shè)置。對(duì)于團(tuán)隊(duì)共用開發(fā)機(jī)、或者頻繁插拔不同開發(fā)板的場景更推薦寫一條udev規(guī)則來固定設(shè)備權(quán)限和名稱。在/etc/udev/rules.d/下新建一個(gè)規(guī)則文件比如99-usb-serial.rules內(nèi)容如下KERNELttyUSB[0-9]*, MODE0666保存后執(zhí)行$ sudo udevadm control --reload-rules $ sudo udevadm trigger這樣做的效果是所有ttyUSB設(shè)備節(jié)點(diǎn)權(quán)限自動(dòng)變成666任何用戶都能直接讀寫不用每次sudo。但要注意這個(gè)規(guī)則沒有限制具體設(shè)備如果你電腦上同時(shí)插著多個(gè)USB轉(zhuǎn)串口設(shè)備它們都會(huì)獲得這個(gè)權(quán)限。如果你希望只對(duì)特定設(shè)備生效可以按VID過濾比如SUBSYSTEMtty, ATTRS{idVendor}1a86, ATTRS{idProduct}7523, MODE0666另外還可以用udev規(guī)則給設(shè)備創(chuàng)建一個(gè)固定別名。比如多個(gè)開發(fā)板同時(shí)插著ttyUSB0和ttyUSB1的順序可能隨插拔順序變化這對(duì)自動(dòng)化腳本來說非常痛苦。通過udev規(guī)則根據(jù)設(shè)備序列號(hào)創(chuàng)建軟鏈接可以解決這個(gè)問題SUBSYSTEMtty, ATTRS{idVendor}1a86, ATTRS{serial}0001, SYMLINKttyBoardA, MODE0666之后在腳本里直接用/dev/ttyBoardA訪問再也不擔(dān)心節(jié)點(diǎn)漂移。4. 虛擬機(jī)、開發(fā)板端配置與進(jìn)階坑點(diǎn)4.1 虛擬機(jī)USB直通的三個(gè)細(xì)節(jié)如果你的Ubuntu是跑在VMware或者VirtualBox里的虛擬機(jī)問題會(huì)多一層。虛擬機(jī)的USB直通有幾處容易踩坑的地方。第一確認(rèn)虛擬機(jī)設(shè)置里USB控制器啟用了哪個(gè)版本。很多開發(fā)板是USB 2.0全速設(shè)備但虛擬機(jī)默認(rèn)可能只開啟USB 3.0控制器導(dǎo)致設(shè)備識(shí)別異常。建議同時(shí)勾選USB 2.0和USB 3.0控制器。VMware Workstation里依次點(diǎn)擊“虛擬機(jī)設(shè)置”-“USB控制器”把“USB兼容性”設(shè)為USB 2.0甚至更低的兼容模式很多時(shí)候問題直接解決。第二插上板子后會(huì)彈窗問你是連接到主機(jī)還是連接到虛擬機(jī)一定要選虛擬機(jī)。如果不小心點(diǎn)了“連接到主機(jī)”那設(shè)備就被宿主機(jī)占用了。第三連接成功后在虛擬機(jī)里執(zhí)行l(wèi)susb確認(rèn)設(shè)備是否在虛擬機(jī)內(nèi)可見。如果lsusb里能看到設(shè)備但/dev下沒有節(jié)點(diǎn)回到前面第2節(jié)的驅(qū)動(dòng)排查流程。如果lsusb里看不到多半是直通沒生效重新插拔USB線、或者重置一下虛擬機(jī)的USB控制器驅(qū)動(dòng)多數(shù)能解決。4.2 開發(fā)板端的設(shè)備樹與串口節(jié)點(diǎn)這個(gè)問題排查到一定深度之后有些讀者可能會(huì)把“Ubuntu主機(jī)找不到ttyUSB”和“開發(fā)板啟動(dòng)后串口沒有輸出”混為一談這兩個(gè)其實(shí)是完全不同的鏈路。前者是主機(jī)側(cè)的問題后者則涉及開發(fā)板端的設(shè)備樹Device Tree配置以及U-Boot的啟動(dòng)參數(shù)。如果你是“開發(fā)板上電后串口終端完全無輸出”那需要檢查的是開發(fā)板端的設(shè)備樹文件里UART節(jié)點(diǎn)是否被正確使能以及U-Boot的console參數(shù)是否指向了正確的串口。比如i.MX6ULL這類板子U-Boot環(huán)境變量里的consolettymxc0,115200就對(duì)應(yīng)著板子上的UART1。如果這個(gè)參數(shù)和實(shí)際接線不一致或者設(shè)備樹里該UART節(jié)點(diǎn)被disable那終端就什么都看不到。常見的一個(gè)坑是板卡廠商提供的設(shè)備樹文件配置完整但你自己改了設(shè)備樹之后UART節(jié)點(diǎn)引腳被復(fù)用成了GPIO導(dǎo)致串口物理上不通。排查方法很簡單恢復(fù)到出廠設(shè)備樹文件試一次能通就說明是你的配置問題慢慢對(duì)比差異即可。4.3 那些讓人崩潰的“假·串口”最后分享幾個(gè)我實(shí)際工作中遇到的“看似驅(qū)動(dòng)沒問題但死活不出設(shè)備節(jié)點(diǎn)”的特殊場景給讀者提個(gè)醒。第一個(gè)是供電不足。有些開發(fā)板USB轉(zhuǎn)串口芯片的供電和板子主控共用板子功耗大、供電電流不夠的時(shí)候USB芯片會(huì)反復(fù)復(fù)位表現(xiàn)就是lsusb能看到設(shè)備一閃一閃的或者頻繁掉線。用外部電源給板子獨(dú)立供電往往能解決。第二個(gè)是劣質(zhì)USB hub。帶供電的劣質(zhì)hub在傳輸U(kuò)SB信號(hào)時(shí)可能會(huì)有電平畸變串口芯片偶爾能被枚舉到但dmesg里伴隨大量的usb 1-1: device descriptor read/64, error -110這類報(bào)錯(cuò)。這種報(bào)錯(cuò)高度疑似hub或者線材問題而不是驅(qū)動(dòng)問題。直接把板子插到主機(jī)背后的USB口上繞開hub再試是最快的驗(yàn)證方法。第三個(gè)是內(nèi)核版本與芯片兼容性的問題。比如PL2303這顆老芯片內(nèi)核從5.x開始對(duì)部分TA即早期版本芯片進(jìn)行了更嚴(yán)格的校驗(yàn)導(dǎo)致某些芯片被拒絕識(shí)別dmesg里會(huì)明確提示PL2303: unknown chip, please report。這屬于芯片本身的克隆問題無解只能換芯片。第四個(gè)是串口工具本身的問題。如果lsusb、dmesg、/dev節(jié)點(diǎn)全部正常但minicom或者串口助手打開后沒有任何反應(yīng)檢查一下工具的波特率、數(shù)據(jù)位、停止位、流控配置是否匹配開發(fā)板的默認(rèn)串口參數(shù)。很多開發(fā)板默認(rèn)是115200/8N1但流控是否開啟要看具體板子有一些板子在出廠Bootloader階段會(huì)開啟硬件流控導(dǎo)致半雙工通信不正常。還有一個(gè)非常容易忽略的細(xì)節(jié)如果你用的是Windows和Ubuntu雙系統(tǒng)在Windows下安裝過廠商提供的驅(qū)動(dòng)那么重啟到Ubuntu后某些國產(chǎn)USB轉(zhuǎn)串口芯片會(huì)殘留D2XX驅(qū)動(dòng)模式FTDI的D2XX模式就經(jīng)常這樣。這種模式下芯片不會(huì)注冊(cè)為ttyUSB設(shè)備。解決辦法是把芯片切回VCP模式通常需要用到廠商的配置工具或者在Windows下卸載驅(qū)動(dòng)后重新在Ubuntu里插拔。這些年遇到類似問題的板子不少提醒讀者留意。在我實(shí)際調(diào)試過的項(xiàng)目里大概有七成“找不到設(shè)備文件”的情況是出在物理鏈路或者權(quán)限配置上真正的驅(qū)動(dòng)缺失反而少見。所以排查的時(shí)候建議按照本文的順序來先看lsusb確認(rèn)USB枚舉再看dmesg確認(rèn)驅(qū)動(dòng)加載最后檢查/dev節(jié)點(diǎn)權(quán)限。一步一步來不要第一步就鉆進(jìn)驅(qū)動(dòng)源碼里出不來了。