[嵌入式]ESP8266 的串口（UART）使用

通用异步收发传输器（Universal Asynchronous Receiver/Transmitter，通常称为 UART ），详细说明请参见：UART（百度百科）

【总体介绍】

• ESP8266 有 2 组 UART 口，分别为 UART0 和 UART1。
• 默认 UART0 主要是用做固件下载和程序日志输出
• 而 UART1 因为只支持 TX，所以一般在需要 UART 用于通讯时，建议用 UART1 来输出日志信息。参见《ESP8266 技术规格书》说明。
  

1 ESP8266 下载串口（UART）

• ESP8266 只能通过 UART0（GPIO1 和 GPIO3）来下载固件，下载管脚不可更改。
• 请参见“ESP8266 固件烧录需满足的硬件环境” 说明。
  
  

2 ESP8266 日志输出串口（UART）

• ESP8266 软件中默认使用的是 UART0 来输出程序日志。
• ESP8266 芯片上电启动的 一级 bootloader 的输出日志的串口波特率为 74880 bps （此波特率不可更改），使用的是外部 26MHz 的芯片启振晶振。请参考 “ESP8266_RTOS_SDK/components/bootloader_support/src/bootloader_init.c” 说明。
• ESP8266 的程序运行输出日志默认使用的串口波特率为 74480 bps，使用的是 SPI Speed 的 40MHz 的晶振，与 CPU 主频有关。可在 menuconfig 中进行修改，如下：
  menuconfig —> Component config —> Common ESP-related —> UART console baud rate
  
  默认设置范围是 1200 bps ~ 4M bps ，如下：
  

2.1 目前屏蔽 UART0 的日志输出方式有两种：

① 通过调用相关 API 来屏蔽 UART0 的日志输出：

• 只屏蔽应用层的打印，调用 UART_SetPrintPort(UART1) 或者 system_uart_swap() 函数就可以了。

• 屏蔽掉所有信息（从 boot 启动阶段就开始屏蔽掉），调用system_uart_swap() 函数，同时要在硬件上做修改，具体的原理可参考《ESP8266 技术参考手册》 page 88~89。注意：system_uart_swap() 函数屏蔽的是通过 GPIO13 和 GPIO15 来作为串口输出的 log 。
  

② 通过 menuconfig 配置端可关闭的日志如下：

• 关闭 Bootloader 日志：

  menuconfig -> bootloader config --> bootloader log verbosity 选定为 No output 。

• 关闭程序运行日志：

  menuconfig -> Component config --> log output --> Default log verbosity 选定为 No output 。

• 关闭其他日志输出：

  menuconfig -> Component Config ->Common ESP-related -> Channel for console output -> None 。

• 更换程序日志输出串口为 UART1：

  menuconfig -> Component Config ->Common ESP-related -> Channel for console output -> Custom UART -> UART peripheral to use for console output(0-1) -> UART1。

3 ESP8266 串口（UART）通信

参考资料：

• 《ESP8266 技术参考手册》 中的 “UART 接?说明” 章节：描述 UART 的功能、硬件资源、参数配置、配置中断、中断处理函数示例流程、屏蔽上电打印。
• ESP8266 UART API Reference

• ESP8266 在上电时候，UART0 默认会输出?些打印信息，如果对此敏感的应?，可以使用 UART 的内部引脚交换功能，在初始化的时候，将 U0TXD、U0RXD 分别与 U0RTS（GPIO15）、 U0CTS（GPIO13） 交换来与 MCU 进行 UART 通信。可参考《ESP8266 技术参考手册》 page 88~89

• 通过 UART0 的 U0RTS（GPIO15）、 U0CTS（GPIO13） 管脚交换来实现 ESP8266 与其他芯片的 UART 通信时，交换管脚 MTDO（GPIO15）作为 TXD 、MTCK（GPIO13）作为 RXD 。
  

• ESP8266 通过 UART0 的 U0RTS（GPIO15）、 U0CTS（GPIO13） 管脚交换与另一个芯片的 UART 通讯时，可调用 uart_enable_swap() API 来实现。参考 “ESP8266_RTOS_SDK/components/esp8266/driver/uart.c”

    esp_err_t uart_enable_swap(void)
    {
        // wait for tx done.
        uart_wait_tx_done(UART_NUM_0, portMAX_DELAY);
    
        UART_ENTER_CRITICAL();
        // MTCK -> UART0_CTS -> U0RXD
        PIN_FUNC_SELECT(PERIPHS_IO_MUX_MTCK_U, FUNC_UART0_CTS);
        // MTD0 -> UART0_RTS -> U0TXD
        PIN_FUNC_SELECT(PERIPHS_IO_MUX_MTDO_U, FUNC_UART0_RTS);
        // enable swap U0TXD <-> UART0_RTS and U0RXD <-> UART0_CTS
        SET_PERI_REG_MASK(UART_SWAP_REG, 0x4);
        UART_EXIT_CRITICAL();
    
        return ESP_OK;
    }
  

• ESP8266 的 UART0 例程参考：ESP8266_RTOS_SDK/examples/peripherals

  包含如下测试例程：

  • 通过 UART 接口将接收到的数据回传给对端设备：peripherals/uart_echo
  • 通过 UART 检测接收到的不同的指令来触发对应的事件：peripherals/uart_events
  • 在 UART 接口上使用同步 I/O 多路复用。UART 可作为 Monitor 打印日志，又可读写数据：peripherals/uart_select

【ESP8266 UART 通信常见应用问题】

• ESP8266 的串?波特率范围是多大？

  ESP8266 的串?波特率范围从 300 到 115200*40 都可以?持。参见 《ESP8266 技术参考手册》中的 “ 11.3.1. 波特率 ”章节说明。

• ESP8266 UART 的硬件 FIFO 是多大？

  ESP8266 的 UART0 和 UART1 各有?个?度为 128 Bytes 的硬件 FIFO，读写 FIFO 都在同?个地址操作。参见 《ESP8266 技术参考手册》中的 “ 11.2. 硬件资源 ”章节说明。

4 ESP8266 AT 传输串口

参考资料：ESP8266 ESP-AT User Guide

• 【不推荐】ESP8266 V2.0.0.0 以下版本的 AT 固件默认使用的 AT 串口是 UART0 （即 GPIO1 和 GPIO3），流控引脚是 GPIO13 和 GPIO15 。可参见 《ESP8266 Datasheet》
  

• 【推荐】ESP8266 V2.0.0.0 及以上版本的 AT 固件默认使用的 AT 指令传输串口是 GPIO15 和 GPIO13，流控引脚是 GPIO3 和 GPIO1 。可参见 ESP-AT 出厂配置参数。

• ESP8266 V2.0.0.0 及以上版本的 AT 固件默认的串口波特率分别为：

  1. UART0 打印芯片上电启动日志，波特率为 74880 bps，使用的是 26 MHz 的芯片启振晶振；
  2. GPIO15（TXD） 和 GPIO13（RXD） 为 AT 传输串口，默认波特率为 115200 bps，使用的是 SPI Speed 的 40 MHz 的晶振，与 CPU 主频有关。

• ESP8266 的 AT 指令传输串口和波特率可通过自行编译 ESP-AT 固件来修改 ESP-AT 出厂配置参数，可参考“Ubuntu18.04 上 ESP8266（ESP-WROOM-02） 的 esp-at release_v2.2.0.0 编译环境搭建” 说明。

5 ESP8266 串口（UART） 性能

• ESP8266 的波特率硬件是可以支持到 4.5 Mbps, 但是不建议软件使用这么高的波特率, 原因有两点:

  • 接收模式下，波特率太高，大量数据传输软件可能无法及时取走硬件 FIFO 中的数据从而导致数据丢失。ESP8266 的硬件 UART FIFO 是 128 Bytes , ESP8266 的 UART 说明你可以阅读 《ESP8266 技术参考手册》 ，建议波特率不要超过 2 Mbps。如果系统有很多中断或有使用 Wi-Fi，该值需要低一点，以证数据不会丢失。

  • 有些串口芯片无法支持这么高的波特率，或者 ESP8266 波特率误差超过串口芯片允许的误差范围，因为当波特率不能被 ESP8266 串口模块时钟(80 MHz)整除的时候，就存在误差。

• 当 UART 波特率过高导致接收数据丢失时，我们的建议：

  • 增加 UART 硬件流控
  • 降低 UART 波特率