Hat 2 UARTs pour Raspberry-Pi, NXP SC161S752

Ajouter des UARTs matériels sur votre Raspberry-Pi en toute simplicité

Si le Raspberry-Pi 4 dispose de plusieurs UARTs sur son GPIO, ce n'est pas le cas de ses prédécesseurs! En effet, un seul UART c'est franchement contraignant d'autant plus s'il s'agit d'un UART logiciel comme sur le Pi 3 B+ (sa vitesse dépend de la vitesse du processeur).

Ce pHat permet de rajouter des 2 UARTs (ports séries) matériel sur votre Raspberry-Pi 3 (ou précédent)  ou un Pi Zero en rajoutant un simple paramètre dans le fichier /boot/config.txt . Un aubaine pour étendre les capacités de votre Pi 3 / Pi Zero sans devoir faire les frais d'un Pi 4! Un module qui trouvera donc rapidement sa place dans les application de téléphonie, localisation, domotique et diverses applications industrielles friande de ports séries.

Ces périphériques UARTs sont répertoriés par le noyau sans artifice logiciel et donc accessible comme n'importe quel périphérique du système d'exploitation Linux par l'intermédiaire de /dev .
En l'occurence, les UARTs sont /dev/ttySC0 et /dev/ttySC1 , ils sont donc pleinement opérationnels et exploitables avec n'importe quel logiciel Linux.

Si vous disposer d'une carte NadHat GSM + Bluetooth alors la carte deux UARTs permettra de prendre le contrôle du module Bluetooth (de la NadHat) pour qu'il s'accouple avec le Bluetooth du Raspberry-Pi. Il devient donc possible de faire passer un service voix de la Raspberry-Pi vers le GSM par l'intermédiaire du Bluetooth. La marche à suivre est décrite dans ce document de Garatronic (TO LINK).

Au coeur de la carte, on retrouve un SC161S752 de NXP qui permet d'atteindre un débit maximum de 5 Mbit/s. Ce composant est connecté via l'interface SPI du Raspberry-Pi. La carte 2 UARTs étant équipée de son propre cristal, les débits des UARTs est totalement indépendant de la fréquence d'horloge du Raspberry-Pi 3. Il est donc possible d'utiliser le mode d'économie d'énergie sur le Pi 3 B+ sans perturber les communications séries.

La carte 2xUART utilise l'interface SPI1 sur le GPIO laissant ainsi le SPI0 libre pour d'autres interface (ex: afficheur TFT).

Note: ce module est également supporté par Microsoft Windows IoT Core.

Détails techniques

Vous trouverez ci-dessous les spécifications du NXP SC161S752: Dual UART with I2C-bus/SPI interface.
Certaines de ces spécifications sont très avancées et la prise en charge par le noyaux Linux ne peut pas être assurée en l'état (réservé aux spécialistes du domaine).

• 2x Full Duplex UARTs
• 64 Octets FIFO (sur RX et TX)
• Compatible avec le standard industriel 16C450
• Débit jusqu'à 5 Mbit/s (en mode d'horloge 16x)
• Contrôle de flux automatique en utilisant CTS/RTS
• Contrôle de flux logiciel automatique avec caractères Xon/Xoff programmables
• Caractères Xon/Xoff simple ou double
• Support automatique de RS-485 (détection automatique de l'adresse esclave)
• Jusque 8 entrées/sorties programmables
• Contrôle de direction du pilote RS-485 par l'intermédiaire du signal RTS
• Fiche technique du NXP SC161S752 (pdf, anglais)
• Schéma de la carte Nadhat-2xUART (pdf, garatronic)

GPIOs utilisés:

• GPIO19 : MISO (ALT4)
• GPIO20 : MOSI (ALT4)
• GPIO21 : SCLK (ALT4)
• GPIO18 : SPI1_CE0_N
• GPIO24 : INT

Contenu

Pour chaque commande, vous recevrez une carte 2xUART.
Celle-ci est livrée sans visserie et sans connecteur stacking header afin de garder le prix le plus abordable possible.

Nous recommandons de vous munir d'une Stacking Header bas profile si vous ne voulez pas insérer la carte 2xUARTs directement sur le GPIO du Raspberry-Pi.

Activer la carte

1er CAS : activer les deux ports série supplémentaires

Il faut juste ajouter l'overlay "dtoverlay=sc16is752-spi1.dtbo" dans le fichier /boot/config.txt

# Load overlay for NadHAT 2xUART board
dtoverlay=sc16is752-spi1.dtbo

NOTE : Pour cette configuration, il faut retirer les deux cavaliers 2mm JP1 et JP2 (la sérigraphie est assez claire).
Après reboot, il suffit de taper la commande ls -lh  /dev/ttySC* pour s'assurer de la présence des deux nouveaux ports série.

2eme CAS : exploiter la carte NadHAT V1 GSM et le BT 4.1 du Raspberry-PI

Pour utiliser le Bluetooth du Raspberry-Pi, il faut mettre en commentaire la/les directive(s) "dtoverlay=pi3-miniuart-bt" , "dtoverlay=pi3-disbable-bt"

# Release full uart /dev/ttyAMA0 for NadHAT v1 (no BT)
# dtoverlay=pi3-miniuart-bt

Il en est de même pour la directive "ENABLE_UART=1", à mettre la valeur à 0

ENABLE_UART=0

NOTE : pour cette configuration, il faut relier le premier port UART sur le header 40 points broches 8 (TX)  et 10 (RX). Une précaution intéressante est de lancer "gpio readall" pour vérifier que les port TXD et RXD sont en entrées IN et non pas en ALT0 (mode UART). Dès lors, placer les deux jumpers JP2 et JP3 verticalement. Le port série du connecteur 40 points (/dev/ttyACM0) devient ttySC0. Il ne faut rien brancher sur CN1 (les développeurs pourrons utiliser un analyseur logique sur ce connecteur). Le second port série CN2 est disponible pour réaliser une liaison série vers l'extérieur.