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用Jetson Nano和Python玩转串口：一个脚本实现双向通信与数据回显测试

news 2026/6/26 4:17:22

用Jetson Nano和Python玩转串口：一个脚本实现双向通信与数据回显测试

在嵌入式开发中，串口通信就像设备之间的"悄悄话"通道。想象一下，你的Jetson Nano需要和Arduino交换传感器数据，或者与工业控制器传递指令，UART（通用异步收发传输器）就是最直接的对话方式。本文将带你用Python的pyserial库，在Jetson Nano上构建一个智能回显测试系统——不仅能接收数据，还能像镜子一样原样返回，这是验证通信链路健康的经典方法。

1. 硬件准备与系统配置

1.1 认识Jetson Nano的UART接口

Jetson Nano开发板提供了多个UART接口，其中最常用的是/dev/ttyTHS1。通过40针GPIO扩展接头可以看到：

引脚编号	功能	物理位置
8	TXD	发送端
10	RXD	接收端
6	GND	接地

连线要点：

Jetson的TXD应连接对方设备的RXD
Jetson的RXD连接对方设备的TXD
务必共地（GND连接）

注意：使用杜邦线连接时，线长不宜超过1米，过长可能导致信号衰减

1.2 环境配置三步曲

安装pyserial库：

sudo apt-get update sudo apt-get install python3-pip sudo pip3 install pyserial

设置串口权限：
```
sudo chmod 666 /dev/ttyTHS1
```
或者更安全的方式是添加用户到dialout组：
```
sudo usermod -a -G dialout $USER
```

验证设备节点：

ls -l /dev/ttyTHS1

正确输出应类似：

crw-rw-rw- 1 root dialout 204, 64 May 10 14:30 /dev/ttyTHS1

2. Python串口通信核心代码解析

2.1 初始化串口对象

import serial import time ser = serial.Serial( port='/dev/ttyTHS1', # 设备路径 baudrate=115200, # 波特率 bytesize=serial.EIGHTBITS, # 数据位 parity=serial.PARITY_NONE, # 校验位 stopbits=serial.STOPBITS_ONE, # 停止位 timeout=1 # 读超时(秒) )

参数详解：

参数	常见值	说明
baudrate	9600, 19200, 115200等	必须与对方设备一致
bytesize	FIVEBITS到EIGHTBITS	通常使用8位数据
parity	PARITY_NONE/ODD/EVEN	无校验/奇校验/偶校验
stopbits	STOPBITS_ONE/ONE_POINT_FIVE/TWO	通常1位停止位

2.2 实现智能回显功能

def echo_test(): try: while True: # 发送欢迎消息 ser.write(b"Jetson UART Echo Server Ready\n") # 检查接收缓冲区 if ser.in_waiting > 0: # 读取数据 received = ser.read(ser.in_waiting) print(f"Received: {received.decode('utf-8', errors='replace')}") # 回显数据 ser.write(received) # 特殊处理回车符 if b'\r' in received: ser.write(b'\n') time.sleep(0.1) except KeyboardInterrupt: print("\nProgram terminated by user") finally: ser.close()

代码亮点：

使用in_waiting属性动态获取缓冲区字节数
errors='replace'参数优雅处理非UTF-8字符
单独处理回车符提升终端显示友好度

3. 高级功能扩展

3.1 数据帧协议设计

简单而实用的帧格式示例：

[STX][数据长度][数据内容][校验和][ETX]

实现代码片段：

def send_packet(data): stx = b'\x02' etx = b'\x03' length = len(data).to_bytes(1, 'big') checksum = sum(data).to_bytes(1, 'big') packet = stx + length + data + checksum + etx ser.write(packet) def receive_packet(): while True: if ser.in_waiting >= 5: # 最小帧长度 if ser.read() == b'\x02': # STX length = int.from_bytes(ser.read(1), 'big') payload = ser.read(length) checksum = int.from_bytes(ser.read(1), 'big') if ser.read() == b'\x03': # ETX if sum(payload) == checksum: return payload

3.2 多线程通信架构

from threading import Thread, Lock class UARTManager: def __init__(self): self.ser = serial.Serial('/dev/ttyTHS1', 115200) self.receive_buffer = bytearray() self.lock = Lock() def start(self): Thread(target=self._receive_thread, daemon=True).start() def _receive_thread(self): while True: with self.lock: if self.ser.in_waiting: self.receive_buffer.extend(self.ser.read(self.ser.in_waiting)) def send(self, data): with self.lock: self.ser.write(data) def get_received(self): with self.lock: data = self.receive_buffer.copy() self.receive_buffer.clear() return data

4. 实战调试技巧

4.1 常见问题排查表

现象	可能原因	解决方案
接收乱码	波特率不匹配	检查双方波特率设置
数据截断	缓冲区溢出	增加读取频率或缓冲区大小
无法打开设备	权限不足	检查用户组和权限设置
通信完全失败	TX/RX接反	交换TXD和RXD连接线
间歇性通信中断	接地不良	确保GND可靠连接

4.2 性能优化建议

调整内核缓冲区：
```
sudo sysctl -w kernel.printk="2 4 1 7"
```
使用DMA模式（需修改设备树）：
```
/dma-channel@0 { status = "okay"; };
```
Python性能技巧：
- 使用bytearray替代频繁的bytes拼接
- 考虑使用select模块监控串口活动
- 对于高波特率(>1Mbps)，建议使用C扩展

在最近的一个物联网网关项目中，我们发现当波特率提升到3Mbps时，Python的解释执行开始成为瓶颈。这时将核心通信模块改用Cython重写后，吞吐量提升了近8倍。不过对于大多数115200bps的应用场景，Python+pyserial的组合已经绰绰有余。

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http://www.jsqmd.com/news/742122/