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Informação Básica

UART é um protocolo serial, o que significa que ele transfere dados entre componentes um bit de cada vez. Em contraste, protocolos de comunicação paralelos transmitem dados simultaneamente por meio de vários canais. Protocolos seriais comuns incluem RS-232, I2C, SPI, CAN, Ethernet, HDMI, PCI Express e USB.

Geralmente, a linha é mantida alta (em um valor lógico 1) enquanto a UART está no estado ocioso. Em seguida, para sinalizar o início de uma transferência de dados, o transmissor envia um bit de início para o receptor, durante o qual o sinal é mantido baixo (em um valor lógico 0). Em seguida, o transmissor envia cinco a oito bits de dados contendo a mensagem real, seguidos por um bit de paridade opcional e um ou dois bits de parada (com um valor lógico 1), dependendo da configuração. O bit de paridade, usado para verificação de erros, raramente é visto na prática. O bit de parada (ou bits) sinaliza o final da transmissão.

Chamamos a configuração mais comum de 8N1: oito bits de dados, sem paridade e um bit de parada. Por exemplo, se quisermos enviar o caractere C, ou 0x43 em ASCII, em uma configuração UART 8N1, enviaríamos os seguintes bits: 0 (o bit de início); 0, 1, 0, 0, 0, 0, 1, 1 (o valor de 0x43 em binário) e 0 (o bit de parada).

Ferramentas de hardware para se comunicar com a UART:

  • Adaptador USB-para-serial
  • Adaptadores com os chips CP2102 ou PL2303
  • Ferramenta multipropósito como: Bus Pirate, o Adafruit FT232H, o Shikra ou o Attify Badge

Identificando Portas UART

UART possui 4 portas: TX(Transmitir), RX(Receber), Vcc(Tensão) e GND(Terra). Você pode encontrar 4 portas com as letras TX e RX escritas na PCB. Mas se não houver indicação, pode ser necessário tentar encontrá-las usando um multímetro ou um analisador lógico.

Com um multímetro e o dispositivo desligado:

  • Para identificar o pino GND, use o modo de Teste de Continuidade, coloque o fio de retorno no terra e teste com o vermelho até ouvir um som do multímetro. Vários pinos de GND podem ser encontrados na PCB, então você pode ter encontrado ou não o que pertence à UART.
  • Para identificar a porta VCC, ajuste o modo de tensão contínua e configure-o para 20 V de tensão. Sonda preta no terra e sonda vermelha no pino. Ligue o dispositivo. Se o multímetro medir uma tensão constante de 3,3 V ou 5 V, você encontrou o pino Vcc. Se obtiver outras tensões, tente com outras portas.
  • Para identificar a porta TX, modo de tensão contínua até 20 V de tensão, sonda preta no terra e sonda vermelha no pino, e ligue o dispositivo. Se encontrar a tensão flutuar por alguns segundos e depois estabilizar no valor de Vcc, provavelmente encontrou a porta TX. Isso ocorre porque ao ligar, ele envia alguns dados de depuração.
  • A porta RX seria a mais próxima das outras 3, tem a menor flutuação de tensão e o valor geral mais baixo de todos os pinos da UART.

Você pode confundir as portas TX e RX e nada acontecerá, mas se confundir o GND e a porta VCC, pode danificar o circuito.

Em alguns dispositivos-alvo, a porta UART é desativada pelo fabricante desativando RX ou TX ou até mesmo ambos. Nesse caso, pode ser útil rastrear as conexões na placa de circuito e encontrar algum ponto de interrupção. Uma forte dica sobre a confirmação de não detecção da UART e interrupção do circuito é verificar a garantia do dispositivo. Se o dispositivo foi enviado com alguma garantia, o fabricante deixa algumas interfaces de depuração (neste caso, UART) e, portanto, deve ter desconectado a UART e a conectaria novamente durante a depuração. Esses pinos de interrupção podem ser conectados por soldagem ou fios jumper.

Identificando a Taxa de Baud da UART

A maneira mais fácil de identificar a taxa de baud correta é olhar a saída do pino TX e tentar ler os dados. Se os dados que você receber não forem legíveis, mude para a próxima taxa de baud possível até que os dados se tornem legíveis. Você pode usar um adaptador USB-para-serial ou um dispositivo multipropósito como o Bus Pirate para fazer isso, emparelhado com um script auxiliar, como baudrate.py. As taxas de baud mais comuns são 9600, 38400, 19200, 57600 e 115200.

{% hint style="danger" %} É importante observar que neste protocolo você precisa conectar o TX de um dispositivo ao RX do outro! {% endhint %}

Adaptador UART CP210X para TTY

O Chip CP210X é usado em muitas placas de prototipagem como NodeMCU (com esp8266) para Comunicação Serial. Esses adaptadores são relativamente baratos e podem ser usados para se conectar à interface UART do alvo. O dispositivo possui 5 pinos: 5V, GND, RXD, TXD, 3.3V. Certifique-se de conectar a tensão suportada pelo alvo para evitar danos. Por fim, conecte o pino RXD do Adaptador ao TXD do alvo e o pino TXD do Adaptador ao RXD do alvo.

Caso o adaptador não seja detectado, certifique-se de que os drivers CP210X estão instalados no sistema hospedeiro. Uma vez que o adaptador é detectado e conectado, ferramentas como picocom, minicom ou screen podem ser usadas.

Para listar os dispositivos conectados aos sistemas Linux/MacOS:

ls /dev/

Para interação básica com a interface UART, utilize o seguinte comando:

picocom /dev/<adapter> --baud <baudrate>

Para o minicom, use o seguinte comando para configurá-lo:

minicom -s

Configure as configurações, como a taxa de transmissão (baudrate) e o nome do dispositivo na opção Configuração da porta serial.

Após a configuração, utilize o comando minicom para iniciar o Console UART.

Bus Pirate

Neste cenário, vamos interceptar a comunicação UART do Arduino que está enviando todas as impressões do programa para o Monitor Serial.

# Check the modes
UART>m
1. HiZ
2. 1-WIRE
3. UART
4. I2C
5. SPI
6. 2WIRE
7. 3WIRE
8. KEYB
9. LCD
10. PIC
11. DIO
x. exit(without change)

# Select UART
(1)>3
Set serial port speed: (bps)
1. 300
2. 1200
3. 2400
4. 4800
5. 9600
6. 19200
7. 38400
8. 57600
9. 115200
10. BRG raw value

# Select the speed the communication is occurring on (you BF all this until you find readable things)
# Or you could later use the macro (4) to try to find the speed
(1)>5
Data bits and parity:
1. 8, NONE *default
2. 8, EVEN
3. 8, ODD
4. 9, NONE

# From now on pulse enter for default
(1)>
Stop bits:
1. 1 *default
2. 2
(1)>
Receive polarity:
1. Idle 1 *default
2. Idle 0
(1)>
Select output type:
1. Open drain (H=Hi-Z, L=GND)
2. Normal (H=3.3V, L=GND)

(1)>
Clutch disengaged!!!
To finish setup, start up the power supplies with command 'W'
Ready

# Start
UART>W
POWER SUPPLIES ON
Clutch engaged!!!

# Use macro (2) to read the data of the bus (live monitor)
UART>(2)
Raw UART input
Any key to exit
Escritura inicial completada:
AAA Hi Dreg! AAA
waiting a few secs to repeat....
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