Activación de UART en Raspberry Pi: Guía Paso a Paso

Hay muchas maneras en que el Raspberry Pi pueda enviar y recibir información. El protocolo de Receptor-Transmisor Asíncrono Universal, o UART, permite la comunicación entre dispositivos conectados. En Raspberry Pi, este método de comunicación se refiere comúnmente como el Puerto Serial.

En el sistema operativo Raspberry Pi OS, el puerto serial (UART) se puede habilitar usando la interfaz gráfica o las líneas de comandos de la consola para uso en terminal. También hay una opción que se puede encontrar en el archivo config.txt.

Antes de discutir las diferentes opciones para habilitar UART en Raspberry Pi, comencemos con una breve introducción a lo que es exactamente UART y cómo ha sido configurado para Raspberry Pi.

¿Qué es UART y el Protocolo de Comunicación Serial?

UART significa protocolo de Receptor-Transmisor Asíncrono Universal. Es un protocolo de comunicación popular para dispositivos de hardware que involucra la transmisión de datos bit por bit, en serie.

Puede ser de uno o dos cables según la implementación.

Te permite múltiples opciones de configuración para cosas como el formato de datos y las velocidades de transmisión (a menudo denominadas como tasa de baudios, que es el número de bits transmitidos por segundo). En general, es un protocolo de comunicación muy versátil y ampliamente usado.

En cuanto a el Raspberry Pi, este protocolo se ha definido como el Puerto Serial. También hay una opción adicional de Consola Serial, la cual es configurable de manera similar a la opción anterior. Discutiremos brevemente ambas opciones para que tengas una mejor idea de lo que son.

El Puerto Serial

El Puerto Serial es la interfaz UART real que está disponible a través de los GPIOs 14 y 15 del Raspberry Pi (denominados como los pines TX y RX). Esta interfaz está deshabilitada por defecto, así que si queremos usar UART en el Pi, necesitaremos habilitarla.

Las diferentes maneras de hacer esto te las presentaré en detalle en este artículo.

La Consola Serial

Imagina un escenario donde no puedes acceder a una pantalla HDMI o a SSH para el Pi. ¿Cómo accederías al Pi en este caso? Aquí es donde la Consola Serial viene al rescate.

La consola serial te permite acceder al shell del Pi vía UART. Por defecto, está deshabilitada, ya que es un riesgo de seguridad para el Pi. Cualquiera con acceso físico a tu Pi puede acceder a él, si esto ha sido habilitado. Sin embargo, es excelente para propósitos de depuración, para averiguar qué problema tiene cualquier interfaz existente.

Vamos a ver cómo acceder al terminal de tu Pi vía UART en la sección final de este tutorial. Ahora que tenemos una idea de qué es UART y cómo se ha configurado para el Raspberry Pi, veamos las distintas maneras de habilitar UART en el Pi.

Configurando Raspberry Pi OS para conexiones seriales UART

Esta sección cubre las diferentes maneras en que podemos habilitar UART en el Raspberry Pi (ejecutando Raspberry Pi OS Bookworm).

Hay tres maneras principales de habilitar UART en el Pi:

• A través de la aplicación de configuración de Raspberry Pi.
• A través del terminal de Raspberry Pi.
• Cambiando los archivos de arranque para habilitar UART.

Vamos a explorar cada método en detalle ahora.

Nota: todo este tutorial ha sido probado en un Raspberry Pi 4 ejecutando la última versión de Bookworm. Sin embargo, los pasos mostrados aquí deberían funcionar también en modelos anteriores de Pi que ejecutan sistemas operativos heredados.

Cómo Habilitar UART en Raspberry Pi usando la Interfaz Gráfica

Creada por la Fundación Raspberry Pi, la Configuración de Raspberry Pi es una herramienta fácil de usar para configurar tu Raspberry Pi. La aplicación de configuración te da acceso rápido a una serie de opciones de configuración disponibles dentro del sistema operativo de Raspberry Pi.

Como se discutió anteriormente, hay dos opciones disponibles para conexiones seriales UART: Puerto Serial y Consola Serial. Hagamos un recorrido breve por todo el proceso de habilitarlos, paso a paso:

• Abrir el menú de aplicaciones en la parte superior izquierda del entorno de escritorio del sistema operativo de Raspberry Pi. Seleccionar Preferences >> Raspberry Pi Configuration.
  
  
• Esto abrirá una nueva ventana de Configuración de Raspberry Pi, como se muestra a continuación.
  
• A continuación, moverse a la pestaña “Interfaces” en el medio de los cinco grupos de opciones. Bajo esta pestaña, encontrarás dos opciones para el protocolo de comunicación UART: Puerto Serial y Consola Serial.
  
• Al habilitar las opciones de Serial, habrás notado que la Consola Serial está deshabilitada de forma predeterminada y no puedes habilitarla. Esto se debe a que la Consola Serial requiere el Puerto Serial para operar. Una vez que el Puerto Serial está habilitado, la opción de Consola Serial puede activarse.
• Activar ambas opciones, ya que nos permitirá acceder al terminal del Pi, lo cual es genial para depurar, como se mencionó anteriormente.
  
• Una vez que hayas terminado con la aplicación de Configuración de Raspberry Pi, hacer clic en “OK” y permite que tu configuración se actualice. Luego se te pedirá si te gustaría reiniciar tu Raspberry Pi OS ahora o más tarde. Para solidificar los cambios, siempre es mejor reiniciar de inmediato.

¡Genial! Ya has habilitado UART en tu Pi y ahora puedes conectar dispositivos compatibles en serie a través de la interfaz de pines del Pi para UART (pines Tx y Rx). Aprenderemos más sobre esto en la sección final de este artículo.

Cómo Habilitar la Interfaz UART / Serial en Raspberry Pi OS Usando Comandos de Terminal

Utilizar comandos bash proporciona un método diferente para configurar tu Raspberry Pi. La pantalla de configuración dentro de tu terminal se parece vagamente a la aplicación de Configuración de Raspberry Pi – con énfasis en vagamente.

La herramienta de configuración de terminal te ofrece todo lo que la aplicación de software hace, con algunas opciones más. Habilitar UART es igual de fácil y es más rápido que la primera opción.

Habilitar UART desde el terminal es muy sencillo. Recorriendo todo el proceso, los pasos para usar la herramienta de configuración del terminal son:

• Hacer clic en el acceso directo para el terminal en el lado izquierdo de la barra de tareas y escribir el comando shell:
  sudo raspi-config
• Esto lanzará inmediatamente la Herramienta de Configuración de Software de Raspberry Pi – mostrando la siguiente ventana dentro de tu terminal:
  
• Seleccionar “Interface Options” > “Serial Port” para habilitar UART. A diferencia de la aplicación de Configuración de Raspberry Pi, tanto el Puerto Serial como la Consola Serial se encuentran dentro de un solo grupo “Interface Options”.
  
• Una vez que se selecciona “Serial Port”, dos o tres ventanas te darán opciones e información para habilitar UART. La primera ventana preguntará <Yes> o <No> para tener un shell de inicio de sesión accesible a través de UART. Seleccionar <Yes> habilita tanto el Puerto Serial como la Consola Serial.
• Tener en cuenta que si respondes <No> a la primera ventana, aparecerá una segunda ventana con una pregunta de <Yes> o <No> para habilitar solo el Puerto Serial. Esto sucederá solo si seleccionaste <No> en la primera pregunta.
  
• En función de la elección que hagas, verás la pantalla de salida indicando si ambas opciones están habilitadas (shell de inicio de sesión serial e interfaz serial) o solo la interfaz serial. Para este tutorial, hemos habilitado ambas como se muestra en la imagen a continuación.
  
• Finalmente, el terminal te mostrará lo que habías elegido como forma de presentar los cambios en la interfaz.

¡Has habilitado UART en tu Pi usando el terminal exitosamente! Para este tutorial, habilitar tanto el Puerto Serial como la Consola Serial, ya que en la sección final nos adentraremos en cómo puedes acceder al terminal de tu Pi de forma serial.

Artículo relacionado: Raspi-Config: A Guide To Raspberry Pi’s Best Hidden Tool (en inglés)

Editando los Archivos de Arranque para Habilitar UART Sin Iniciar el Sistema

Puede haber casos donde ni tengas un monitor HDMI ni acceso SSH a tu Raspberry Pi. En este caso, ¿cómo configurarías tu Pi inicialmente? Además, puede haber algunos problemas técnicos que no te permitan acceder a tu Raspberry Pi en absoluto.

En estos casos, tener acceso a la Consola Serial es la mejor solución. Pero para esto, necesitas habilitar el interfaz serial general para tu Pi. ¡Aprenderemos cómo hacer justo eso en esta sección extra!

• Necesitarás la Tarjeta SD en la que se ha instalado el sistema operativo de Raspberry Pi para tu Pi. Insértala en tu sistema principal y luego navega a ese directorio en particular. Nos interesamos en dos archivos específicos:
  – config.txt
  – cmdline.txt
  
  
  
• Primero, tenemos que habilitar la interfaz serie. Para ello, abre el archivo config.txt en tu editor de texto favorito y añade lo siguiente al final del archivo: “enable_uart=1”. Esto le indicará a nuestro Pi que habilite la interfaz serie al iniciar. No olvides guardar los cambios que hiciste.
  
  
  
• Perfecto, ¡has habilitado UART para tu Pi sin siquiera encenderlo! Genial, ¿verdad? Ahora, si quieres acceder a la Consola Serie, tienes que hacer algunos cambios adicionales en otro archivo de inicio: cmdline.txt.
  
  # Añade esto si no está ya agregado
console=serial0,115200
  
  Una vez que hayas hecho estos cambios, guárdalos y estarás listo para continuar.

Ahora conoces tres formas diferentes de habilitar UART en tu Raspberry Pi. A continuación, veremos esta interfaz en acción. Para eso, accederemos al terminal del Pi a través de UART en la sección final de este tutorial.

Interfaz UART en Acción – Consola Serie

Una vez que hayas habilitado la interfaz UART en tu Pi a través de cualquiera de los métodos descritos anteriormente, deberías poder usar la interfaz Serie para acceder al terminal del Pi. Para esto, necesitarás un dispositivo convertidor de USB a TTL además de tu Pi, que se ve algo así:


Una vez que tengas todo listo, sigue los pasos a continuación para ver la interfaz UART en acción.

• El primer paso es conectar tu Raspberry Pi a esta placa conversora USB a TTL para que podamos acceder a la interfaz serial de la Pi a través de otros dispositivos. Simplemente sigue el diagrama de pines a continuación para hacer las conexiones necesarias.
  
  
  Las conexiones son las siguientes:
  GND (Pin de Tierra) de el Raspberry Pi >> Pin GND de la Placa UART
  Pin TXD (GPIO14) de el Raspberry Pi >> Pin RXD de la Placa UART
  Pin RXD (GPIO15) de el Raspberry Pi >> Pin TXD de la Placa UART
  
• Una vez que hayas realizado estas conexiones, ¡estás listo para ver esta interfaz en acción! Opcional: Por defecto, los registros de arranque en la consola están deshabilitados por razones de seguridad. Sin embargo, haciendo un pequeño cambio en el archivo de arranque cmdline.txt nos permite acceder a ellos.
  
  Para imprimir los registros de arranque en la consola, necesitamos eliminar el siguiente contenido del archivo cmdline.txt:
  
  quite splash plymouth.ignore-serial-consoles
  
  Esto nos permitirá acceder a los registros de arranque de la Pi, lo cual puede ser muy útil para depurar posibles problemas de arranque.
  
  
  
• Ahora lo único que te queda es acceder al terminal de nuestra Pi a través del UART. Una vez que hayas conectado la placa UART a la Pi (que debes mantener apagada) y conectado la placa UART a tu PC/Portátil, simplemente enciende el Raspberry Pi.
  
• Para acceder a la conexión serial, puedes hacer lo siguiente, dependiendo del sistema:
  
  – Windows: Necesitarás realizar algunos pasos adicionales para los sistemas Windows. Primero, debes descargar los controladores específicos del módulo UART (controladores CP210x). Consulta el siguiente video para esto: How to install UART Module Drivers on Windows.
  
  Una vez que hayas hecho esto, puedes usar PuTTY para acceder a la interfaz serial. Consulta este excelente artículo para una guía detallada paso a paso sobre esto.
  
  – Linux/Mac: Para los sistemas Linux/Mac, es mucho más fácil y directo. Una vez que conectes el módulo UART a tu sistema, verás una entrada para él bajo la ruta /dev/cu.usbserial-xxxx (xxxx es un número, que en mi caso era 0001).
  
  Abre una ventana de terminal y escribe el siguiente comando para acceder a la consola serial:
  
  screen /dev/cu.usbserial-0001 115200 -L
  
• ¡Genial! Ahora se te pedirá el nombre de usuario y la contraseña de tu Pi. Introdúcelos y ahora tendrás acceso al terminal de tu Pi a través de UART.
  
  

Con esto concluye este tutorial. Ahora sabes las diferentes formas de habilitar UART en tu Raspberry Pi y cómo usar la interfaz UART en tu Pi.

Conclusión

En este artículo, aprendiste qué es UART y los diferentes métodos para habilitar esta Interfaz Serial en el Raspberry Pi. Resumamos las formas que exploramos:

• A través de la Aplicación de Configuración de Raspberry Pi.
• A través del Terminal de la Pi.
• Cambiando Archivos de Arranque para habilitar UART.

Luego, vimos esta interfaz en acción cuando la usamos para acceder a la Consola Serial. Sin embargo, hay muchas más aplicaciones para esta interfaz. Por ejemplo, puedes conectar sensores basados en UART con tu Pi y usarlos para varias aplicaciones.

En general, las posibilidades son infinitas para esta sencilla pero potente interfaz de comunicación junto con el Raspberry Pi.