[原创] 通过串口终端连接树莓派(CH340)

• 背景：你是否遇到过"树莓派的WiFi连不上网络，有线连接树莓派也不具备条件"的情况？这个时候，你想通过终端连接到树莓派上还剩下哪些选择？串口就是其中一个可行的办法。对大多数人来说，这种连接方法都算比较少见，但它确实是一个在网络断链时的好方法。
• 目标：让 macOS 通过 USB-TTL (CH340) 模块连接树莓派 GPIO 串口，获得一个完全不依赖网络的终端/登录通道（等同于 SSH 控制台，但走串口线）。
• 树莓派版本：3B Rev 1.2

1. 先认识 CH340 模块：它是什么，能帮我们做什么

1.1 CH340 是什么

CH340 是一颗国产的"USB 转串口"芯片（这类芯片也常被叫做 USB-UART 桥接芯片）。市面上卖的那种USB-TTL 小板，核心就是这颗芯片，板上通常还会引出一排针脚，标着 VCC / 5V / 3V3 / TXD / RXD / GND。

下面是我用AI绘制的CH340模块3D图：

下面是我的实拍图：

它做的事情可以一句话讲清楚：把你的电脑 USB 口变成一个"串口"。电脑这边看到的是一个串口设备，另一端（比如树莓派、单片机）看到的是标准的串口信号，CH340 负责在两者之间翻译数据。这样电脑就能通过串口协议和另一台设备互相收发数据了。

关于驱动

三个主流系统（Windows / macOS / Linux）都有 CH340 的驱动，多数情况下插上就能用，不需要手动装。

macOS 这边，驱动生效的标志是：系统里出现一个叫 /dev/cu.usbserial-XXX 的设备文件。你可以把它理解成"串口的门牌号"——终端程序（比如我们后面要用的 screen）就是靠打开这个文件来跟串口通信的。名字里的 XXX 是一串数字，每次插拔可能不一样。所以你插上 CH340 后，先执行下面这条命令确认一下设备在不在：

ls /dev/cu.usbserial*

能看到类似 /dev/cu.usbserial-110 的输出，就说明驱动没问题，可以继续往下走了。如果什么输出都没有，那多半是驱动没装好。
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关于电平（电压标准）

串口信号的电平有两种常见标准：5V 和 3.3V。树莓派的 GPIO 是 3.3V 逻辑，所以接树莓派时要注意别让 5V 电平直接灌进 GPIO 引脚。CH340 小板一般 3.3V/5V 都兼容，本文的接法只用到 TXD、RXD、GND 三根线，不涉及供电脚，所以只要别把 5V 引脚接到树莓派上就行（后面 2 章会细说）。

1.2 用它连树莓派，具体能做什么

1.3 为什么把它定位成"备用通道"，而不是日常主力

• 慢。9600 波特率换算下来每秒大约只有 0.8KB，敲命令、改配置够用，传文件会等到怀疑人生；
• 电脑得用一根 USB 线物理连着树莓派附近，人不在旁边就用不了；
• 日常调试当然还是 WiFi/网线 SSH 舒服，串口的意义在于：当网络这条路彻底断了，你还有一条路能进系统。

2. 硬件准备与接线

2.1 需要准备的东西

2.2 ⚠️ 接线规则：交叉 + 共地（最容易错的一步）

先解释一下串口的两根数据线：

• TXD：发送（Transmit）——这根线负责"说"；
• RXD：接收（Receive）——这根线负责"听"。

通信要成立，必须一方的发送接到另一方的接收，也就是交叉接：

三个容易踩的坑：

1. TXD 和 RXD 必须交叉，绝不能 TXD 对 TXD。 如果接成 TXD 对 TXD，两边都在"说"、没人"听"，结果就是完全收不到任何数据。记住这个画面：两个人都只对着对方说话、却都把耳朵捂上，谁也听不见谁。
2. GND 必须共地。 意思是 CH340 的地线和树莓派的地线要连在一起，让两边有共同的电压参考点。如果不共地，表现是完全没有输出，或者收到一堆乱码（最常见的现象是收到 0 字节）。这一步看着不起眼，实际上一大半"没反应"的问题都出在它身上。
3. 不要把 VCC / 3V3 / 5V 接到树莓派上。 树莓派自己有电源，CH340 小板靠 USB 口供电，两边电源脚对接会造成双电源冲突，严重时可能烧东西。

另外，杜邦线插拔多了容易接触不良。如果怀疑接触问题，换一根线、或者重新插紧往往就好了。
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2.3 接线示意图

下面这张图把树莓派 40-pin 排针全部画出来了。排针是竖着排列的：左边一列是奇数号 1、3、5…，右边一列是偶数号 2、4、6…，从上往下递增。蓝色高亮的是我们真正用到的三个脚。

图中三个高亮触点分别是：

• Pin 8：树莓派的 TXD（GPIO14）——接 CH340 的 RXD；
• Pin 10：树莓派的 RXD（GPIO15）——接 CH340 的 TXD；
• Pin 20：GND——图里选它只作示例，实际上树莓派上一堆 GND 脚（Pin 6/9/14/20/25/30/34/39）任选一个接都行。

再次强调：CH340 的 TXD 必须接树莓派的 RXD，CH340 的 RXD 必须接树莓派的 TXD，其他引脚一律不接。

3. 树莓派端要改的配置

要让树莓派通过 GPIO 串口提供登录服务，需要改三个系统文件。因为本文假设的场景是"树莓派已经没有任何网络连接"，所以先讲怎么在没有网络的情况下修改这些文件，再逐个讲每个文件改什么。
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3.1 没有网络时怎么改系统文件（拔卡方式）

先认识要改的三个文件：

这里有个背景知识需要先说明：树莓派的 SD 卡（TF 卡）其实分成两个分区。一个是 boot 分区，格式是 FAT32，里面放的是开机要用的配置文件（config.txt、cmdline.txt 都在这里）；另一个是 系统分区，格式是 ext4，装着整个操作系统。FAT32 分区在任何电脑上都能直接读写，而 ext4 分区普通电脑默认是看不到的。

拔卡修改的具体步骤：

1. 关机断电：先在树莓派上正常关机，然后断开电源。切记不能带电拔卡，容易损坏文件系统；
2. 取出 TF 卡，用读卡器插到电脑上；
3. 改 boot 分区的文件：boot 分区是 FAT32，插上后电脑会直接识别。macOS 下它会自动挂载成一个盘，一般叫 /Volumes/bootfs，直接用文本编辑器打开里面的 config.txt、cmdline.txt 修改保存就行；Windows、Linux 同理，打开 TF 卡对应的盘符/挂载点就能看到这两个文件；
4. 系统分区里的文件：如果你需要改第三个文件（serial-getty 的 override），它在 ext4 系统分区里，普通电脑默认看不到。macOS 要用 debugfs 之类的 ext4 工具（需要 root 权限），Windows 可以用 ext2fsd 之类的软件。如果觉得这一步麻烦，可以先跳过它——先只改 boot 分区里的两个文件，等接上串口发现确实登录不了，再回头处理 3.4 节的问题；
5. 安全弹出 TF 卡（macOS 里右键推出），插回树莓派，重新上电。

两个容易困惑的点，提前说明：

• 路径差异：新版 Raspberry Pi OS（Debian 12/13）里，boot 分区在系统内挂在 /boot/firmware/；老版本是挂在 /boot/。但不管系统内路径怎么写，文件本身就在 boot 分区根目录里——你拔卡插电脑后，直接看盘符根目录下有没有 config.txt 就行，不用管 /boot/firmware 这种路径。
• 全新卡 vs 用过的卡：如果你是刚烧录好系统、还没第一次开机的卡，也可以插电脑直接改 boot 分区，效果和改 /boot/firmware/ 一样；如果是已经用过的卡，改之前一定要先正常关机再拔。

3.2 启用 GPIO 串口，并决定用哪个 UART

树莓派 GPIO 上引出的串口默认是关闭的，需要在 /boot/firmware/config.txt 里打开它。用文本编辑器打开这个文件，在文件末尾追加：

enable_uart=1

光打开还不够，树莓派 3 上有个特殊情况需要决定：这颗芯片其实有两个串口硬件——一个叫 PL011（质量好、波特率准，但默认分配给蓝牙用），一个叫 mini-UART（功能弱一些、波特率会随 CPU 频率漂移）。GPIO 引出的串口到底用哪个，由要不要给蓝牙让路决定。有三个方案：

怎么选，取决于你要不要蓝牙：

• 还要用蓝牙：选方案 3。GPIO 串口会是 /dev/serial0 -> ttyS0（mini-UART）。因为 mini-UART 的波特率会随 CPU 频率漂移，建议把波特率定在 9600 这种低速档，或者去固定 CPU 频率，否则可能出现乱码；
• 不需要蓝牙，只想要最稳定的串口：选方案 1。GPIO 串口是 /dev/serial0 -> ttyAMA0（PL011），波特率精确，省心。

后面各小节的命令都以 方案 3（设备名 ttyS0） 为例。如果你选了方案 1，把命令里出现的 ttyS0 全部换成 ttyAMA0 即可。

顺带一提：/dev/serial0 是一个软链接，它总是指向"当前 GPIO 串口实际对应的那个设备"（ttyS0 或 ttyAMA0），所以不确定时先执行 ls -l /dev/serial0 看一眼它指向谁，心里就有数了。

3.3 让内核把启动信息输出到串口（顺便定波特率）

Linux 内核启动时的日志默认是输出到屏幕的。我们希望它同时也输出到 GPIO 串口，这样就算树莓派没接屏幕，也能从串口看到启动过程。

这个行为由 /boot/firmware/cmdline.txt 控制。用文本编辑器打开它，确认里面有这样一段（注意是 serial0，不是别的）：

console=serial0,9600

serial0 就是 GPIO 串口的软链接名，9600 是波特率。如果文件里同时有 console=tty1 之类的（那是输出到本地屏幕的），不要删掉它们，只把 serial0 这一段波特率定为 9600 就好。

波特率这个东西，后面会反复强调：发送端和接收端必须用同一个波特率，否则收到的就是乱码。

3.4 让系统在串口上启动登录程序（serial-getty）

前面两步只是让内核往串口输出日志，但光有日志还不能登录。要登录，系统里得有一个程序在串口上等着，显示 login: 提示符、接受你输入用户名密码——这个程序叫 getty，对应的系统服务是 serial-getty@<串口设备>.service。

树莓派系统在检测到 GPIO 串口启用后，一般会自动启动对应的 serial-getty 服务。但有一个很常见的坑：getty 的波特率必须和内核 console 的波特率一致（都是 9600）。如果登录提示符不出现，多半就是 getty 没启动，或者波特率不对。

手动确认/修正的方法是给 getty 写一个配置文件，强制指定设备和波特率。在树莓派上创建 /etc/systemd/system/serial-getty@ttyS0.service.d/override.conf（目录可能要自己建）：

[Service]ExecStart=ExecStart=-/sbin/agetty --noclear --keep-baud ttyS0 9600 vt100

如果你的 GPIO 串口实际是 ttyAMA0（方案 1），就把上面两处 ttyS0 换成 ttyAMA0，文件名也跟着改成 serial-getty@ttyAMA0.service.d/override.conf。

然后重新加载 systemd 并启用服务：

sudo systemctl daemon-reloadsudo systemctl enable --now serial-getty@ttyS0.service

验证服务确实在跑：

systemctl is-active serial-getty@ttyS0   # 应该输出 activesystemctl list-units | grep ttyS0        # 能看到 serial-getty 在运行

到这里，树莓派端的配置就齐了：GPIO 串口已启用、内核往串口输出日志、getty 在串口上等你登录。

4. macOS 这一端怎么连

4.1 先确认设备名

CH340 插上后 macOS 会自动给它分配一个设备文件，名字是 /dev/cu.usbserial-XXXX（也可能是 /dev/tty.usbserial-XXXX）。注意末尾那串数字每次重新插拔都可能变（比如这次是 11310，下次变成 11320，再下次是 110），所以别死记一个名字，每次用之前先查一下：

ls /dev/cu.usbserial*

如果这条命令什么都查不到，说明驱动没装好，去 WCH 官网装 macOS 驱动。

4.2 用 screen 连上去

macOS 自带的 screen 命令就能当串口终端用：

screen /dev/cu.usbserial-110 9600

格式是 screen 设备文件 波特率，把设备名换成你上一步查到的实际名字。连接成功后，按一下回车，应该能看到：

rpi login:

输入树莓派的用户名和密码，就进入 shell 了，用法和 SSH 完全一样。

退出 screen 的方法：先按 Ctrl+A，松开后再按 K，最后按 y 确认退出。

4.3 不想开终端？也可以用命令直接收发

如果你是脚本/程序要自动化测试串口，不需要交互式终端，可以用下面的方式非交互地验证：

DEV=/dev/cu.usbserial-110                       # 换成你实际的设备名stty -f "$DEV" 9600 raw -echo                   # 设置波特率 9600，关闭回显(timeout 4 cat "$DEV" > /tmp/rx.txt &)          # 后台启动一个读取，读 4 秒printf '\r' > "$DEV"                            # 往串口写一个回车，触发登录提示cat /tmp/rx.txt                                 # 查看收到的内容，应该能看到 "rpi login:"

stty 负责配置串口参数，cat 负责读，printf 负责写——把串口当成一个文件来读写就行。

5. 调试记录：踩过的坑

下面这些是实际接线、调通过程中遇到的问题。如果你一次就成功了，可以跳过本章；如果哪里不对，按顺序排查通常能解决。
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5.1 第一次接上：完全没有输出，或者全是乱码

刚接上时最常见的两个现象：读串口读到 0 字节（什么都没有），或者读到 40~70 字节的乱码。

按下面的顺序排查：

第 1 步：先确认 CH340 小板本身是好的（环回测试）

把 CH340 和树莓派的接线全部断开，然后用一根杜邦线把 CH340 板上的 TXD 和 RXD 短接（直接连在一起）。这样一来，CH340 自己发出去的数据会原路回到自己。然后用 screen 连上串口随便敲几个字：如果敲什么回显什么，说明 CH340 小板、USB 线、驱动这一整条链路都是好的，问题出在树莓派那一侧。

不想开终端的话，也可以用命令自动验证：

stty -f $DEV 115200 raw -echo(timeout 8 cat $DEV > /tmp/loop.txt &)   # 后台读printf 'HELLO_LOOP' > $DEV                # 写入一串测试文字grep HELLO_LOOP /tmp/loop.txt && echo OK   # 能在读到的内容里找到它 => 模块正常

如果这步通过，说明小板没问题，继续看第 2 步。

第 2 步：检查 GND 是否共地、TXD/RXD 是否交叉

读到的字节数是 0 时，优先怀疑两件事：GND 没接（换一个 GND 引脚试试），或者 TXD/RXD 没交叉。我实际遇到过：把 GND 从 Pin 30 换到 Pin 20 之后，读到的数据从 0 字节一下子变成 182 字节——共地的影响就是这么明显。

第 3 步：把 TXD 和 RXD 两根线对调

如果前面都查过还是没数据，把 TXD、RXD 两根线互换位置再试。很多时候数据从无到有，就差这一下。

5.2 有数据了，但是全是乱码 → 波特率不对

现象：能收到数据了，但内容完全没法看，全是乱码；而且换了好几档波特率读出来的都是"长度差不多的乱码"。

这是因为两边的波特率不一致。串口通信里，发送方和接收方必须用同样的波特率（相当于约定同样的说话语速），否则对方听到的就是无意义的声音。

推荐用"矩阵测试"来找到正确的波特率：树莓派和 macOS 两边同步切到同一个波特率，树莓派持续发一段特征文字，macOS 在另一边读，看哪一档能读出可读的文本。

树莓派侧（示例用 9600）：

sudo stty -F /dev/ttyS0 9600 raw -echo        # ttyS0 或 ttyAMA0，按你实际设备名for i in 1 2 3 4; do echo -n "MATRIX_BAUD_9600_$i" > /dev/ttyS0; sleep 0.2; done

macOS 侧：

stty -f $DEV 9600 raw -echo(timeout 4 cat $DEV > /tmp/mx.txt &)grep MATRIX_BAUD /tmp/mx.txt && echo 通过

我实际测试的结果是：9600 波特率下两边完全互通，反而 115200 读出来是乱的——这块 CH340 小板在 115200 这个高速档上精度不稳。所以最后统一把波特率定在 9600（8 数据位、无校验、1 停止位，也就是常说的 8N1），内核 console、getty、macOS 端全部用 9600。

5.3 能看到内核日志，但没有 login 提示 → getty 没起来

现象：串口上能看到内核启动的日志，但日志播完就没了，一直没有 login: 提示符。

这说明问题不在硬件，而在系统这边——没有程序在串口上等你登录，也就是 3.4 节说的 getty 没有正确启动，或者它的波特率和 console 不一致。解决办法就是按 3.4 节写好 override 文件、启用对应的 serial-getty@<设备>.service。

5.4 换了个 USB 口，就连不上了 → 设备名变了

现象：之前明明连得好好的，换了个 USB 口再插，screen 报错 [screen is terminating]。

原因在 4.1 节说过：设备名末尾的数字每次插拔都可能变。换了 USB 口，旧名字就失效了。解决办法很简单：重新执行 ls /dev/cu.usbserial* 查出新的设备名，用新名字重新连接。

6. 最终验证（确认可用）

配置全部完成后，用下面两条验证整个链路是通的。
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交互式验证（macOS 终端里）：

screen /dev/cu.usbserial-110 9600# 应该看到 rpi login:，输入用户名密码进入 shell

非交互式验证（脚本里用）：

printf '\r' > $DEVtimeout 5 cat $DEV        # 应该能看到 "rpi login:"