寻求基于Python实现两台Raspberry Pi串口传输各类文件的开发起点

一、先搞定硬件连接与串口基础配置 #

• 硬件接线：用树莓派GPIO的硬件UART引脚（TXD/GPIO14、RXD/GPIO15），交叉连接两台设备——A的TX接B的RX，A的RX接B的TX，同时将两台设备的GND引脚相连（必须共地，否则通信不稳定）。
• 禁用串口控制台：树莓派默认把硬件UART用作系统控制台，需要关闭。执行sudo raspi-config，依次选择Interfacing Options > Serial，关闭"Would you like a login shell to be accessible over serial?"，开启"Would you like the serial port hardware to be enabled?"，重启设备生效。
• 确认串口设备：重启后用ls /dev/tty*查看，硬件UART对应的设备通常是/dev/ttyS0。

二、搭建Python串口开发环境 #

• 安装pyserial库：这是Python串口开发的标准依赖，执行pip install pyserial完成安装。
• 先做基础通信测试：写极简代码验证双向通信是否正常，避免后续文件传输时排查硬件问题。
  • 发送端测试代码：

    import serial
    import time
    
    ser = serial.Serial('/dev/ttyS0', baudrate=9600, timeout=1)
    time.sleep(2)  # 给串口初始化预留时间
    ser.write(b"Test from RPi 1")
    ser.close()
    

  • 接收端测试代码：

    import serial
    
    ser = serial.Serial('/dev/ttyS0', baudrate=9600, timeout=5)
    data = ser.readline()
    if data:
        print(f"Received: {data.decode('utf-8')}")
    ser.close()
    

三、文件传输核心逻辑设计 #

串口是字节流传输，必须约定简单的传输规则保证文件完整性：

• 先传文件元数据：发送端先发送文件名长度、文件名、文件总字节数，让接收端明确要接收的数据量和保存路径。
• 分块传输大文件：将文件拆成固定大小的块（比如1024字节/块）逐块发送，接收端逐块写入本地文件，避免一次性加载大文件占内存。
• 可选校验机制：给每个数据块加CRC校验，接收端验证后再写入，防止传输错误。

基础功能示例代码 #

发送端（支持任意格式文件）

import serial
import os
import time

def send_file(serial_port, file_path, baudrate=9600):
    ser = serial.Serial(serial_port, baudrate, timeout=2)
    time.sleep(2)

    # 读取文件元数据
    file_name = os.path.basename(file_path)
    file_size = os.path.getsize(file_path)

    # 发送元数据：文件名长度(2字节)+文件名+文件大小(4字节)
    ser.write(len(file_name).to_bytes(2, byteorder='big'))
    ser.write(file_name.encode('utf-8'))
    ser.write(file_size.to_bytes(4, byteorder='big'))

    # 分块发送文件内容
    with open(file_path, 'rb') as f:
        while chunk := f.read(1024):
            ser.write(chunk)
            # 可选：等待接收端确认，避免丢包
            # ack = ser.read(1)
            # if ack != b'OK':
            #     f.seek(-len(chunk), os.SEEK_CUR)
    ser.close()
    print("File sent successfully")

if __name__ == "__main__":
    send_file('/dev/ttyS0', 'sample.pdf')

接收端

import serial
import os

def receive_file(serial_port, save_dir='./received_files', baudrate=9600):
    os.makedirs(save_dir, exist_ok=True)
    ser = serial.Serial(serial_port, baudrate, timeout=5)

    # 读取文件名长度和文件名
    name_len = int.from_bytes(ser.read(2), byteorder='big')
    file_name = ser.read(name_len).decode('utf-8')
    # 读取文件总大小
    file_size = int.from_bytes(ser.read(4), byteorder='big')

    save_path = os.path.join(save_dir, file_name)
    received_bytes = 0

    with open(save_path, 'wb') as f:
        while received_bytes < file_size:
            # 计算剩余需要接收的字节数，避免最后一块超出大小
            chunk_size = min(1024, file_size - received_bytes)
            chunk = ser.read(chunk_size)
            if not chunk:
                print("Connection timeout, transfer incomplete")
                break
            f.write(chunk)
            received_bytes += len(chunk)
            # 可选：发送确认信号
            # ser.write(b'OK')
    ser.close()
    if received_bytes == file_size:
        print(f"File saved to {save_path}")
    else:
        print(f"Transfer failed: received {received_bytes}/{file_size} bytes")

if __name__ == "__main__":
    receive_file('/dev/ttyS0')

四、优化与扩展方向 #

• 提升传输速度：根据硬件支持，将波特率调高到115200甚至更高（两台设备必须设置一致）。
• 异常处理：给代码加入try-except块，捕获串口断开、文件读写失败等异常，提高稳定性。
• 批量传输：扩展代码支持多文件批量发送，比如先发送文件总数，再逐个传输每个文件的元数据和内容。
• 加密传输：如果需要安全性，可在发送前对文件内容加密，接收端解密后再保存。

内容的提问来源于stack exchange，提问作者Michael