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CH340在Linux下的驱动加载实战：从识别到通信的完整路径

你有没有遇到过这样的场景？手头一块STM32开发板、ESP32模块，或是自己画的PCB小板子，通过一个小小的CH340转串芯片连上电脑，结果/dev/ttyUSB0死活不出现？插拔无数次，dmesg翻来覆去只看到“new full-speed USB device”，却不见驱动绑定——别急，这正是我们今天要彻底解决的问题。

CH340作为嵌入式世界里最“平民化”的USB转串芯片，几乎无处不在。它便宜、稳定、外围电路简单，但偏偏在某些定制Linux系统中“水土不服”。本文将带你从硬件识别到内核模块加载，再到串口通信验证，走完一趟完整的CH340驱动调试之旅。不只是告诉你“怎么做”，更要讲清楚“为什么”。

为什么CH340有时“用不了”？

现代主流Linux发行版（如Ubuntu 20.04+、Debian 11+）早已把CH340的驱动——准确说是ch341.ko模块——编译进内核或作为默认可加载模块。但一旦进入以下场景，问题就来了：

• 使用Buildroot、Yocto等工具构建的轻量级嵌入式系统；
• 内核配置时未启用CONFIG_USB_CH341选项；
• 老旧系统（如Ubuntu 14.04）或裁剪过度的工业镜像；
• 交叉编译环境缺少对应内核头文件。

这些情况下，即使CH340被USB子系统正确识别，也因缺乏匹配驱动而无法生成/dev/ttyUSB0，用户程序自然无从下手。

那我们该怎么办？不是去网上随便下个.ko文件强行insmod——那是危险操作。我们要做的是：理解机制、按需编译、安全加载。

CH340到底是什么？别再把它当成“普通串口”

先澄清一个常见误解：CH340并不是一个“串口设备”，而是一个USB设备，它的功能是把USB协议“翻译”成TTL电平的UART信号。

当你把CH340模块插入Linux主机时，发生了一系列自动化流程：

1. USB枚举开始
   主机控制器（xHCI/EHCI）检测到新设备接入，读取其描述符，获取VID（Vendor ID）和PID（Product ID）。对CH340G来说，典型值是：
   -idVendor = 0x1a86
   -idProduct = 0x7523

2. 内核尝试匹配驱动
   Linux内核遍历所有注册的USB驱动，查找其.id_table是否包含该VID/PID组合。

3. 驱动绑定与TTY创建
   一旦匹配成功（比如找到了ch341驱动），内核就会调用.probe()函数初始化设备，并通过TTY子系统创建/dev/ttyUSB0。

整个过程依赖的核心框架，就是usb serial驱动架构。

Linux的usb serial架构：通用模型如何支撑万千芯片

Linux并没有为每种USB转串芯片写一套独立的通信逻辑。相反，它设计了一个高度抽象的usb-serial核心层（位于drivers/usb/serial/usb-serial-core.c），让不同厂商的驱动只需实现特定回调函数即可。

这个架构的关键在于两个结构体：

struct usb_serial_driver { const struct usb_device_id *id_table; // 支持哪些设备 int (*open)(struct tty_struct *tty, struct usb_serial_port *port); void (*close)(struct usb_serial_port *port); int (*set_termios)(struct tty_struct *tty, struct usb_serial_port *port, struct ktermios *old); // ... 其他回调 };

以CH340为例，它的驱动文件是ch341.c，虽然名字叫ch341，但实际上同时支持CH340、CH341A等多种型号。

关键代码解析：CH340是怎么被“认出来”的？

static const struct usb_device_id ch341_id_table[] = { { USB_DEVICE(0x1a86, 0x7523) }, /* CH340 */ { USB_DEVICE(0x1a86, 0x5523) }, /* CH341A */ { } /* 结束标记 */ }; MODULE_DEVICE_TABLE(usb, ch341_id_table); static struct usb_serial_driver ch341_device = { .driver = { .owner = THIS_MODULE, .name = "ch341-uart", }, .id_table = ch341_id_table, .num_ports = 1, .open = ch341_open, .close = ch341_close, .set_termios = ch341_set_termios, .attach = ch341_startup, .dtr_rts = ch341_dtr_rts, }; static struct usb_serial_driver *const serial_drivers[] = { &ch341_device, NULL }; module_usb_serial_driver(serial_drivers, ch341_id_table);

📌 注意：module_usb_serial_driver是一个宏，它会自动完成模块的init/exit注册，并将其挂载到usb serial核心框架中。

也就是说，只要你的内核里有这段代码并被编译进去，插入CH340就能自动识别。

实战流程：当系统没有内置驱动时，我们怎么办？

假设你现在面对一台刚刷好的嵌入式主板，插入CH340后发现：

$ dmesg | tail [ +2.123] usb 1-1: new full-speed USB device number 4 using xhci_hcd [ +0.123] usb 1-1: New USB device found, idVendor=1a86, idProduct=7523

看到了VID/PID，说明USB层面没问题。接下来检查驱动是否存在：

$ modinfo ch341

如果返回“Module ch341 not found”，那就得手动补上了。

第一步：准备编译环境

你需要三样东西：

1. 当前运行内核的版本
   bash uname -r # 输出例如：5.15.0-103-generic

2. 对应的内核头文件（headers）
   bash sudo apt install linux-headers-$(uname -r)

3. 内核源码（可选）
   如果你是自己编译的内核，需要确保源码路径一致；使用发行版则通常不需要单独下载。

第二步：找到驱动源码位置

大多数情况下，ch341.c已经存在于内核源码树中。你可以直接查看：

find /usr/src -name "ch341.c" 2>/dev/null

常见路径为：

/usr/src/linux-headers-$(uname -r)/drivers/usb/serial/ch341.c

✅ 提示：即使你没安装完整源码包，只要装了linux-headers-*，就有足够的信息来编译外部模块。

第三步：编写Makefile进行模块编译

新建一个目录，例如ch341-driver，放入以下Makefile：

obj-m += ch341.o KDIR := /lib/modules/$(shell uname -r)/build PWD := $(shell pwd) default: $(MAKE) -C $(KDIR) M=$(PWD) modules clean: $(MAKE) -C $(KDIR) M=$(PWD) clean

然后执行：

make

你会得到几个文件，其中最关键的是：

• ch341.ko—— 可加载的内核模块
• ch341.mod.c,ch341.mod.o—— 自动生成的元数据

第四步：加载模块并验证

sudo insmod ch341.ko

此时再看dmesg：

$ dmesg | tail [ +1.123] ch341: CH341 USB Serial Driver loaded [ +0.001] usbcore: registered new interface driver ch341 [ +2.345] ch341 1-1:1.0: ch341 converter detected [ +0.001] usb 1-1: ch341 converter now attached to ttyUSB0

看到了吗？ttyUSB0出现了！

第五步：权限设置与通信测试

默认情况下，只有root才能访问/dev/ttyUSB0。建议将用户加入dialout组：

sudo usermod -aG dialout $USER

重启终端后即可免sudo使用串口工具。

测试通信（波特率根据设备调整）：

screen /dev/ttyUSB0 115200,cs8,-ixon

或使用Python脚本：

import serial ser = serial.Serial('/dev/ttyUSB0', 115200, timeout=1) print(ser.readline())

如果能收到目标板的启动日志，恭喜你，链路通了！

常见坑点与调试秘籍

❌ 问题1：insmod: ERROR: could not insert module ch341.ko: Invalid module format

这是最常见的错误，原因只有一个：模块与当前内核不兼容。

可能情况包括：
- 编译时使用的内核头文件版本 ≠ 当前运行内核；
- 跨架构编译（x86_64 编译给 ARM 使用）未使用交叉工具链；
- 内核配置差异过大（如开启了CONFIG_MODVERSIONS但模块未签名）。

✅ 解决方法：
- 确保uname -r和linux-headers-*版本完全一致；
- 若为目标平台编译，必须使用对应架构的KERNEL_DIR和交叉编译器。

❌ 问题2：驱动加载成功，但每次插拔设备号递增（ttyUSB0 → ttyUSB1 → ttyUSB2…）

这是因为udev没有为设备建立固定命名规则。

✅ 解决方案：创建udev规则

# /etc/udev/rules.d/99-ch340.rules SUBSYSTEM=="tty", ATTRS{idVendor}=="1a86", ATTRS{idProduct}=="7523", SYMLINK+="ttyCH340"

重新插拔后，始终可通过/dev/ttyCH340访问设备。

❌ 问题3：能识别，但串口乱码或无法通信

检查以下几点：
- 波特率是否匹配（有些MCU默认是9600，有些是115200）；
- 是否启用了流控（RTS/CTS）？可在setserial中关闭；
- 目标板供电不足导致CH340工作异常（尤其是使用USB延长线时）；
- 接线错误（TX-RX反接、GND未共地）。

进阶建议：让CH340支持更智能

自动加载：开机即用

编辑/etc/modules文件（Debian系）或创建 systemd module load service，添加一行：

ch341

下次启动时自动加载模块。

构建系统集成：Buildroot/Yocto中启用CH340

在Buildroot中：

Device Drivers ---> USB support ---> USB Serial Converter support ---> <*> Winchiphead CH341 Single Port Serial Driver

在Yocto中，确保DISTRO_FEATURES包含usb，并在.bbappend中启用配置。

这样生成的固件就原生支持CH340，无需额外干预。

写在最后：掌握底层，才能应对变化

CH340只是一个切入点。真正有价值的是你在这个过程中建立起的认知：

• USB设备是如何被Linux识别的？
• 内核模块如何动态加载？
• TTY子系统与用户空间如何协作？
• 如何安全地编译和部署驱动？

这些能力不仅适用于CH340，也适用于FT232、CP210x、PL2303乃至自定义HID转串设备。

未来哪怕RISC-V开发板满天飞，AIoT设备层出不穷，调试的第一道门，往往还是那个熟悉的串口提示符：“login:”。

而你能做的，就是确保那条通往终端的通道，永远畅通。

如果你在实际项目中遇到CH340或其他USB串口芯片的疑难杂症，欢迎留言交流。我们可以一起拆解dmesg日志、分析lsusb -v输出，甚至反向追踪固件行为。毕竟，每一个“不识别”的背后，都藏着一段等待解读的协议对话。