UART 或通用异步收发器，可在数字设备之间实现可靠的串行通信。首先，它将并行数据转换为串行形式进行传输。然后，接收端再次将数据重构为并行形式。因此，这种简单的接口被广泛应用于嵌入式导航系统中。惯性导航系统，或 INS，依赖于实时传感器通信。因此，UART 提供了一种轻量级且高效的方法来将 IMU 连接到处理器。
与更复杂的接口不同，UART 不需要专用的时钟线。相反，数据是使用可配置的波特率和标准帧格式传输的。每次传输都包括起始位、数据位、奇偶校验位和停止位。因此，这种结构确保了跨设备的错误检测和同步。在实践中，INS 模块会生成大量的加速度计和陀螺仪数据流。
UART 波特率和输出速率
波特率定义了 UART 每秒传输的符号或比特数。更高的波特率可提高吞吐量，这对于快速 IMU 数据传输至关重要。然而，更高的速度也使信号对噪声和线路质量更加敏感。IMU 的输出速率决定了传感器生成导航数据的频率。例如，IMU 可能以 200 Hz 或更高的频率输出测量值。为了可靠地传输这些数据，必须选择 UART 波特率以适应传感器的传输数据量 Plus 协议开销。
电缆长度直接影响 UART 性能。更长的电缆会增加电容和电阻，这在高波特率下会使信号失真。因此，更短的电缆允许更高的波特率，而更长的电缆可能需要降低波特率以保持数据完整性。例如，115200 波特率可能在几米范围内可靠工作，但高于 1 Mbps 的速率通常需要非常短且屏蔽良好的电缆。
因此，工程师必须平衡这三个参数。如果 IMU 具有高输出速率，则需要足够高的波特率，但电缆长度必须保持较短以避免数据丢失。反之，如果无法避免使用更长的电缆，则降低波特率或使用差分信号接口（例如 RS-422 或 RS-485）可确保稳定的通信。
因此，UART 通道将此信息直接传输到导航计算机。延迟极小，且协议开销极低。因此，工程师倾向于使用 UART 进行简单而稳健的系统集成。此外，该接口支持灵活布线和最少的硬件资源。它在紧凑型或功耗受限的应用中特别有效。此外，在国防和航空航天 INS 中，可靠性和稳定性是关键要求。
UART 确保连续数据流，无需复杂的通信堆栈。此外，开发人员可以优化波特率以匹配传感器数据速率。例如，高速率 IMU 每秒输出数千字节。因此，正确配置后，UART 接口可以处理此需求。
同时，流量控制技术可防止高负载条件下的数据丢失。硬件或软件缓冲区也能有效管理异步数据突发。反过来，UART 的确定性行为提高了嵌入式系统的可预测性。为了增强完整性，设计人员通常将 UART 与更高级别的协议结合使用。因此，错误检查和数据包帧为导航数据交换增加了鲁棒性。这种方法确保了在具有挑战性的操作环境下的精确通信。
总之，UART 为 INS 传感器集成提供了一个成熟的解决方案。
