The prograss of ethernet serial communication products

武漢波仕電子有限公司

　　本文首先簡單回顧了國內(nèi)以太網(wǎng)串口產(chǎn)品開發(fā)的歷史，然后詳細介紹了以波仕電子產(chǎn)品為代表的四代以太網(wǎng)/串口轉(zhuǎn)換器產(chǎn)品的性能及特點，第一代是以太網(wǎng)/RS-232轉(zhuǎn)換器，第二代是以太網(wǎng)/RS-232/RS-485/RS-422通用轉(zhuǎn)換器，第三代是光電隔離的以太網(wǎng)/RS-232/485/422通用轉(zhuǎn)換器，第四代產(chǎn)品從以太網(wǎng)口直接轉(zhuǎn)換出一對光纖收發(fā)頭用于傳輸串口信號。最后文章對以太網(wǎng)虛擬的串口與傳統(tǒng)串口的差別進行了評論。　

　　 關鍵詞 以太網(wǎng) 串口 工業(yè)通信 RS-232 RS-485

　　目前計算機的以太網(wǎng)接口已經(jīng)大量使用，一般每臺計算機都至少有一個以太網(wǎng)口。在工業(yè)通信領域，以太網(wǎng)口已經(jīng)開始逐步占領傳統(tǒng)的RS-232/RS-485、CAN、USB等通信接口的市場。以太網(wǎng)將是未來重要的PC機工業(yè)通信接口之一，用于實現(xiàn)工業(yè)通信以及存儲、編程等。在以太網(wǎng)技術逐步普及于工業(yè)通信的今天，本文回顧以太網(wǎng)串口通信產(chǎn)品的發(fā)展過程。

　　先回顧我國以太網(wǎng)串口通信產(chǎn)品的開發(fā)成就，我們不得不提到國內(nèi)的P&S公司、臺灣的MOXA公司和ATOP公司。P&S公司在2000年就開發(fā)出一種PS2000的網(wǎng)絡芯片可以讓單片機系統(tǒng)接入以太網(wǎng)。臺灣的MOXA公司是第一個大力進行商業(yè)化推廣以太網(wǎng)串口服務器產(chǎn)品的廠家，臺灣的研華也是重點在工業(yè)通信領域開拓以太網(wǎng)串口通信產(chǎn)品的廠家，他們的產(chǎn)品外形已經(jīng)成為今天廣泛模仿的對象。ATOP公司的GW21型以太網(wǎng)串口服務器成為竟相解剖學習的對象。國內(nèi)還有更多地在以太網(wǎng)串口通信產(chǎn)品領域開拓過的廠家，他們要么已經(jīng)轉(zhuǎn)戰(zhàn)其他領域、或者重點已經(jīng)轉(zhuǎn)移、要么還在繼續(xù)深化技術或產(chǎn)業(yè)化。波仕電子就是一家在以太網(wǎng)串口通信領域不斷創(chuàng)新、開拓的廠家。

　　本文以波仕電子產(chǎn)品為代表介紹了四代以太網(wǎng)/串口產(chǎn)品。第一代是以太網(wǎng)/RS-232轉(zhuǎn)換器，第二代是以太網(wǎng)/RS-232/RS-485/RS-422通用轉(zhuǎn)換器，第三代是光電隔離的以太網(wǎng)/RS-232/485/422通用轉(zhuǎn)換器，第四代產(chǎn)品從以太網(wǎng)口/串口光纖轉(zhuǎn)換器直接轉(zhuǎn)換出一對光纖收發(fā)頭用于傳輸串口信號。最后文章對以太網(wǎng)虛擬的串口與傳統(tǒng)串口的差別進行了評論。

　　今天的以太網(wǎng)串口通信產(chǎn)品已經(jīng)百花齊放，但是存在兩個嚴重的問題：第一是嚴重的同質(zhì)化，從外形就可以看出；第二是缺少芯片級的核心技術，這與國內(nèi)的集成電路技術水平有關。欣慰的是，由于以太網(wǎng)串口通信產(chǎn)品主要用于工業(yè)通信領域，而工業(yè)通信和工業(yè)測量控制領域都是國人的傳統(tǒng)強項，始終是國貨占據(jù)絕大部分市場。

　　第一代產(chǎn)品 以太網(wǎng)/RS-232轉(zhuǎn)換器

第一代以太網(wǎng)工業(yè)通信產(chǎn)品是以以太網(wǎng)/RS-232轉(zhuǎn)換器為典型的。波仕電子是國內(nèi)最早從事以太網(wǎng)/串口轉(zhuǎn)換器的開發(fā)廠家之一。型號為以ETH232的以太網(wǎng)/RS-232轉(zhuǎn)換器（如圖1）用于將一個以太網(wǎng)口轉(zhuǎn)換成為一個RS-232串行口。以太網(wǎng)/RS-232轉(zhuǎn)換器實現(xiàn)以太網(wǎng)與RS-232串口設備相互通訊的一種協(xié)議轉(zhuǎn)換裝置（以太網(wǎng)協(xié)議-串行通信協(xié)議）。在通信主機 (以太網(wǎng))和RS-232串口設備之間，無論是通信主機發(fā)送信息至指定的RS-232串口設備或是RS-232串口設備發(fā)送信息至指定通信主機，都可以經(jīng)其輕易且正確地傳輸。波仕的ETH232是專門為工業(yè)通信設計制造的，特別強調(diào)對工業(yè)通信的適用性。比如我們用工業(yè)通信開發(fā)常用的Visual BASIC 和 Visual C++語言的Mscomm.ocx通信控件編程后進行通信檢測，波仕的ETH232可以在各種版本的Windows下很流暢地正確通信并且對RTS/CTS、DTR/DSR握手信號的控制與監(jiān)測也很正確，而有些市售的以太網(wǎng)/串口轉(zhuǎn)換器卻不能夠通過這樣的檢測。

RS-232 以太網(wǎng)

圖1 波仕電子的ETH232的內(nèi)部電路板

　　ETH232產(chǎn)品具有以下基本性能特點：虛擬串口，外接6-9V電源,自由配置串口號當作新的COM口，并且在WINDOWSXP下可以修改COM口的號碼，軟件只需修改串口號即可，無須重新編寫。

圖2 波仕電子的型號為ETH232L1的以太網(wǎng)/串口轉(zhuǎn)換器

圖3 波仕電子的型號為ETH232GL1的光電隔離以太網(wǎng)/串口轉(zhuǎn)換器

　　第三代以太網(wǎng)工業(yè)通信產(chǎn)品不僅可以從以太網(wǎng)口直接擴展出RS-232、RS-485、RS-422口，而且實現(xiàn)了光電隔離。波仕ETH232GL1光電隔離微型以太網(wǎng)/串口轉(zhuǎn)換器（如圖3）秉承波仕轉(zhuǎn)換器的一貫特色，具有超小型的外形(80*23*47mm)、RS-232、RS-485、RS-422通用，可以虛擬成為本地COM串口(COM1-COM256)、無須修改已有的串口通信軟件。

　　波仕ETH232GL1可能是世界上最小的光隔以太網(wǎng)/串口轉(zhuǎn)換器之一、使用也是極簡便的，專利號:200630307752。ETH232GL1實現(xiàn)了以太網(wǎng)與串口的2500V光電隔離。ETH232GL1的RS-232/485/422的最高通信速率為19.2Kbps，實際可達38.4Kbps以上。內(nèi)置有600W抗雷擊浪涌保護器。

　　ETH232GL1型以太網(wǎng)/串口轉(zhuǎn)換器通過以太網(wǎng)線外插到計算機或者HUB的以太網(wǎng)口。在串口插座旁邊有一個小LED（發(fā)光二極管），當以太網(wǎng)232GL1產(chǎn)品接通后LED會一直亮著。

　　波仕ETH232GL1產(chǎn)品的RS-232/485/422串口端是一個DB-9針座，具有RS-232、RS-485、RS-422全部引腳，并且配有接線端子。當作為RS-232口時與PC機的DB-9針RS-232口的2、3、5腳分配完全相同。作為RS-422時，T+、T—是指從ETH232GL1向外發(fā)送。注意RS-485和RS-422通信時建議要接地線（5腳）。RS-485/422無須跳線選擇。RS-485/422信號的參考地線與RS-232的GND是一樣的。

　　ETH232GL1產(chǎn)品具有以下基本性能特點：虛擬串口，2500V光電隔離，串口為RS-232/RS-485/RS-422通用，自動識別串口號。驅(qū)動程序同波仕ETH232L1以太網(wǎng)/串口轉(zhuǎn)換器。

　　第四代產(chǎn)品以太網(wǎng)/串口光纖轉(zhuǎn)換器

圖4波仕電子的型號為OPET232L1的以太網(wǎng)/串口光纖轉(zhuǎn)換器

　　第四代以太網(wǎng)串口通信產(chǎn)品從以太網(wǎng)口直接轉(zhuǎn)換出一對光纖收發(fā)頭用于傳輸串口信號（如圖4）。波仕電子發(fā)明和首創(chuàng)了以太網(wǎng)/串口光纖轉(zhuǎn)換器、同時也是世界上唯一的以太網(wǎng)/串口光纖轉(zhuǎn)換器。波仕電子的OPET232L1（多模）和OPET232SL1（單模）是最新一代以太網(wǎng)光纖通信產(chǎn)品，直接從以太網(wǎng)口轉(zhuǎn)換出一對光纖收發(fā)頭用于傳輸串口信號。波仕微型以太網(wǎng)/串口光纖轉(zhuǎn)換器具有超小型的外形(74*23*47mm)、可以將以太網(wǎng)口虛擬成為本地COM串口(COM1-COM256)、無須修改已有的串口通信軟件。驅(qū)動程序同波仕ETH232L1系列轉(zhuǎn)換器。由于OPET232L1（或OPET232SL1）傳輸?shù)倪€是串口信號，所以必須成對使用或者與波仕的OPT系列串口/光纖轉(zhuǎn)換器配對使用。由于采用光纖作為通信傳輸介質(zhì)，具有隔離高電壓、防電磁干擾、傳輸距離遠等優(yōu)點。OPET232SL1的傳輸介質(zhì)為單模光纖、OPET232L1的傳輸介質(zhì)為多模光纖，但是外形和驅(qū)動程序是完全一樣的。OPET232L1（或OPET232SL1）的供電也進行了改進，改為通用的T型USB口供電插座。普通的MP3、小靈通手機的充電器都可以當電源使用。供電插座旁邊帶LED指示燈。

　　本產(chǎn)品受以下中國專利保護：200730098650、200630307752、ZL2002284234，侵權(quán)必究！

　　波仕電子的以太網(wǎng)/串口光纖轉(zhuǎn)換器與常見的用于網(wǎng)絡通信的以太網(wǎng)光纖轉(zhuǎn)換器是不一樣的。波仕OPET232L1的串口速率為1200、2400、4800、9600、……、115200bps。常見的以太網(wǎng)光纖轉(zhuǎn)換器傳輸?shù)氖荰CP/IP協(xié)議的以太網(wǎng)信號，它們的速率是10M、100M或者1000M。而TCP/IP通信協(xié)議相對串口通信來講比較復雜、每楨的數(shù)據(jù)量太大、而且關鍵是實時性較差。波仕電子的以太網(wǎng)/串口光纖轉(zhuǎn)換器由于采用RS-232串口通信協(xié)議所以更加適合于工業(yè)測量與控制領域的光纖通信。

　　對以太網(wǎng)虛擬串口的評論

　　波仕的系列以太網(wǎng)串口通信產(chǎn)品都可以通過SerialIP.exe軟件設置(隨產(chǎn)品贈送注冊序列號)用于將已經(jīng)經(jīng)過正確設置IP地址的太網(wǎng)串口轉(zhuǎn)換器的IP地址虛擬成為一個本計算機的串口COM號，這就是以太網(wǎng)/串口轉(zhuǎn)換器生成的“虛擬串口”。

　　有人在使用以太網(wǎng)/串口轉(zhuǎn)換器時發(fā)現(xiàn)某些以前在傳統(tǒng)RS-232口（或RS-485）上運行正常的軟件卻不能夠使用，因而就說通過虛擬串口不是真正的串口。這里所謂的“傳統(tǒng)RS-232口”是指從PC機的主板或者從總線，比如臺式機的PCI總線或者ISA總線、筆記本的PCMCIA總線上擴展出來的RS-232口。PCI總線或者ISA總線、筆記本的PCMCIA總線擴展出來的RS-232口則象PC機主板上的RS-232口一樣分配有自己固定的物理I/O地址，雖然地址不一樣但是位于同一個地址段，WINDOWS操作系統(tǒng)已經(jīng)為這個地址段分配有最多256個地址對應256個COM串口。而PC機的以太網(wǎng)的物理I/O地址與PC機上的“傳統(tǒng)RS-232口”的物理I/O地址完全不一樣，甚至地址段都不一樣。如果串口通信軟件內(nèi)有對COM口的直接I/O讀寫語句，那么肯定無法在以太網(wǎng)/串口轉(zhuǎn)換器的串口上運行。這就是某些通信軟件在“傳統(tǒng)RS-232口”可以運行而在以太網(wǎng)/串口轉(zhuǎn)換器的虛擬RS-232口上不能夠運行的原因。幸運的是現(xiàn)在WINDOWS下的串口通信軟件已經(jīng)幾乎沒有了對物理地址的I/O操作指令而是使用api函數(shù)或者通信控件。使用api函數(shù)或者通信控件的通信程序完全適合于虛擬串口。另外還有一個原因就是對RTS/CTS、DTR/DSR這些握手信號的操作，由于以太網(wǎng)/串口轉(zhuǎn)換器對這些握手信號的虛擬讀寫過程的初始化往往比較耗時，所以容易導致握手信號讀寫失敗。

　　盡管如此，我們?nèi)匀徽J為用以太網(wǎng)/串口轉(zhuǎn)換器以及USB/串口轉(zhuǎn)換器的虛擬串口代替?zhèn)鹘y(tǒng)的RS-232、RS-485、RS-422口是必然的發(fā)展趨勢，就象PCI總線代替ISA總線、Windows代替DOS一樣，雖然后者都更加適合工業(yè)通信和工業(yè)測控。從我們使用的情況看，以太網(wǎng)/串口轉(zhuǎn)換器的虛擬串口的通用性遠遠強于USB/串口轉(zhuǎn)換器的虛擬串口，原因可能是因為以太網(wǎng)的信號線是全雙工的，也就是說是以太網(wǎng)收、發(fā)信號分開的并且可以同時收發(fā)。Windows操作系統(tǒng)從來不是優(yōu)先考慮工業(yè)通信和工業(yè)測控的實時性要求，反而越來越拋棄工業(yè)通信和工業(yè)測控。只有CPU、總線等硬件速度的改進使延時減小從而接近實時性。由于通過WINDOWSapi函數(shù)操作代替對物理地址的I/O讀寫是解決Windows可靠性的一條基本原則，所以用戶越來越遠離Windows內(nèi)核的操作。通信控件其實就是一些通信api函數(shù)的包裝組合。事實上，從WindowsXP開始就沒有了直接I/O讀寫指令，甚至Windows98的直接I/O讀寫也是通過將DOS的I/O讀寫指令編輯成為動態(tài)連接庫然后來調(diào)用的。WindowsXP下的直接I/O讀寫也是通用動態(tài)連接庫的調(diào)用來實現(xiàn)，不過更加復雜，可參見波仕電子網(wǎng)站的軟件。另外減少以太網(wǎng)虛擬串口對RTS/CTS、DTR/DSR這些握手信號的虛擬操作的延時也是一個技術難點，這主要是由以太網(wǎng)/串口轉(zhuǎn)換器內(nèi)部UART的信號初始化處理延時導致的。避免頻繁使用最好不要使用這些握手信號是較好的解決方法。波仕電子所有產(chǎn)品的RS-485接口均使用了零延時自動收發(fā)轉(zhuǎn)換技術，這就保證轉(zhuǎn)換過程中不需要任何握手信號來控制收與發(fā)的切換。