串口轉(zhuǎn)以太網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)

發(fā)布時(shí)間：2009-10-29 作者：上海卓嵐 瀏覽量：6275

串口轉(zhuǎn)以太網(wǎng)目前可以采用串口轉(zhuǎn)以太網(wǎng)模塊來實(shí)現(xiàn)，變得非常簡單易用，但是在該技術(shù)中出現(xiàn)的一些新問題、使用誤區(qū)需要引起注意。串口轉(zhuǎn)以太網(wǎng)并不是簡單傳輸媒介的變化，而是串口到TCP/IP的協(xié)議轉(zhuǎn)化。其中關(guān)系到的關(guān)鍵技術(shù)包括：TCP/IP的工作模式問題、串口分幀技術(shù)、9位技術(shù)。這里詳細(xì)分析這些串口轉(zhuǎn)網(wǎng)口的技術(shù)。

串口一般來說就是UART，它實(shí)際只定義了數(shù)據(jù)鏈路層的規(guī)范，也就是起始位、數(shù)據(jù)位、停止位。但是在不同的物理層又分為：TTL串口、RS232串口、RS485串口等。
TTL串口：它是MCU芯片之間進(jìn)行數(shù)據(jù)通信的串口，它以+5V（或者+3.3V）表示1，以GND表示0。
RS232串口：它是實(shí)現(xiàn)設(shè)備之間通信的串口，其主要將信號(hào)電壓從0～5V的電壓變?yōu)椤?5V（實(shí)際一般為±12V）。電壓的增加，增大了數(shù)據(jù)傳輸?shù)木嚯x和可靠性。
RS485串口：它是實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離通信的串口，可以實(shí)現(xiàn)上千米的數(shù)據(jù)傳輸。其主要特征是用差模信號(hào)（A、B兩根線之間的電壓）代替了RS232共模信號(hào)（信號(hào)線和GND之間的電壓），從而能夠抵抗共模干擾，實(shí)現(xiàn)更遠(yuǎn)距離的傳。

如果按照ISO的7層模型（物理層、數(shù)據(jù)鏈路層、網(wǎng)絡(luò)層、傳輸層、會(huì)話層、表示層、應(yīng)用層）來分的話，串口實(shí)際上只包含了物理層、數(shù)據(jù)鏈路層。而TCP/IP協(xié)議應(yīng)該屬于網(wǎng)絡(luò)層和傳輸層。所以串口轉(zhuǎn)TCP/IP并不準(zhǔn)確。以太網(wǎng)屬于物理層和數(shù)據(jù)鏈路層，所以串口轉(zhuǎn)以太網(wǎng)更加準(zhǔn)確。

由于目前在以太網(wǎng)之上運(yùn)行的協(xié)議多半是TCP IP協(xié)議，所以串口轉(zhuǎn)以太網(wǎng)也可以說成是串口轉(zhuǎn)TCP IP。

串口轉(zhuǎn)以太網(wǎng)，并不是簡單物理層和數(shù)據(jù)鏈路層的轉(zhuǎn)化。由于串口協(xié)議本身不具有網(wǎng)絡(luò)層和傳輸層，串口轉(zhuǎn)以太網(wǎng)，實(shí)際是將串口的數(shù)據(jù)作為TCP/IP的應(yīng)用層數(shù)據(jù)，用TCP/IP封裝傳輸?shù)姆绞健CP/IP的應(yīng)用層數(shù)據(jù)是TCP/IP所要傳送的真正有效的數(shù)據(jù)。例如用戶通過socket的recv()和send()函數(shù)接收和發(fā)送的實(shí)際是應(yīng)用層數(shù)據(jù)。這樣通過串口轉(zhuǎn)TCP IP用戶就可以用recv()和send()函數(shù)收發(fā)串口數(shù)據(jù)了。

但是TCP/IP并不只是recv()和send()這么簡單，根據(jù)工作模式的不同，它關(guān)系到連接、關(guān)閉、監(jiān)聽等，這是串口轉(zhuǎn)網(wǎng)口后需要增加處理的部分。TCP IP的工作模式可以分為：TCP服務(wù)端模式（TCP Server）、TCP客戶端模式（TCP Client）、UDP模式。

UDP模式：UDP模式是基于非連接的模式，只要有數(shù)據(jù)發(fā)送即可發(fā)送，不需要事先連接。所以這種模式更加地接近于串口的通信方式。但是UDP協(xié)議無法保證數(shù)據(jù)不丟失，容易產(chǎn)生誤碼。

TCP模式：TCP模式采用數(shù)據(jù)可靠傳輸機(jī)制，所以可以保證數(shù)據(jù)基本不誤碼、不丟失。在TCP通信中，必然是由通信的兩端構(gòu)成，其中一方是TCP客戶端，一方是TCP服務(wù)端。TCP客戶端和TCP服務(wù)端的概念可以用電話來類比。TCP客戶端是打電話的人，而TCP服務(wù)端是接電話的人。

如何選擇TCP/IP的工作模式？
1.TCP與UDP的選擇：盡量選擇TCP模式，特別是經(jīng)過internet的大數(shù)據(jù)量傳輸，udp容易誤碼和丟失。
2.選擇TCP客戶端還是TCP服務(wù)器端：請(qǐng)遵循以下原則：
原則一：發(fā)起數(shù)據(jù)發(fā)送的一方應(yīng)該選擇為客戶端。例如一個(gè)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，采集終端應(yīng)該為客戶端。這是因?yàn)楫?dāng)TCP連接斷開的情況下，客戶端能夠在需要發(fā)送數(shù)據(jù)的時(shí)候主動(dòng)建立連接。而TCP服務(wù)端，只能夠被動(dòng)地接受連接，使得數(shù)據(jù)無法發(fā)送出去。
原則二：IP或者域名固定的一方為服務(wù)器端。例如在有多個(gè)數(shù)據(jù)采集終端，而只有一個(gè)中心服務(wù)器的情況下，中心服務(wù)器應(yīng)該為服務(wù)端。這是因?yàn)?，中心服?wù)器的IP或域名一般是固定的，而采集終端的IP是不斷增加和變化的。中心服務(wù)器難以記住所有的采集終端的IP，所以也難以發(fā)起連接；而采集終端尋找中央服務(wù)器就比較容易。

串口數(shù)據(jù)是可以連續(xù)不斷發(fā)送的，而以太網(wǎng)數(shù)據(jù)則是以數(shù)據(jù)包為單位發(fā)送的。這樣就關(guān)系到將多長的串口數(shù)據(jù)打包后作為一個(gè)以太網(wǎng)數(shù)據(jù)包發(fā)送的問題。

數(shù)據(jù)包長度：以太網(wǎng)數(shù)據(jù)包最長1500多字節(jié)，所以在串口轉(zhuǎn)網(wǎng)口轉(zhuǎn)發(fā)器收到1500字節(jié)后必須將其打包發(fā)送。用戶可以設(shè)定這個(gè)數(shù)據(jù)包長度上限。

數(shù)據(jù)包間隔：除了數(shù)據(jù)包長度作為串口分幀的規(guī)則外，一個(gè)更為符合邏輯的方法是通過數(shù)據(jù)包間隔。當(dāng)串口轉(zhuǎn)TCP IP轉(zhuǎn)發(fā)器發(fā)現(xiàn)的串口數(shù)據(jù)流中出現(xiàn)了T毫秒的空閑時(shí)間時(shí)，則認(rèn)為之前收到的串口數(shù)據(jù)可以作為一個(gè)以太網(wǎng)數(shù)據(jù)包發(fā)送了。這里的T就是用戶設(shè)定的數(shù)據(jù)包間隔。

以太網(wǎng)數(shù)據(jù)是以字節(jié)Byte計(jì)算的每個(gè)字節(jié)都是8位，但是串口數(shù)據(jù)則有可能出現(xiàn)9位，第9位常常用于區(qū)分是地址幀還是數(shù)據(jù)幀，1表示地址幀0表示數(shù)據(jù)幀。那么在當(dāng)串口轉(zhuǎn)化為以太網(wǎng)之后，如何將第9位也傳送出去就成了一個(gè)關(guān)鍵技術(shù)。

在眾多的串口轉(zhuǎn)網(wǎng)口方案中都是將第9位直接舍棄的，目前據(jù)了解上海卓嵐信息科技的方案具有快速地適應(yīng)9位的功能，其實(shí)現(xiàn)方法中采用了稱之為RealCom的協(xié)議。由于增加了第9位，所以串口數(shù)據(jù)不能夠直接透明地轉(zhuǎn)化為TCP IP應(yīng)用層數(shù)據(jù)，realcom 協(xié)議將串口數(shù)據(jù)打包之后整個(gè)作為TCP IP的應(yīng)用數(shù)據(jù)傳輸。這樣可以在realcom協(xié)議的協(xié)議頭部加入該數(shù)據(jù)包的9位是1還是0的信息，從而實(shí)現(xiàn)了9位傳輸技術(shù)。