设备网络化需要串口“芯动力”

“设备网络化”产业革命热潮渐起，通过LAN网络接口连接各种设备，并通过读取控制中心指令，及时传输数据和进行相关的统计与执行工作。“设备网络化”成为提高效率的必然途径之一。

　　可见，设备的网络连接是当前产业发展的必然趋势。通过网络扩展，改变传统的生产及供货方式，而企业领导者则可以直接透过计算机，更迅速地了解市场行情、生产情况、销售业绩与仓储数据，乃至于各种订单的当前状况。


　　信息化要求串口发展


　　对于以太网而言，其最大的特点在于，具有共同的标准IEEE 802.3，而和网络的速度无关。经过多年发展，以太网已广泛建构在全世界的公司、工厂、学校、研究单位、政府机构甚至在所谓的社区网络之中，TCP/IP协议也逐渐成为通信协议的主流，在简单的硬件架构下，TCP/IP促进了以太网和Internet的快速成长。

　　面对产业的变化趋势、市场需求与经营成本的压力，传统的RS-232设备该如何配合这一转变，继续保持向前发展？

　　当前，只具有串行RS-232接口的设备在上网时，需面对下列几个技术难点：（一）处理器效能已达极限，原有设备上的DSP等处理器，或不支持网络功能，或使用效能已达极限，因此除非换或增加一块处理器，否则将无法分担系统处理网络传输的工作。（二）网络芯片及规格变化大，不易维护。现有的LAN controller网络芯片在市场需求的驱动下，不断的整合其它诸如SRAM、ESD保护等各项附加价值及效能。并且，对不同厂商，其芯片效能的差异较大，标准不一，增加了组件替换的困难度。（三）合乎TCP/IP的驱动不易开发。如何控制LAN controller，开发出适合的驱动程序，适应各种不同的操作系统，合乎不同系统使用者的需要。这其中，最重要的就是要能支持TCP/IP通信协议。（四）需要修改原有控制软件。传统的控制软件均是对串行端口com 1，com 2或由多串口卡所衍生出来的com 3，com 4等作com port参数设定，以便进行数据传输。设备上网后，数据传输是通过TCP/IP封包传送，而不再是透过com port来传送，因此需要对原有软件进行修改或重写，以配合TCP/IP通信协议。


　　单口应用已经变化


　　单口卡最早应用于计算机上，向外接口采用RS-232界面，后扩展为RS-232和RS-422、RS-485三种界面形式。


　　图1 串口产品工作流程示意图

　　单口串口的核心工作机理如下：数据从产生端（通常是PC机或各种专业机器设备）出来后，通过并行的数据总线传至550系列的UART（通用异步收发器）上，再经过串行总线到达一个小芯片上。芯片作为一个转换器，将数据信号进行格式转换，并发送到外接的接口界面上，传输给接收方。整个工作流程如图1所示。


　　图2 智能型多串口卡工作流程示意图

　　对于Moxa产品而言，由于采用了ASIC技术，使传统IC的数目大为减少，内建数据流向自动控制（Automatic Data Direction Control，ADDC）功能，RS-485半双工在RS-232 com口的控制更为简单，同时，RS-485编程也相对简化，开发时间减少。开发工具包 Moxa Pcomm一并提供给所有的用户，以便他们进行串口通信软件的开发。同时，Moxa还一并向客户提供了API函数库和故障补丁。


　　多串口卡集成更多技术


　　对于多串口卡，从工作机理上来说，工作流程和单口的串口卡差别并不是很大，重点也只是在于UART的个数，多串口卡有同步多串口卡和异步卡之分，例如在Moxa所提供的产品中，有Moxa C502同步二串口卡和Moxa C101同步二串口卡等产品，也有众多的异步多串口卡的产品。当前来说，多数的异步通信多串口卡是在集成自有的CPU后，成为智能型接口卡，用以节省掉主机CPU运输数据时所消耗的时间，提高工作效率，例如具有两个接口的智能型串口卡，其示意图如图2所示。

　　对于Moxa Intellio系列多串口卡而言，应用于大型的系统时，其良好的系统效能和扩充能力表现尤为明显，内建的CPU与RAM用以增加数据处理的能力，减少因数据传输速度慢而产生的等待时间，减轻主机系统的负担，而双CPU架构的设计使得串口在获得很好的扩充性能的同时，保证了产品的稳定性与可靠性。另外，Moxa Intellio系列多串口卡采用了丛集式布线方式，使可延伸的距离进一步提高。

　　Moxa Smartio系列多串口卡则多为4口或8口，适用于对串口卡的质量要求比较高、同时系统并不大的通信应用环境，例如需要嵌入式多串口卡的环境、基于PC机的应用环境、小型的互联网接入环境等等。对于这一系列的产品来说，在应用时具有极佳的稳定性，并且由于其简练的设计使得应用更为方便，对于任何类型的PC插槽均可使用，安装和维护也比较方便，可与标准com口相兼容。除了这些特性之外，这一系列产品还提供了对于光电隔离功能（Optical Isolation）和浪涌保护功能（Surge Protection）的可选择性。

　　而Moxa Industio系列多串口卡对于环境的要求较苛刻,对有串口存在的情况是非常适应的。这系列的产品除了和Moxa Smartio系列多串口卡一样具有众多的特性，还将系统的停机时间尽可能降低，提高了工作时间和稳定性。

　　对于Moxa Transio系列多串口卡产品而言，最为显著的特点是提供了RS-232和RS-422/485相互界面转换，以及光电隔离和浪涌保护的功能，通过电流保护提高系统工作的稳定性，同时弹性布线的功能也使其应用更为广泛。


　　网络传输应用数据包


　　网络系统大量建立，处于对更远距离的诉求，网络型串口被呼唤而出，将相应的OS集成在固件（包括CPU、RAM、OS等）里，等于将所需要的软件“安置” 在接口卡中，如此，信息不再如同以往那般，仅仅以转化后的数据在近距离内传递，“遥远”设备的控制，需要通过网络来实现。由此，为在网络上传播数据而应用的协议，也必须在传播前即被一道写入到数据包中。


　　图3 网络串口卡工作流程示意图

　　通常的网络串口卡，如图3所示。通过使用TCP/IP协议，将数据转换为数据包的形式，作为一个包含了TCP/IP协议的、可为网络所识别与传送的包，通过网络由控制端传输到设备端，由此彻底打破原来由于串口自身数据形式而存在的对于传输数据的约束。通过网络，将数据传输至更远的主机上，甚至可以通过Internet，将传输的距离拓展到无限。

　　而对于Moxa的NPort Server Family串口设备服务器来说，更重要的是将转化工作全部集成在产品中。通过这一工作，使客户所面对的界面与操作保持了传统的方式，不必强求自己适应“网络性”这一难题，通过和普通串口一样的操作形式，获得网络传输的能力。而在TCP/IP包中包含的不再是简单的原始数据，而是通过Moxa固件自动编译的数据。在数据到达目的地址后，由安装好的Driver自动对编译进行反操作，获得原始的数据，既保证了有效传输，同时也在稳定性上得到了更大的提高,用户还由此而避免了繁琐的编写工作。

　　NPort Server总的类别有两种，分别适应在设备生产中集成网络串口卡和在已应用设备上捆绑使用网络串口卡的不同需要，而其功能是相同的，都是为了将设备更简便地连接到网络上，获得更为简单的控制，而主机对设备多种全面的控制形式（单对单、单对多、多对多、多对单），使NPort Server在任何应用中都游刃有余，对设备进行全面的控制。