設(shè)備網(wǎng)絡(luò)化需要串口“芯動(dòng)力”

“設(shè)備網(wǎng)絡(luò)化”產(chǎn)業(yè)革命熱潮漸起，通過LAN網(wǎng)絡(luò)接口連接各種設(shè)備，并通過讀取控制中心指令，及時(shí)傳輸數(shù)據(jù)和進(jìn)行相關(guān)的統(tǒng)計(jì)與執(zhí)行工作。“設(shè)備網(wǎng)絡(luò)化”成為提高效率的必然途徑之一。

　　可見，設(shè)備的網(wǎng)絡(luò)連接是當(dāng)前產(chǎn)業(yè)發(fā)展的必然趨勢。通過網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)展，改變傳統(tǒng)的生產(chǎn)及供貨方式，而企業(yè)領(lǐng)導(dǎo)者則可以直接透過計(jì)算機(jī)，更迅速地了解市場行情、生產(chǎn)情況、銷售業(yè)績與倉儲(chǔ)數(shù)據(jù)，乃至于各種訂單的當(dāng)前狀況。


　　信息化要求串口發(fā)展


　　對(duì)于以太網(wǎng)而言，其最大的特點(diǎn)在于，具有共同的標(biāo)準(zhǔn)IEEE 802.3，而和網(wǎng)絡(luò)的速度無關(guān)。經(jīng)過多年發(fā)展，以太網(wǎng)已廣泛建構(gòu)在全世界的公司、工廠、學(xué)校、研究單位、政府機(jī)構(gòu)甚至在所謂的社區(qū)網(wǎng)絡(luò)之中，TCP/IP協(xié)議也逐漸成為通信協(xié)議的主流，在簡單的硬件架構(gòu)下，TCP/IP促進(jìn)了以太網(wǎng)和Internet的快速成長。

　　面對(duì)產(chǎn)業(yè)的變化趨勢、市場需求與經(jīng)營成本的壓力，傳統(tǒng)的RS-232設(shè)備該如何配合這一轉(zhuǎn)變，繼續(xù)保持向前發(fā)展？

　　當(dāng)前，只具有串行RS-232接口的設(shè)備在上網(wǎng)時(shí)，需面對(duì)下列幾個(gè)技術(shù)難點(diǎn)：（一）處理器效能已達(dá)極限，原有設(shè)備上的DSP等處理器，或不支持網(wǎng)絡(luò)功能，或使用效能已達(dá)極限，因此除非換或增加一塊處理器，否則將無法分擔(dān)系統(tǒng)處理網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)墓ぷ?。（二）網(wǎng)絡(luò)芯片及規(guī)格變化大，不易維護(hù)?，F(xiàn)有的LAN controller網(wǎng)絡(luò)芯片在市場需求的驅(qū)動(dòng)下，不斷的整合其它諸如SRAM、ESD保護(hù)等各項(xiàng)附加價(jià)值及效能。并且，對(duì)不同廠商，其芯片效能的差異較大，標(biāo)準(zhǔn)不一，增加了組件替換的困難度。（三）合乎TCP/IP的驅(qū)動(dòng)不易開發(fā)。如何控制LAN controller，開發(fā)出適合的驅(qū)動(dòng)程序，適應(yīng)各種不同的操作系統(tǒng)，合乎不同系統(tǒng)使用者的需要。這其中，最重要的就是要能支持TCP/IP通信協(xié)議。（四）需要修改原有控制軟件。傳統(tǒng)的控制軟件均是對(duì)串行端口com 1，com 2或由多串口卡所衍生出來的com 3，com 4等作com port參數(shù)設(shè)定，以便進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。設(shè)備上網(wǎng)后，數(shù)據(jù)傳輸是通過TCP/IP封包傳送，而不再是透過com port來傳送，因此需要對(duì)原有軟件進(jìn)行修改或重寫，以配合TCP/IP通信協(xié)議。


　　單口應(yīng)用已經(jīng)變化


　　單口卡最早應(yīng)用于計(jì)算機(jī)上，向外接口采用RS-232界面，后擴(kuò)展為RS-232和RS-422、RS-485三種界面形式。


　　圖1 串口產(chǎn)品工作流程示意圖

　　單口串口的核心工作機(jī)理如下：數(shù)據(jù)從產(chǎn)生端（通常是PC機(jī)或各種專業(yè)機(jī)器設(shè)備）出來后，通過并行的數(shù)據(jù)總線傳至550系列的UART（通用異步收發(fā)器）上，再經(jīng)過串行總線到達(dá)一個(gè)小芯片上。芯片作為一個(gè)轉(zhuǎn)換器，將數(shù)據(jù)信號(hào)進(jìn)行格式轉(zhuǎn)換，并發(fā)送到外接的接口界面上，傳輸給接收方。整個(gè)工作流程如圖1所示。


　　圖2 智能型多串口卡工作流程示意圖

　　對(duì)于Moxa產(chǎn)品而言，由于采用了ASIC技術(shù)，使傳統(tǒng)IC的數(shù)目大為減少，內(nèi)建數(shù)據(jù)流向自動(dòng)控制（Automatic Data Direction Control，ADDC）功能，RS-485半雙工在RS-232 com口的控制更為簡單，同時(shí)，RS-485編程也相對(duì)簡化，開發(fā)時(shí)間減少。開發(fā)工具包 Moxa Pcomm一并提供給所有的用戶，以便他們進(jìn)行串口通信軟件的開發(fā)。同時(shí)，Moxa還一并向客戶提供了API函數(shù)庫和故障補(bǔ)丁。


　　多串口卡集成更多技術(shù)


　　對(duì)于多串口卡，從工作機(jī)理上來說，工作流程和單口的串口卡差別并不是很大，重點(diǎn)也只是在于UART的個(gè)數(shù)，多串口卡有同步多串口卡和異步卡之分，例如在Moxa所提供的產(chǎn)品中，有Moxa C502同步二串口卡和Moxa C101同步二串口卡等產(chǎn)品，也有眾多的異步多串口卡的產(chǎn)品。當(dāng)前來說，多數(shù)的異步通信多串口卡是在集成自有的CPU后，成為智能型接口卡，用以節(jié)省掉主機(jī)CPU運(yùn)輸數(shù)據(jù)時(shí)所消耗的時(shí)間，提高工作效率，例如具有兩個(gè)接口的智能型串口卡，其示意圖如圖2所示。

　　對(duì)于Moxa Intellio系列多串口卡而言，應(yīng)用于大型的系統(tǒng)時(shí)，其良好的系統(tǒng)效能和擴(kuò)充能力表現(xiàn)尤為明顯，內(nèi)建的CPU與RAM用以增加數(shù)據(jù)處理的能力，減少因數(shù)據(jù)傳輸速度慢而產(chǎn)生的等待時(shí)間，減輕主機(jī)系統(tǒng)的負(fù)擔(dān)，而雙CPU架構(gòu)的設(shè)計(jì)使得串口在獲得很好的擴(kuò)充性能的同時(shí)，保證了產(chǎn)品的穩(wěn)定性與可靠性。另外，Moxa Intellio系列多串口卡采用了叢集式布線方式，使可延伸的距離進(jìn)一步提高。

　　Moxa Smartio系列多串口卡則多為4口或8口，適用于對(duì)串口卡的質(zhì)量要求比較高、同時(shí)系統(tǒng)并不大的通信應(yīng)用環(huán)境，例如需要嵌入式多串口卡的環(huán)境、基于PC機(jī)的應(yīng)用環(huán)境、小型的互聯(lián)網(wǎng)接入環(huán)境等等。對(duì)于這一系列的產(chǎn)品來說，在應(yīng)用時(shí)具有極佳的穩(wěn)定性，并且由于其簡練的設(shè)計(jì)使得應(yīng)用更為方便，對(duì)于任何類型的PC插槽均可使用，安裝和維護(hù)也比較方便，可與標(biāo)準(zhǔn)com口相兼容。除了這些特性之外，這一系列產(chǎn)品還提供了對(duì)于光電隔離功能（Optical Isolation）和浪涌保護(hù)功能（Surge Protection）的可選擇性。

　　而Moxa Industio系列多串口卡對(duì)于環(huán)境的要求較苛刻,對(duì)有串口存在的情況是非常適應(yīng)的。這系列的產(chǎn)品除了和Moxa Smartio系列多串口卡一樣具有眾多的特性，還將系統(tǒng)的停機(jī)時(shí)間盡可能降低，提高了工作時(shí)間和穩(wěn)定性。

　　對(duì)于Moxa Transio系列多串口卡產(chǎn)品而言，最為顯著的特點(diǎn)是提供了RS-232和RS-422/485相互界面轉(zhuǎn)換，以及光電隔離和浪涌保護(hù)的功能，通過電流保護(hù)提高系統(tǒng)工作的穩(wěn)定性，同時(shí)彈性布線的功能也使其應(yīng)用更為廣泛。


　　網(wǎng)絡(luò)傳輸應(yīng)用數(shù)據(jù)包


　　網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)大量建立，處于對(duì)更遠(yuǎn)距離的訴求，網(wǎng)絡(luò)型串口被呼喚而出，將相應(yīng)的OS集成在固件（包括CPU、RAM、OS等）里，等于將所需要的軟件“安置” 在接口卡中，如此，信息不再如同以往那般，僅僅以轉(zhuǎn)化后的數(shù)據(jù)在近距離內(nèi)傳遞，“遙遠(yuǎn)”設(shè)備的控制，需要通過網(wǎng)絡(luò)來實(shí)現(xiàn)。由此，為在網(wǎng)絡(luò)上傳播數(shù)據(jù)而應(yīng)用的協(xié)議，也必須在傳播前即被一道寫入到數(shù)據(jù)包中。


　　圖3 網(wǎng)絡(luò)串口卡工作流程示意圖

　　通常的網(wǎng)絡(luò)串口卡，如圖3所示。通過使用TCP/IP協(xié)議，將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為數(shù)據(jù)包的形式，作為一個(gè)包含了TCP/IP協(xié)議的、可為網(wǎng)絡(luò)所識(shí)別與傳送的包，通過網(wǎng)絡(luò)由控制端傳輸?shù)皆O(shè)備端，由此徹底打破原來由于串口自身數(shù)據(jù)形式而存在的對(duì)于傳輸數(shù)據(jù)的約束。通過網(wǎng)絡(luò)，將數(shù)據(jù)傳輸至更遠(yuǎn)的主機(jī)上，甚至可以通過Internet，將傳輸?shù)木嚯x拓展到無限。

　　而對(duì)于Moxa的NPort Server Family串口設(shè)備服務(wù)器來說，更重要的是將轉(zhuǎn)化工作全部集成在產(chǎn)品中。通過這一工作，使客戶所面對(duì)的界面與操作保持了傳統(tǒng)的方式，不必強(qiáng)求自己適應(yīng)“網(wǎng)絡(luò)性”這一難題，通過和普通串口一樣的操作形式，獲得網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)哪芰?。而在TCP/IP包中包含的不再是簡單的原始數(shù)據(jù)，而是通過Moxa固件自動(dòng)編譯的數(shù)據(jù)。在數(shù)據(jù)到達(dá)目的地址后，由安裝好的Driver自動(dòng)對(duì)編譯進(jìn)行反操作，獲得原始的數(shù)據(jù)，既保證了有效傳輸，同時(shí)也在穩(wěn)定性上得到了更大的提高,用戶還由此而避免了繁瑣的編寫工作。

　　NPort Server總的類別有兩種，分別適應(yīng)在設(shè)備生產(chǎn)中集成網(wǎng)絡(luò)串口卡和在已應(yīng)用設(shè)備上捆綁使用網(wǎng)絡(luò)串口卡的不同需要，而其功能是相同的，都是為了將設(shè)備更簡便地連接到網(wǎng)絡(luò)上，獲得更為簡單的控制，而主機(jī)對(duì)設(shè)備多種全面的控制形式（單對(duì)單、單對(duì)多、多對(duì)多、多對(duì)單），使NPort Server在任何應(yīng)用中都游刃有余，對(duì)設(shè)備進(jìn)行全面的控制。