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以太网串口转换器进入千兆时代

--以太网串口转换器进入千兆时代

供稿:武汉波仕电子有限公司 2012/6/29 14:09:27

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     以太网串口转换器也称为以太网串口服务器,是一种把传统的串口(RS-232、RS-485)设备接入以太网的转换装置。最早的产品大约出现于十年前,通过最近十年的发展,产品从早期的支持10M以太网发展到现在的100M,乃至1000M以太网,另外出现了支持全信号RS-232口,还有带光电隔离和虚拟串口等功能。本文着重介绍最新出现的支持1000M以太网,带全信号RS-232口的以太网串口转换器。

以太网串口转换器本质上就是把串口收到的数据按照串口通信格式提取出来后再按照以太网的TCP/IP协议进行重新排列后发送出去,同时也把以太网收到的的数据按照TCP/IP格式提取出来后再按照串口通信的格式组合后发送出去。常用的串口通信格式为(9600,N,8,1),意思就是通信的速率(波特率)为9600bps,即每秒9600位,N表示无奇偶校验位,8表示用8个字节表示一个数,1就是最后再加上1位附加位。以太网TCP/IP协议的数据相对复杂一些。每一帧以太网数据包括帧同步、地址、类型、数据、校验。其中的地址地址是指网卡的硬件地址(也叫MAC地址),长度是48位,是在网卡出厂时固化的。以太网帧中的数据长度规定最小46字节,最大1500字节,数据包的长度不够46字节,要在后面补填充位。把串口接收的一个数据去掉校验位和附加位提取出8个字节的纯数据,然后将它填充到以太网帧的数据部分,并且再补充任意38个字节到46个字节就可以构成一帧以太网的数据包发送出去。同理,把以太网收到的一帧数据包去掉帧同步、地址、类型和校验后得到46个字节的纯数据,只取前面的8个字节,然后加上校验位和附加位按照波特率从串口发送出去。

近年来计算机的以太网口,就是RJ-45口,已经从10/100M逐步普及到了1000M,或者叫做1G。由于以太网的速率的提高都是保持了对以前速率的兼容,所以1000M的性能仍然兼容100M,100M兼容10M。甚至今天的无线以太网,也就是WIFI也在不断提高速率,从早期的11M、54M到现在的150M、300M,将来普及1000M无线以太网也是指日可待。

   虽然计算机的以太网口已经基本上普及到了1000M的性能,但是同时以太网串口转换器的性能提高却相对缓慢。主要的问题在于以太网串口转换器采用的CPU以及外围的以太网接口芯片仍然性能达不到1000M的要求。虽然以太网串口转换器采用的CPU已经有从单片机改到ARM的趋势,但是所采用的ARM的性能仍然不够强劲。目前100M的以太网串口转换器的以太网口基本都是使用ARM芯片本身带的以太网口,现在最高只有100M的,比如LPC2368。1000M以太网口必须使用专门的1000M以太网外围接口芯片,另外ARM芯片性能也要求更为强劲,同时编程也要复杂的多,功耗也略有增加。

由于1000M以太网串口转换器的CPU性能大大提高,所以可以非常轻松地处理RS-232的全部信号。RS-232的全信号包括RXD、TXD、RTS、 CTS、DTR、DSR、DCD、RI以及地线GND。平常在工业通信中我们只用到RS-232的RXD(接收)和TXD(发送)信号以及地线GND。目前有些号称带握手信号的同类产品实际上是仅仅是带一个用于控制RS-485收发方向切换的信号,而且是发送时自动产生。同样也由于CPU的性能更为强劲, 所以1000M以太网串口转换器可以轻松支持串口最高速率达460.8Kbps。目前普通的以太网串口转换器最高速率一般为115.2Kbps。

 


这款型号为ETH232Q的以太网串口转换器不仅可以从1000M以太网口扩展出一个全信号的RS-232口,还可以虚拟成为本地COM串口(COM1-COM256)、这样就无须修改已有的串口通信软件。特别是这个虚拟串口是自动生成的,可以在WINDOWS的资源管理器中查看到,不象以前的以太网串口转换器那样需要另外专门的虚拟串口工具软件。这样的好处在于无需预先设置串口的波特率等格式,用户可以在自己的串口通信程序里随时设置波特率等并且可以随时修改。ETH232Q自动支持交叉线与直连线RJ-45电缆。ETH232Q的配置程序用于查看或修改ETH232Q产品的以太网IP地址、密码等。注意计算机接ETH232Q的网口的IP地址选“自动获取IP地址”。也可以用户自行修改IP地址,但是前3位必须一致,最后一位1到254均可,但是不要与ETH232Q本身IP的最后一位重复。连接通了以后可以通过网页查看ETH232Q的IP地址、设置和修改密码。安装完毕后就可以从计算机的“设备管理器”中看到增加的串口,相当于就是本机的串口。记住这个COM口的号码,此时普通串口通信软件都可以直接成功使用,包括全部信号!

随着计算机的硬件和软件技术的发展,以太网已经从10/100M发展到了目前普及的1000M(1G),而万兆(10G)以太网技术也已经出现,普及万兆以太网也是迟早的事情。工业通信由于要求更高的可靠性所以往往使用相对成熟的技术,在技术上晚一步是可以理解的。今天千兆以太网技术已经成熟,目前正是普及千兆以太网串口转换器的时机。

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