各种通信协议

1、串行通信基础知识MOXA产品知识Prepared by: 彭洪波Date: 9-10-2009Confidentialn 串行通信基础知识n MOXA产品知识ConfidentialConfidentialn 串口信号串口信号n 串口流控串口流控n 串口效能串口效能n 串口保护串口保护Confidentialn RS-232n RS-422/485Confidentialn 串行通信资料是一个串行通信资料是一个bit 一个一个bit地送出地送出,且每个且每个bit表示不表示不是是0就是就是11 bitConfidentialn 一次发送和接收多个一次发送和接收多个Bit, 传输一次就可以完成传

2、输一次就可以完成 一个一个Byte的容量。传输的效率高的容量。传输的效率高12345678123456781bit1bit1bit1bit1bit1bit1bit1bitConfidential串行通信串行通信并行通信并行通信通信距离通信距离远远近近搞干扰能力搞干扰能力高高低低传输速度传输速度慢慢快快成本成本低低高高Confidentialn 起始位起始位: 总是总是 “1”n 数据位数据位: 5, 6, 7, 8 位位n 校验校验: None, Odd, Even, Space, Markn 停止位停止位: 1, 1.5(数据位数据位 =5), 2 位位n 数据帧长度数据帧长度如果如果N,

3、8, 1: 数据帧长度为数据帧长度为 10 位位如果如果E, 7, 2: 数据帧长度为数据帧长度为 10 位位15, 6, 7, 81, 1.5, 21Unit: bitDataStartParityStopConfidentialn 由电子工业协会（由电子工业协会（EIA）制订并发布工业标准，）制订并发布工业标准，RS-232标准在标准在1962年发布，保证不同厂家产品之间的兼容。年发布，保证不同厂家产品之间的兼容。n RS-232-C 接口（又称接口（又称EIA RS-232-C ）是目前最常用的一种串行）是目前最常用的一种串行通讯接口。通讯接口。 n RS-232 作用作用: 在串行通讯

4、时，要求通讯双方都采用统一的标准接在串行通讯时，要求通讯双方都采用统一的标准接口，使不同的设备进行通讯。口，使不同的设备进行通讯。Confidentialn 用于串行通讯的标准。用于串行通讯的标准。 规定采用一个规定采用一个25 个脚的个脚的DB-25 连接器连接器 对连接器的每个引脚的信号加以规定对连接器的每个引脚的信号加以规定 对各种信号的电平加以规定。对各种信号的电平加以规定。n IBM 将将RS232 简化成了简化成了DB-9 连接器连接器n 工业控制的工业控制的RS-232 一般只使用一般只使用 RXD、TXD、GND 三条线。三条线。 DB25DB9Confidentialn EI

5、A-RS-232C对电气特性、逻辑电平和各种信号线功能对电气特性、逻辑电平和各种信号线功能都作了规定。都作了规定。 在在TxD和和RxD上：逻辑上：逻辑1=-3V-15V 逻辑逻辑0=+315V 在在RTS、CTS、DSR、DTR和和DCD等控制线上：等控制线上： 信号有效（接通，信号有效（接通，ON状态，正电压）状态，正电压）+3V+15V 信号无效（断开，信号无效（断开，OFF状态，负电压状态，负电压)=-3V-15VConfidentialUART并行TTL0V5V收发器D0D7DataStopParityStartDataStartParity Stop0V5VRS-232-12V+1

6、2VDataStopParityStartDataStartParity Stop-12V+12VTxRxConfidentialConfidentialn 信号定义：信号定义：TXD、RXD、RTS、CTS、DTR、DSR、DCD、RI、GND（Female/Male定义相反）定义相反）n 最高速率：最高速率：115200bpsConfidentialn RS-232 信号信号n 典型应用典型应用: PC + 交叉电缆交叉电缆 + PCn 短接短接DCD信号和信号和DSR 信号，确保所有应用程序工作，信号，确保所有应用程序工作，比如架装服务器的控制台端口比如架装服务器的控制台端口。TxDRx

7、DRTSCTSDTRDSRDCDGNDTxDRxDRTSCTSDTRDSRDCDGND接线接线DTE 信号信号DTE信号信号Confidentialn RS-232 信号信号n 典型应用典型应用: PC + 直连电缆直连电缆 + Modemn DCE 设备上的设备上的DCD信号一般用作输出信号信号一般用作输出信号TxDRxDRTSCTSDTRDSRDCDGNDRxDTxDCTSRTSDSRDTRDCDGND接线接线DTE 信号信号DCE 信号信号Confidentialn RS-232n RS-422/485Confidentialn RS-232通信距离短通信距离短n RS-232通信速率低

8、通信速率低n 提出提出RS-422定义了一种平衡通信接口，定义了一种平衡通信接口，数据信号数据信号采用差分传输方式，它使用二对双绞线，将其中一采用差分传输方式，它使用二对双绞线，将其中一对定义为对定义为A，另一对定义为，另一对定义为BConfidentialn 发送驱动器发送驱动器A、B之间的电压差之间的电压差 正电平在正电平在+200mv+6V，是一个逻辑状态，是一个逻辑状态 负电平在负电平在-200mv-6V，是另一个逻辑状态，是另一个逻辑状态Confidentialn 收、发端通过平衡双绞线将收、发端通过平衡双绞线将Txd+与与Rxd+ 、Rxd-与与Txd-对应相连对应相连 大于大于+

9、200mV的电平时输出正逻辑电平的电平时输出正逻辑电平 小于小于-200mV时输出负逻辑电平时输出负逻辑电平n MOXA定义定义 B为信号正为信号正 A为信号负为信号负n |A-B|200mvConfidentialn RS-422传输速率提高到传输速率提高到10Mb/s，传输距离延长到，传输距离延长到1200米米（速率低于（速率低于100kb/s时），并允许在一条平衡总线上连接最时），并允许在一条平衡总线上连接最多多10个接收器。个接收器。RS-422是一种单机发送、多机接收的单向、是一种单机发送、多机接收的单向、平衡传输方式，被命名为平衡传输方式，被命名为TIA/EIA-422-A标准。标

10、准。 n 平衡传输方式平衡传输方式n 长度：长度：1200米米n 速度：速度：10Mn 节点：节点：2、10(广播广播)n 线缆类型：线缆类型：4线或线或8线线(带握手信号带握手信号)+GNDConfidentialn RS-422优势优势 传输距离远传输距离远 传输速率高传输速率高 不易受到干扰不易受到干扰n RS-422不足不足 点对多点方式只能单向通讯点对多点方式只能单向通讯Confidentialn EIA又于又于1983年在年在RS-422基础上制定了基础上制定了RS-485标准标准多点双向通讯能力多点双向通讯能力增加发送器的驱动能力和冲突保护特性增加发送器的驱动能力和冲突保护特性扩

11、展了总线共模范围扩展了总线共模范围命名为命名为TIA/EIA-485-A标准标准n 由于由于EIA提出的建议标准都是以提出的建议标准都是以“RS”作为前缀，所以在通讯工业作为前缀，所以在通讯工业领域，仍然习惯将上述标准以领域，仍然习惯将上述标准以RS作前缀称谓。作前缀称谓。 n 平衡传输方式平衡传输方式n 长度：长度：1200米米n 速度：速度：10Mn 节点：节点：32、256(加中继器加中继器)n 线缆类型：线缆类型：2线线+GNDConfidential(B+Noise) (A+Noise) 0.2 V高高(B +Noise) (B+Noise) PCI - PCI-X - PCI Ex

12、press (PCIe)ISA1988PCI1992198019902000PCIe2003PCI-X199833M/66MHz266M/533MHz66M/133MHz2.5GHz1M/4MHz2GI/O2.5GI/O3GI/OConfidentialConfidentialConfidentialn C320每块卡最多可达每块卡最多可达32口口,单机最多单机最多128口口,n 高速率：高速率：C320 460.8Kbps,C218 921.6Kbpsn 自带精简指令集自带精简指令集CPU、512KB Ram，可有效的降，可有效的降低低CPU占用率占用率n 提供提供ISA版本和版本和PCI版

13、本版本Confidential智能型多用戶卡架構CPU16K RAM(Firmware)CPU512K RAM(Firmware)(Dumb Part)PCIntelligent Control BoardUARTsT/Rs er(Intelligent Part)ASIC & ICs(Internal BUS)(PC BUS)IRQMemoryAddressConfidential智能型多用戶卡架構智能型多用戶卡架構 Memory MappingMemory Mapping : Memory Mapping : 主存映射主存映射頁切換模式頁切換模式Internal Input / O

14、utput Internal Input / Output Buffer Size Buffer SizePC主存Moxa RAM 512KB16KB.01000111.01000111C8000CBFFFConfidential智能型多用戶卡架構智能型多用戶卡架構 High-Performance vs. Classic High-Performance vs. Classic 兩者差異兩者差異 : AP在資料傳輸的回覆時間差在資料傳輸的回覆時間差異異簡介簡介 High-Performance 模式模式Driver將資料搬入將資料搬入Memory後就算完成傳輸後就算完成傳輸,並釋放並釋放CP

15、U控制權控制權 Classic 模式模式Driver需等資料完成傳輸後才會釋放需等資料完成傳輸後才會釋放CPU控制權控制權Moxa智能型產品特色功能智能型產品特色功能Confidentialn 高速率高速率921.6Kbpsn 128Byte FIFO(MU860)使用户以非智能卡的价格得到近使用户以非智能卡的价格得到近似于智能卡的传输性能似于智能卡的传输性能n 自带自带15KV(ESD)n 自带自带LED(串口数据收串口数据收/发闪烁发闪烁)n 两线两线485硬件实现硬件实现ADDC(自动数据流向控制自动数据流向控制)n 自带终端电阻自带终端电阻n 适应所有适应所有PCI总线总线,有低档板设

16、计版本有低档板设计版本Confidential非智能型多用戶卡架非智能型多用戶卡架构构PCI / ISA BUS ASIC DeCodeUART Processing16C550CTransmitor & ReceiverI/O AddressINT VectorInterruptI/O Signal of Data / Modem/ BreakInterruptTTL Signal of All I/O SignalRS232RS422/485CPU / MemoryConfidentialInterrupt :Interrupt : Data Receive, Modem Sign

17、al Change,Data Receive, Modem Signal Change, Receive Break, Tx Receive Break, Tx Buffer Empty Buffer Empty INT Vector INT Vector : (Interrupt共享) 8 bit I/O Address, O True 例例. .第第2 Port2 Port發生中斷發生中斷 : 11111101: 11111101第第1,5 Port1,5 Port發生中斷發生中斷 : 11101110: 11101110(INT Vector)Confidential(INT Vecto

18、r)UART1UART2UART3UART4UART5UART6UART7UART811111111中断向量中断向量 1ByteUART1UART2UART3UART4UART5UART6UART7UART811101111如图所示,当UART4使用中断服务的时候就将中断向量中对应用的第四位值改为”0”.ConfidentialUniversal PCIPCIPCI 版本版本PCI X2.1电压电压3.3/5.05.0PCI bit32Bit32BitFIFO128Byte*216Byte*2PCI BridgeMOXAOther突波保护突波保护有有部分部分UARTMOXA(MU860)16C

19、550低档板设计低档板设计有有无无ConfidentialEarlier Smartio/Industio Series BoardsAll New Universal PCI BoardsConfidentialPCI-X Slot 64 bit 3.3V 向前兼容32位PCI主板 (不必是 3.3V)Standard PCI Slot32 bit5VConfidentialn PCI and PCI-XPCIPCI/PCI-XConfidentialn 串口卡串口卡 智能型智能型 非智能型非智能型n USB转串口转串口n 转换器转换器n 串口连网服务器串口连网服务器 NPort 5000系

20、列系列 NPort 6000系列系列Confidentialn USB (Universal Serial Bus)通用串行总线通用串行总线n USBIF(USB Implementers Forum)负责负责USB标准标准制订制订,其成员包括其成员包括: 苹果电脑苹果电脑, 惠普惠普, NEC, Microsoft 和和 Intel. Confidentialn USB 1.1 修正了修正了USB1.0出现的问题出现的问题, n USB 1.1是是USB开始普及的最早版本开始普及的最早版本;n USB 2.0 在在USB 1.1的基础上提高了速度的基础上提高了速度;n USB的三种速率的三种

21、速率1.5 Mbit/s(183 KByte/s)低速速率低速速率12 Mbit/s(1.4 MByte/s)全速速率全速速率480 Mbit/s(57 MByte/s)高速速率高速速率n USB的传输距离的传输距离USB 1.15mUSB 2.01.5mConfidentialn 方便方便, 即插即用即插即用(PNP)n 高传输速率高传输速率n 无须占用无须占用 IRQ 和和 I/O 地址地址n 应用范围广应用范围广ConfidentialConfidentialn 方便方便, 即插即用即插即用(PNP)n 不占用主机的内部空间不占用主机的内部空间n 速度快速度快, 效率高效率高n 口数多口

22、数多ConfidentialConfidentialn USB接口可提供接口可提供5V 500mA的电流的电流n 我们一到四串口的产品都可以通过我们一到四串口的产品都可以通过USB供电正常工作供电正常工作(除除1450外外)Confidential UPort 市场上同类产品市场上同类产品速率速率921.6Kbps230KbpsLinux支持支持支持支持通常不支持通常不支持WinCE支持支持支持支持不支持不支持自动驱动安装自动驱动安装手动手动手动手动COM口保存功能口保存功能有有无无Windows 徽标认证徽标认证通过通过没通过没通过接口数量接口数量1, 2, 4, 8, 161, 2, 4工

23、业等级安规认证工业等级安规认证有有无无ConfidentialUSBMSB系统资源占用系统资源占用少少多多方便方便, 灵活性灵活性高高低低必须连接到必须连接到PC是是是是128Byte FIFO支持支持支持支持Microsoft WHQL通过通过通过通过质保质保五年五年五年五年Confidentialn 串口卡串口卡 智能型智能型 非智能型非智能型n USB转串口转串口n 转换器转换器n 串口连网服务器串口连网服务器 NPort 5000系列系列 NPort 6000系列系列Confidentialn RS-232n RS-422n RS-485 4线线n RS-485 2线线n 双绞线双绞线

24、n 光纤光纤RS-232RS-422/485RJ45双绞线接头光纤接头STConfidentialn信号转换信号转换n介质转换介质转换n延长距离延长距离n提供光电隔离保护提供光电隔离保护n提高抗干扰能力提高抗干扰能力Confidentialn RS-232 to RS-422/485串口信号转换串口信号转换 TCC-80, TCC-80I TCC-100, TCC-100In RS-422/485 延长距离延长距离: TCC-120, TCC-120In 串口到光纤串口到光纤, 介质转换介质转换 & 延长距离延长距离 TCF-90 TCF-142n 以太网到光纤以太网到光纤, 介质转换

25、介质转换 & 延长距离延长距离 IMC-21 IMC-101, IMC-101Gn 隔离保护隔离保护: RS-232 to RS-232 or RS-422/485 to RS-422/485 TCC-82, TCC-120I TCC-80I, TCC-100IConfidentialn 单信号线供电单信号线供电Confidential2线线, 4线线RS-485 / RS-422 端子接头端子接头RS-232DB9 孔式接头孔式接头USB及电源适配器连接头及电源适配器连接头ConfidentialConfidential没有没有 Link Fault Pass-ThroughLink

26、 Fault Pass-Through 不知道远端连接出现错误 数据错误不可预知连接正常连接正常连接正常连接正常自动自动断开连接断开连接自动自动断开连接断开连接 可以得知远端连接错误 帮助系统维护人员及时了解到故障发生Confidential 工业级转换器工业级转换器商业级转换器商业级转换器MTBF1,000,000h100,000h工业等级安规认证工业等级安规认证有有无无光电隔离保护光电隔离保护有有无无告警输出告警输出有有无无TCC-80 MTBF:Confidential信号信号线缆线缆接口接口隔离隔离 & 宽温宽温转换器转换器(T)电电(C)电电(C)无源型无源型RS-232 t

27、o RS-422/485 (80)铜缆铜缆TCC-80隔离隔离 (I)TCC-80I工业型工业型RS-232 to RS-422/485 (100)TCC-100隔离隔离 (I)TCC-100IRS-422/485 to RS-422/485 (120)TCC-120隔离隔离 (I)TCC-120IRS-232 to RS-232 (82)隔离隔离 (I)TCC-82光光(F)RS-232 to 光纤光纤 (90)多模光纤多模光纤 (M)SCTCF-90-M-SCSTTCF-90-M-ST单模光纤单模光纤 (S)SCTCF-90-S-SCSTTCF-90-S-STRS-232/422/485

28、to 光纤光纤 (142)多模光纤多模光纤 (M)SC宽温宽温 (T)TCF-142-M-SC-TST宽温宽温 (T)TCF-142-M-ST-T单模光纤单模光纤 (S)SC宽温宽温 (T)TCF-142-S-SC-TST宽温宽温 (T)TCF-142-S-ST-TConfidential信号信号线缆线缆接口接口宽温宽温以太网以太网(IMC)商用级商用级(21)10M/100M to 光纤光纤多模光纤多模光纤 (M)SCIMC-21-M-SCSTIMC-21-M-ST单模光纤单模光纤 (S)SCIMC-21-S-SCSTIMC-21-S-ST工业级工业级(101)10M/100M to 光纤光

29、纤多模光纤多模光纤 (M)SC宽温宽温IMC-101-M-SCST宽温宽温IMC-101-M-ST单模光纤单模光纤 (S)SC宽温宽温IMC-101-S-SCST宽温宽温IMC-101-S-ST1000M to 光纤光纤 (G)多模光纤多模光纤 (M)SFP宽温宽温IMC-101G单模光纤单模光纤 (S)SFP宽温宽温IMC-101GConfidentialn 串口卡串口卡 智能型智能型 非智能型非智能型n USB转串口转串口n 转换器转换器n 串口连网服务器串口连网服务器 NPort 5000系列系列 NPort 6000系列系列Confidentialn硬件硬件以太网以太网控制器和控制器和

30、Moxa 嵌嵌入式操作系统入式操作系统多串口卡多串口卡CPUFirmware/OSRAM10/100 Mbps 以太网RS-232/422/485 Ports网卡芯片网卡芯片UART+Confidentialn 软件软件Moxa Embedded OSAPSocketTCP/IP网络驱动程序网络驱动程序以太网以太网APDecode EncodeTCP/IPMxdriverUARTDriver网络驱动程序网络驱动程序以太网以太网UART以太网以太网RS-232主机主机NPortConfidentialn 驱动程序模式 单主机单主机 多主机多主机n Socket mode TCP Server T

31、CP Client UDP Server/Clientn 对等连接模式n 以太网 ModemConfidential以太网Win9x/NT/2K/XPCOM3COM4COM NLinux, SCO Unix, Unixware7, SVR4.2tty 1tty2tty N以太网*use existing serial comm software such as HyperTerminalConfidentialn单主机模式单主机模式POS TerminalPOS TerminalP O S Te r m i n a lB a r C o d e R e a d e rWindows NT Ho

32、stNPort Server LiteNPort Server ProB a r C o d e R e a d e rB a r C o d e R e a d e rW a f e r Te s t i n g MachineRobotCOM3 COM19COM20 COM21Confidentialn共享串口共享串口Windows NT Host BWindows NT Host ANPort Server LiteNPort Server ProPOS TerminalPOS TerminalPOS TerminalBar Code ReaderBar Code ReaderBar C

33、ode ReaderWafer Testing MachineRobotCOM3COM3ConfidentialConfidential以太网IP:PortTelnet IP:PortDevice Server-监听监听 TCP 连接连接-IP 地址访问控制地址访问控制-可改变端口号可改变端口号-数据打包数据打包-允许允许socket 软件控制软件控制特点特点Server Administration1.Config2.Save setting3.QuitRS-232 控制台端口1. 建立连接2. 收发数据串口设备Confidential以太网192.168.1.100:4001NPort E

34、xpressDevice ServerRS-232 console路由器Administration PCPC串口设备A. PC use Telnet to establish a console connection to 路由器# telnet 192.168.1.100 4001NPort1. Configure NPort to TCP Server Mode # telnet 192.168.1.1002. NPort start to “listen” for TCP connection准备工作TCP/IPSerialConnectConnectADataDataDataData

35、DataDataDisconnectDisconnectBB. 路由器s serial console programActivated.CC. PC disconnect with NPortConfidential以太网Device Server-主动将串口设备数据发送到主动将串口设备数据发送到以太网 -连接控制-数据打包-Byte stream data transmission特点特点Serial读卡器Socket software1. 建立连接2. 收发数据Confidential以太网192.168.1.100Device ServerSerialAdministration PC

36、PC读卡器A.NPort接收到串口数据,然后激活TCP连接.然后将Data1和Data2从以太网发送出去.B.100ms 以后,最后的串口发送出来的数据被接收,NPort会自动的断开TCP连接.读卡器NPort1. 配置NPort到TCP Client # telnet 192.168.1.100 TCP conn. : any char serial timeout: 100ms2. NPort开始主动从串口设备接收串口数据.准备工作TCP/IPSerialAConnectData1Data2192.168.1.200Listen TCP 4001Data(1+2)DisconnectB-读

37、卡器读卡器 ，数据采集数据采集典型应用Confidential以太网192.168.1.100Device ServerSerialAdministration PCPC读卡器A.NPort 自动与计算机建立连接 B.Nport接收串口数据，当接收到0 x0a和0 x0d后， Nport开始发送所有收到的数据data1 和2 到计算机 C.无须断开连接D.如果连接中断，NPort 和计算机自动重新建立连接读卡器NPort1. 配置NPort 为TCP Client 模式 # telnet 192.168.1.100 TCP conn. : start up serial timeout: 0m

38、s Delimiter: 0 x0a, 0 x0d2. NPort 开始主动为串口设备发送数据准备工作TCP/IPSerialBConnectData1Data2,0a,0d192.168.1.200Listen TCP 4001Data(1+2),0a,0dBAConfidentialDevice ServerSerial读卡器UDP datagram以太网RRRTCP/IP-数据采集数据采集典型应用Confidential以太网Device Server- 串口设备主动通过以太网进行数据传输- 实时数据传输- 点对多点- 数据打包特点特点Serial读卡器UDP datagramRRRTC

39、P/IPConfidential以太网Device ServerRS-485读卡器UDP datagramDevice ServerRS-485读卡器UDP datagramDevice ServerRS-485读卡器UDP datagramDevice ServerRS-485读卡器UDP datagramPolling Each RS-485 DeviceReply RS-485 pollingRS-232/485DOS+自动化软件Device ServerConfidential 以太网主主从从RS-232RS-232WriterPLC原始数据或专属通讯协议1. 建立连接2.收发数据Co

40、nfidential-无须驱动程序-TCP 数据通道-适合各种串口设备特点以太网TCP Client ModeTCP Server ModeRS-232RS-232WriterPLC原始数据或专属协议1.建立连接2.收发数据Confidentialn 串口卡串口卡 智能型智能型 非智能型非智能型n USB转串口转串口n 转换器转换器n 串口连网服务器串口连网服务器 NPort 5000系列系列 NPort 6000系列系列Confidential网络安全的控制管理安全的控制管理Confidential网络安全的数据传输安全的数据传输Confidentialn SSL (Secure Socke

41、t Layer) SSLSSL是由是由NetscapeNetscape（网景）公司开发的一套数据传输安全协（网景）公司开发的一套数据传输安全协议，它在应用层与传输层之间，提供数据通讯安全支持议，它在应用层与传输层之间，提供数据通讯安全支持 NPort 6000NPort 6000系列的系列的 Driver Driver 模式模式, TCP Server/Client , TCP Server/Client 模式模式, , Pair Connection Pair Connection 模式及模式及 Web Web设置提供此安全性设置提供此安全性 n SSH2 (Secure Shell 2)

42、一个将传输数据加密的协议，通常用于远程终端登陆及数据一个将传输数据加密的协议，通常用于远程终端登陆及数据传输传输 NPort 6000NPort 6000系列的终端访问和反向终端服务功能提供此安全系列的终端访问和反向终端服务功能提供此安全性性 Confidentialn DES (Data Encryption Standard)DES (Data Encryption Standard) 著名的保密密钥或对称密钥加密算法，由著名的保密密钥或对称密钥加密算法，由IBMIBM开发，在开发，在7070年代被美国国家标准和技术协会年代被美国国家标准和技术协会 ( (National Institute National Institute of Standards and Technology of Standards and Technology ，NIST ) NIST ) 承认承认n 3DES (Triple DES)3DES (Triple DES) 由由IBM IBM 在在DESDES基础上发展起来基础上发展起来 用两个密钥对明文进行三次加密用两个密钥对明文进行三次加密 , , 保密性更强，但花费保密性更强，但花