USB串口通信產(chǎn)品的發(fā)展
The prograss of BOSI’s USB serial communication products
武漢波仕電子有限公司 （430074）
本文首先簡單回顧了國內(nèi)USB產(chǎn)品開發(fā)的歷史，然后詳細介紹了以波仕電子產(chǎn)品為代表的四代USB串口通信產(chǎn)品的性能及特點，第一代是USB/RS-232轉(zhuǎn)換器，第二代是USB/RS-485/RS-422轉(zhuǎn)換器，第三代是光電隔離的USB/ RS-232/485/422通用轉(zhuǎn)換器，第四代是USB/串口光纖轉(zhuǎn)換器。最后文章對USB虛擬的串口與傳統(tǒng)串口的差別進行了評論。
關(guān)鍵詞 USB 串口通信 RS-232 RS-485
目前計算機的USB接口已經(jīng)大量使用，一般每臺計算機都有2到4個USB口。USB口已經(jīng)開始逐步取代傳統(tǒng)的PS/2鼠標口、PS/2鍵盤口、CENTRONICS打印口、RS-232串口等。USB將是未來重要的PC機工業(yè)通信接口之一，用于實現(xiàn)工業(yè)通信以及存儲、編程等。在USB技術(shù)逐步普及于工業(yè)通信的今天，本文回顧USB工業(yè)通信產(chǎn)品的發(fā)展過程。
先回顧我國USB產(chǎn)品的開發(fā)成就，我們不得不提到著名的深圳朗科公司。是他首次提出了“優(yōu)盤”的名稱，是他取得了全球領(lǐng)先的USB外部存儲裝置的專利知識產(chǎn)權(quán)，并且據(jù)說后來以此專利起訴打敗了著名的日本SONY公司。盡管在朗科的U盤出現(xiàn)之前國內(nèi)已經(jīng)有IBM隨電腦一道贈送的“IBM存儲鑰匙”，其實就是U盤，但是象IBM這樣連微硬盤部門都出售給日立公司的藍色巨人是看不上這小小的存儲鑰匙（storage key）的。這樣的失誤雖然遠遠輕于請MICROSOFT公司為IBM PC寫DOS操作系統(tǒng)，但是也成就了一個中國的朗科以及后來國內(nèi)的整個U盤市場，盡管今天的朗科還遠遠沒有達到MICROSOFT的規(guī)模。當(dāng)時早期的朗科U盤采用的是PHILIPS公司的PDIUSB12的USB接口芯片加三星的FLASH存儲器，朗科當(dāng)時還出售PDIUSB12的開發(fā)系統(tǒng)可用于開發(fā)U盤等產(chǎn)品。不到一年后，同樣在深圳的另外一家公司魯文公司開發(fā)出了號稱是全球第一個無須驅(qū)動程序的U盤（取名為“易盤”），可以在Windows me下無須驅(qū)動程序。因為無驅(qū)才會有后來的巨大的市場。
雖然以上是國內(nèi)USB產(chǎn)品開發(fā)歷程的簡單回顧并不是USB串口通信領(lǐng)域產(chǎn)品的回顧，但是正是因為中國人開發(fā)U盤技術(shù)讓我國在世界計算機外設(shè)方面占了一席之地的成就鼓舞了后來國人在USB串口通信領(lǐng)域的產(chǎn)品開發(fā)，也正是當(dāng)時朗科出售的USB開發(fā)系統(tǒng)帶動波仕電子開始了USB串口通信產(chǎn)品的開發(fā)。況且工業(yè)通信和工業(yè)測量控制領(lǐng)域都是國人的傳統(tǒng)強項，始終是國貨占據(jù)絕大部分市場。本文介紹了以波仕電子產(chǎn)品為代表的四代USB串口通信產(chǎn)品的性能及特點，第一代是USB/RS-232轉(zhuǎn)換器，第二代是USB/RS-485/RS-422轉(zhuǎn)換器，第三代是光電隔離的USB/ RS-232/485/422通用轉(zhuǎn)換器，第四代是USB/串口光纖轉(zhuǎn)換器。最后文章對USB虛擬的串口與傳統(tǒng)串口的差別進行了評論。
第一代產(chǎn)品 USB/RS-232轉(zhuǎn)換器
第一代USB串口通信產(chǎn)品是以波仕電子的USB/RS-232轉(zhuǎn)換器為典型的。波仕電子是國內(nèi)最早從事USB/串口轉(zhuǎn)換器的開發(fā)廠家之一。型號為USB232的USB/RS-232轉(zhuǎn)換器（如圖1）用于將一個USB口轉(zhuǎn)換成為一個RS-232串行口。USB/RS-232轉(zhuǎn)換器實現(xiàn)USB與RS-232串口設(shè)備相互通訊的一種協(xié)議轉(zhuǎn)換裝置（USB協(xié)議-串行通信協(xié)議）。在通信主機 (USB)和RS-232串口設(shè)備之間，無論是通信主機發(fā)送信息至指定的RS-232串口設(shè)備或是RS-232串口設(shè)備發(fā)送信息至指定通信主機，都可以經(jīng)其輕易且正確地傳輸。波仕的USB232是專門為工業(yè)通信設(shè)計制造的，特別強調(diào)對工業(yè)通信的適用性。比如我們用工業(yè)通信開發(fā)常用的Visual BASIC 和 Visual C++語言的通信控件編程后進行通信檢測，波仕的USB232可以在各種版本的Windows下很流暢地正確通信并且對RTS/CTS、DTR/DSR握手信號的控制與監(jiān)測也很正確，而有些市售的USB/串口轉(zhuǎn)換器卻不能夠通過這樣的檢測。
圖1 波仕電子的型號為USB232的USB/RS-232轉(zhuǎn)換器
波仕電子USB232產(chǎn)品具有以下基本性能特點：直接外插USB口，無須外接電源,自動識別串口號當(dāng)作新的COM口，并且在WINDOWS XP下可以修改COM口的號碼，RS-232口帶全部RS-232信號，軟件只需修改串口號即可，無須重新編寫。
USB232產(chǎn)品還可以與波仕電子的其他產(chǎn)品配合使用： USB232還可以直接配接波仕電子的485C型轉(zhuǎn)換器構(gòu)成USB/RS-485/RS-422轉(zhuǎn)換器（全雙工半雙工通用）。USB232還可以直接配接波仕電子的485TC型轉(zhuǎn)換器構(gòu)成光電隔離且無須供電的USB/RS-485/RS-422轉(zhuǎn)換器。USB232還可以直接配接波仕電子的BS232-9型RS-232光電隔離器構(gòu)成光電隔離無須供電的USB/RS-232轉(zhuǎn)換器。
第二代產(chǎn)品 USB/RS-485/RS-422轉(zhuǎn)換器
第二代USB串口通信產(chǎn)品可以從USB口直接擴展出RS-485、RS-422口。波仕電子USB/RS-485轉(zhuǎn)換器（型號：USB485）用于將一個USB口轉(zhuǎn)換成為RS-485（半雙工）或者RS-422口（全雙工），如圖2。
波仕電子USB485產(chǎn)品具有以下基本性能特點：直接外插USB口，無須外接電源, 無須供電而且還可以對外輸出5V電源。配RS-485/RS-422接線端子！自動識別串口號當(dāng)作新的COM口， RS-485/422口為全雙工半雙工通用，軟件只需修改串口號即可。驅(qū)動軟件完全同波仕USB232轉(zhuǎn)換器。
USB485主要是為USB的遠程工業(yè)通信而設(shè)計的，由于轉(zhuǎn)換為RS-485或者RS-422接口所以通信距離增加到了1200米（9600bps時）。同時增加了一個5V供電腳這樣可以對某些外接的儀器或設(shè)備供電。
第三代USB串口通信產(chǎn)品不僅可以從USB口直接擴展出RS-232、RS-485、RS-422口，而且實現(xiàn)了光電隔離又無須供電。波仕USB232GL1光電隔離微型USB/串口轉(zhuǎn)換器（如圖3）秉承波仕轉(zhuǎn)換器的一貫特色，具有超小型的外形(80*23*47mm)、RS-232、RS-485、RS-422通用，可以虛擬成為本地COM串口(COM1-COM256)、無須修改已有的串口通信軟件。
波仕USB232GL1可能是世界上最小的光隔USB/串口轉(zhuǎn)換器之一、使用也是極簡便的，專利號:200630307752。USB232GL1實現(xiàn)了USB與串口的2500V光電隔離。USB232GL1的RS-232/485/422的最高通信速率為19.2Kbps，實際可達38.4Kbps以上。波仕USB232GL1內(nèi)置有600W抗雷擊浪涌保護器。
波仕USB232GL1產(chǎn)品的RS-232/485/422串口端是一個DB-9針座，具有RS-232、RS-485、RS-422全部引腳。當(dāng)作為RS-232口時與PC機的DB-9針RS-232口的2、3、5腳分配完全相同。作為RS-422時，T+、T—是指從USB232GL1向外發(fā)送。注意RS-485和RS-422通信時建議要接地線（5腳）。RS-485/422無須跳線選擇。RS-485/422信號的參考地線與RS-232的GND是一樣的。
波仕電子USB232GL1產(chǎn)品具有以下基本性能特點：光電隔離且無須外接電源，無須供電而且還可以對外輸出隔離的5V電源，串口為RS-232/RS-485/RS-422通用，自動識別串口號。驅(qū)動程序同波仕USB232、USB485轉(zhuǎn)換器。
第四代產(chǎn)品 USB/串口光纖轉(zhuǎn)換器
第四代USB串口通信產(chǎn)品的型號是波仕電子的OPTU232L1（多模）和OPTU232SL1（單模）（如圖4）。直接從USB口轉(zhuǎn)換出一對光纖收發(fā)頭用于傳輸串口信號，而且無須供電。它們是最新一代USB串口通信產(chǎn)品。波仕OPTU232L1和OPTU232SL1（單模）微型USB/串口光纖轉(zhuǎn)換器具有專利的外形(80*23*47mm)、可以虛擬成為本地COM串口(COM1-COM256)、無須修改已有的串口通信軟件。驅(qū)動程序同波仕USB232GL1轉(zhuǎn)換器。由于OPTU232L1傳輸?shù)倪€是串口信號，所以必須成對使用或者與波仕的串口/光纖轉(zhuǎn)換器配對使用。由于采用光纖作為通信傳輸介質(zhì)，具有高隔離電壓、防電磁干擾、傳輸距離遠等優(yōu)點。
波仕電子發(fā)明和首創(chuàng)了USB/串口光纖轉(zhuǎn)換器、同時也是世界上唯一的USB/串口光纖轉(zhuǎn)換器。OPTU232SL1的傳輸介質(zhì)為單模光纖、OPTU232L1的傳輸介質(zhì)為多模光纖，但是外形和驅(qū)動程序是完全一樣的。本產(chǎn)品受以下中國專利保護：200730098650、200630307752、ZL2002284234，侵權(quán)必究！
對USB虛擬串口的評論
這里所說的“串口”是指RS-232或者RS-485/RS-422口，但是由于RS-485（或RS-422）口一般都是從PC機的RS-232口轉(zhuǎn)換而來，其軟件是通用的，所以本文評論的“串口”一般就指PC機的RS-232口。這里所說的“虛擬串口”是指通過USB/串口轉(zhuǎn)換器生成的串口。有人在使用USB/串口轉(zhuǎn)換器時發(fā)現(xiàn)某些以前在傳統(tǒng)RS-232口上運行正常的軟件卻不能夠使用，因而就說通過USB轉(zhuǎn)換出來的串口不是真正的串口。這里所謂的“傳統(tǒng)RS-232口”是指從PC機的主板或者從總線，比如臺式機的PCI或者ISA總線、筆記本的PCMCIA總線上擴展出來的RS-232口。USB的全稱是通用串行總線，它與PCI之類的并行總線有本質(zhì)的區(qū)別。USB口沒有分配固定的總線I/O地址也沒有固定中斷號，它的地址是通過軟件來虛擬的，而傳統(tǒng)的RS-232口有固定的I/O地址以及中斷號。這就是某些通信軟件在傳統(tǒng)RS-232口可以運行而在USB/串口轉(zhuǎn)換器的RS-232口上不能夠運行的原因。如果通信軟件內(nèi)有直接I/O讀寫語句，那么肯定無法在USB/串口轉(zhuǎn)換器的串口上運行。另外還有一個原因就是對RTS/CTS、DTR/DSR這些握手信號的操作，即使是通過虛擬讀寫不是通過直接I/O讀寫來操作這些握手信號，但由于USB/串口轉(zhuǎn)換器對這些握手信號的虛擬讀寫過程的初始化往往比較耗時，所以容易導(dǎo)致握手信號讀寫失敗。
我們認為用USB/串口轉(zhuǎn)換器的虛擬串口代替?zhèn)鹘y(tǒng)的RS-232、RS-485、RS-422口是必然的發(fā)展趨勢，就象PCI總線代替ISA總線、Windows代替DOS一樣，盡管后者都更加適合工業(yè)通信和工業(yè)測控。Windows操作系統(tǒng)從來不是優(yōu)先考慮工業(yè)通信和工業(yè)測控的實時性要求，反而越來越拋棄工業(yè)通信和工業(yè)測控。只有CPU、總線等硬件速度的改進使延時減小從而接近實時性。由于通過虛擬I/O操作代替物理的固定I/O讀寫是解決Windows可靠性的一條基本原則，所以用戶越來越遠離Windows內(nèi)核的操作。事實上，從Windows XP開始就沒有了直接I/O讀寫指令，甚至Windows 98的直接I/O讀寫也是通過將DOS的I/O讀寫指令編輯成為動態(tài)連接庫然后來調(diào)用的。Windows XP下的直接I/O讀寫也是通用動態(tài)連接庫的調(diào)用來實現(xiàn)，不過更加復(fù)雜，可參見波仕電子網(wǎng)站的軟件。另外減少USB虛擬串口對RTS/CTS、DTR/DSR這些握手信號的虛擬操作的延時也是一個技術(shù)難點，這主要是由USB/串口轉(zhuǎn)換器內(nèi)部UART的信號初始化處理延時導(dǎo)致的。避免頻繁使用最好不要使用這些握手信號是較好的解決方法。波仕電子所有產(chǎn)品的RS-485接口均使用了零延時自動收發(fā)轉(zhuǎn)換技術(shù)，這就保證轉(zhuǎn)換過程中不需要任何握手信號來控制收與發(fā)的切換。
（轉(zhuǎn)載）
