設備網(wǎng)絡化需要串口“芯動力”

“設備網(wǎng)絡化”產(chǎn)業(yè)革命熱潮漸起，通過LAN網(wǎng)絡接口連接各種設備，并通過讀取控制中心指令，及時傳輸數(shù)據(jù)和進行相關的統(tǒng)計與執(zhí)行工作?！霸O備網(wǎng)絡化”成為提高效率的必然途徑之一。

　　可見，設備的網(wǎng)絡連接是當前產(chǎn)業(yè)發(fā)展的必然趨勢。通過網(wǎng)絡擴展，改變傳統(tǒng)的生產(chǎn)及供貨方式，而企業(yè)領導者則可以直接透過計算機，更迅速地了解市場行情、生產(chǎn)情況、銷售業(yè)績與倉儲數(shù)據(jù)，乃至于各種訂單的當前狀況。


　　信息化要求串口發(fā)展


　　對于以太網(wǎng)而言，其最大的特點在于，具有共同的標準IEEE 802.3，而和網(wǎng)絡的速度無關。經(jīng)過多年發(fā)展，以太網(wǎng)已廣泛建構在全世界的公司、工廠、學校、研究單位、政府機構甚至在所謂的社區(qū)網(wǎng)絡之中，TCP/IP協(xié)議也逐漸成為通信協(xié)議的主流，在簡單的硬件架構下，TCP/IP促進了以太網(wǎng)和Internet的快速成長。

　　面對產(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設備該如何配合這一轉變，繼續(xù)保持向前發(fā)展？

　　當前，只具有串行RS-232接口的設備在上網(wǎng)時，需面對下列幾個技術難點：（一）處理器效能已達極限，原有設備上的DSP等處理器，或不支持網(wǎng)絡功能，或使用效能已達極限，因此除非換或增加一塊處理器，否則將無法分擔系統(tǒng)處理網(wǎng)絡傳輸?shù)墓ぷ鳌＃ǘ┚W(wǎng)絡芯片及規(guī)格變化大，不易維護?，F(xiàn)有的LAN controller網(wǎng)絡芯片在市場需求的驅動下，不斷的整合其它諸如SRAM、ESD保護等各項附加價值及效能。并且，對不同廠商，其芯片效能的差異較大，標準不一，增加了組件替換的困難度。（三）合乎TCP/IP的驅動不易開發(fā)。如何控制LAN controller，開發(fā)出適合的驅動程序，適應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)設定，以便進行數(shù)據(jù)傳輸。設備上網(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，因此需要對原有軟件進行修改或重寫，以配合TCP/IP通信協(xié)議。


　　單口應用已經(jīng)變化


　　單口卡最早應用于計算機上，向外接口采用RS-232界面，后擴展為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理如下：數(shù)據(jù)從產(chǎn)生端（通常是PC機或各種專業(yè)機器設備）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)過串行總線到達一個小芯片上。芯片作為一個轉換器，將數(shù)據(jù)信號進行格式轉換，并發(fā)送到外接的接口界面上，傳輸給接收方。整個工作流程如圖1所示。


　　圖2 智能型多串口卡工作流程示意圖

　　對于Moxa產(chǎn)品而言，由于采用了ASIC技術，使傳統(tǒng)IC的數(shù)目大為減少，內(nèi)建數(shù)據(jù)流向自動控制（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，RS-485編程也相對簡化，開發(fā)時間減少。開發(fā)工具包 Moxa Pcomm一并提供給所有的用戶，以便他們進行串口通信軟件的開發(fā)。同時，Moxa還一并向客戶提供了API函數(shù)庫和故障補丁。


　　多串口卡集成更多技術


　　對于多串口卡，從工作機理上來說，工作流程和單口的串口卡差別并不是很大，重點也只是在于UART的個數(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CPU運輸數(shù)據(jù)時所消耗的時間，提高工作效率，例如具有兩個接口的智能型串口卡，其示意圖如圖2所示。

　　對于Moxa Intellio系列多串口卡而言，應用于大型的系統(tǒng)時，其良好的系統(tǒng)效能和擴充能力表現(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)生的等待時間，減輕主機系統(tǒng)的負擔，而雙CPU架構的設計使得串口在獲得很好的擴充性能的同時，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，使可延伸的距離進一步提高。

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

　　而Moxa Industio系列多串口卡對于環(huán)境的要求較苛刻,對有串口存在的情況是非常適應的。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)的停機時間盡可能降低，提高了工作時間和穩(wěn)定性。

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


　　網(wǎng)絡傳輸應用數(shù)據(jù)包


　　網(wǎng)絡系統(tǒng)大量建立，處于對更遠距離的訴求，網(wǎng)絡型串口被呼喚而出，將相應的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，僅僅以轉化后的數(shù)據(jù)在近距離內(nèi)傳遞，“遙遠”設備的控制，需要通過網(wǎng)絡來實現(xiàn)。由此，為在網(wǎng)絡上傳播數(shù)據(jù)而應用的協(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)絡串口卡工作流程示意圖

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

　　而對于Moxa的NPort Server Family串口設備服務器來說，更重要的是將轉化工作全部集成在產(chǎn)品中。通過這一工作，使客戶所面對的界面與操作保持了傳統(tǒng)的方式，不必強求自己適應“網(wǎng)絡性”這一難題，通過和普通串口一樣的操作形式，獲得網(wǎng)絡傳輸?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固件自動編譯的數(shù)據(jù)。在數(shù)據(jù)到達目的地址后，由安裝好的Driver自動對編譯進行反操作，獲得原始的數(shù)據(jù)，既保證了有效傳輸，同時也在穩(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，分別適應在設備生產(chǎn)中集成網(wǎng)絡串口卡和在已應用設備上捆綁使用網(wǎng)絡串口卡的不同需要，而其功能是相同的，都是為了將設備更簡便地連接到網(wǎng)絡上，獲得更為簡單的控制，而主機對設備多種全面的控制形式（單對單、單對多、多對多、多對單），使NPort Server在任何應用中都游刃有余，對設備進行全面的控制。