擴展USB連接的幾種方案比較

USB（通用串行總線）是現(xiàn)在支持許多通用現(xiàn)成的外圍設(shè)備，如鍵盤，鼠標，打印機和存儲設(shè)備等的公認作為首選的連接方案。對于致力于工業(yè)和消費市場的設(shè)備制造商來說，USB也成為滿足其連接至PC需求的一個優(yōu)先的選擇。事實上，對于任何一個使用標準的PC作為控制器設(shè)備的應(yīng)用， USB接口的好處是顯而易見的。雖然大批量短生命周期的通用外設(shè)可以不使用USB接口，一些有更長的生命周期的定制型應(yīng)用則需要添加USB連接來解決現(xiàn)代 PC缺乏傳統(tǒng)的連接接口的問題。

在這些現(xiàn)代PC所不支持的接口中，RS - 232串行接口是一個典型的例子，從軟件的角度看，RS-232相比USB更容易實現(xiàn)且同樣仍然滿足多種應(yīng)用需求。但是大多數(shù)現(xiàn)代PC已經(jīng)去掉了RS-232接口。

簡單的串口通信方案的成本往往低于復雜的替代產(chǎn)品，如RS - 232接口成本低于 USB接口。RS - 232方案的基本組成部分包括一個UART和一個驅(qū)動器和一個簡單的握手協(xié)議，即使在資源非常有限的微控制器中也可以很容易地實現(xiàn)。而且RS C 232接口的特性使其成為一個可以勝任惡劣的工作環(huán)境的強壯型短距離點對點通信解決方案。這樣的需求在許多工業(yè)控制或測量的實現(xiàn)中非常典型?；谶@些原因， RS - 232接口依然活躍在許多應(yīng)用領(lǐng)域。

. 由于現(xiàn)代PC缺乏對RS - 232接口的支持， PC作為控制器的應(yīng)用對RS - 232接口的支持就顯得令人失望。而實現(xiàn)對RS - 232接口外設(shè)支持的可選擇方案似乎很少：找到一個PC其裝有提供RS - 232接口的PCI卡或重新把外圍設(shè)備設(shè)計為支持USB接口類型。用USB替換RS - 232接口需要大量的設(shè)計工作。這些影響不僅體現(xiàn)在硬件上，而且更重要的是給嵌入式軟件帶來非常巨大的變化。

現(xiàn)在還有第三個選擇可以用來在現(xiàn)代PC上支持RS - 232接口外設(shè)。此種方式較之其他方式需要較少的工程方面工作并且保持傳統(tǒng)設(shè)備的完整性和穩(wěn)定性。這種方式的好處是提供了一個USB和RS C 232接口之間的透明轉(zhuǎn)換。FTDI公司的系列芯片即可支持這種方案，這些芯片解決了使用標準UART端口來實現(xiàn)嵌入式USB支持的相關(guān)復雜性問題。該技術(shù)提供了一種支持傳統(tǒng)RS - 232接口外設(shè)的簡單及低成本的解決方案。圖1顯示小型PCB如何使用FTDI芯片來提供此種解決方案。

擴展USB連接的幾種方案比較
圖1：傳統(tǒng)RS-232 調(diào)制解調(diào)器連接到現(xiàn)代PC。

現(xiàn)在FTDI家族的第五代芯片支持USB 1.0和USB 2.0 協(xié)議（低速，全速和高速）。這些設(shè)備提供了一系列的異步和同步串行接口解決方案，包括UART接口（ RS-232/RS-422/RS-485 ）和FIFO 。除了集成在PCB級，這些芯片可用于制作PC與外設(shè)之間的USB到RS-232的接口轉(zhuǎn)換連接線。連接線內(nèi)的芯片完成所有PC與外設(shè)之間的接口轉(zhuǎn)換工作。由于USB的波特率比RS C 232的波特率高很多（6000：1），因此這些設(shè)備不僅需要提供兼容的USB接口，而且必須能夠?qū)?shù)據(jù)進行緩沖，分析和重組來滿足RS C 232協(xié)議的規(guī)范。這些都是基于FTDI所專有的IP實現(xiàn)，包括一個USB協(xié)議引擎，一個UART控制器，一個串行接口引擎及一個USB收發(fā)器。圖2所示為其中一種芯片F(xiàn)T232R的機構(gòu)框圖。

擴展USB連接的幾種方案比較
圖2：FT232R架構(gòu)框圖。

運行在原有設(shè)備端的軟件并不需要改變，但是僅就所使用的COM端口而言，運行在PC端的應(yīng)用程序需要知道正在使用的是USB連接而非RS - 232連接。當一個USB到RS C 232轉(zhuǎn)換線連接到PC的 USB端口 ， PC的操作系統(tǒng)會創(chuàng)建一個虛擬的COM端口。應(yīng)用程序通過這個虛擬的COM端口與USB接口進行通信，而不需要對PC上的應(yīng)用程序進行任何修改。應(yīng)用程序只需要知道轉(zhuǎn)接線所連接的具體的COM端口即可與之通信。外設(shè)的軟件或硬件則不需要任何修改。圖3所列的軟件代碼給出了一個例子來顯示應(yīng)用程序如何確定與之相連的COM端口，同時它還給出一些配置UART的例程代碼 。