Serwery portów szeregowych

Od wielu lat interfejsy takie jak Ethernet i USB wypierają RS-a i można przyjąć, że wśród urządzeń komercyjnych tradycyjne porty szeregowe zniknęły na początku XXI wieku. W zastosowaniach profesjonalnych interfejsy szeregowe są ciągle bardzo popularne, ponieważ są łatwe w implementacji, niezawodne i znacząco tańsze niż nowsze standardy. Na przestrzeni ostatnich 50 lat powstało tak wiele urządzeń z interfejsem szeregowym, że praktycznie wszystkie nowe standardy doczekały się bramek umożliwiających podłączenie do nich urządzeń z RS-232.

Wiele firm oferujących komponenty do komunikacji przemysłowej oferuje bramki z RS-232/422/485 na: Ethernet, USB, Wi-Fi, Bluetooth, ZigBee oraz światłowód. Najpopularniejszym rozwiązaniem są serwery portów szeregowych do sieci Ethernet. Dzieje się tak, ponieważ przejście na Ethernet daje najwięcej możliwości, m.in. dostęp do portów z dowolnego miejsca na świecie, możliwość współdzielenia urządzeń przez kilka hostów oraz duże możliwości w zakresie okablowania. Drugim istotnym czynnikiem są stosunkowo niewielkie opóźnienia, jakie wprowadzają serwery portów oraz duża przepustowość takich łączy.

Jeśli przyjmiemy, że opóźnienie to czas potrzebny na wysłanie pakietu, który jest następnie zwracany do nadawcy, to widać przewagę serwerów portów np. nad Bluetooth. Najprościej taki test wykonać poprzez zapętlenie portu szeregowego, czyli połączenie TxD z RxD. W czasie pomiaru wysyłamy 1 bajt z prędkością 9600 bps.

W przypadku portu szeregowego na płycie głównej komputera czas potrzebny na wysłanie i odebranie 1 znaku to około 5 ms. Dla serwerów portów szeregowych to już około 10 ms, natomiast konwersja RS-232 na Bluetooth wprowadza opóźnienie około 100 ms. Jeśli zestawimy to z faktem, że Ethernet jest najczęściej wybieranym standardem przy budowie sieci przemysłowych, wydaje się zrozumiałe, że każdy z dostawców tej technologii ma w ofercie całą gamę takich urządzeń. Dostępne są wersje z 1, 2, 4, 8 lub 16 portami RS-232/422/485.

Serwery można konfigurować na kilka sposobów, zależnie od potrzeb aplikacji. Najprostszym i najczęściej używanym trybem pracy jest Virtual COM, który jak sugeruje nazwa, pozwala stworzyć wirtualny port COM/TTY pod systemami Windows oraz Linux. Ten tryb pracy jest całkowicie przezroczysty dla użytkownika, odpowiednim tunelowaniem danych z portu szeregowego zajmuje się driver, a użytkownik odwołuje się do takich portów szeregowych jak do systemowych portów COM na płycie głównej.

Drugim bardzo popularnym trybem pracy jest TCP Client/Server. Używając trybu TCP Sever, użytkownik nie jest ograniczany brakiem odpowiednich sterowników do systemu operacyjnego. W trybie TCP Server serwer w sposób pasywny oczekuje na połączenie pod określonym adresem IP i numerem portu TCP. Uzupełnieniem trybu pracy TCP Server jest TCP Client.

W tym trybie to serwer w sposób aktywny łączy się z wcześniej zdefiniowanym adresem IP i numerem portu TCP. Jest to optymalne rozwiązanie do czytników kart, ponieważ urządzenie łączy się ze zdalnym hostem tylko na czas transmisji danych. Ponadto część serwerów może pracować w trybie RFC2217, UDP lub jako serwer terminali. Zaawansowane modele mają dodatkowo szyfrowaną transmisję danych oraz obsługę DDNS i PPPoE.

Tak szeroka oferta serwerów portów szeregowych oraz mnogość ustawień jest wymuszona przez różnorodność urządzeń z interfejsem szeregowym. Zupełnie inne wymagania są przy transmisji danych z czytnika kodów kreskowych niż z modułu pomiarowego czy licznika energii. Niektóre serwery portów mają dodatkowo możliwość parametryzowania każdego trybu pracy np. poprzez zmianę długości pakietu, dzięki czemu to samo urządzenie może być wykorzystane w wielu różnych aplikacjach.

Cezary Kalista
Antaira Technologies
www.antaira.pl