USB转串口那些事儿—如何固定设备串口号

使用USB转串口设备或多个USB转串口设备级联扩展多串口时，会经常遇到USB设备插拔顺序不固定、插入的USB主机口位置不固定、系统重新开机等操作导致设备对应串口号发生改变，影响产品使用的情况。

Windows系统固定串口号

在Windows系统上对于此需求推荐使用内置USB Serial Number（USB串行序列号）的USB转串口芯片，可实现同一物理设备在系统上分配的串口号固定不改变。原理如下：

Windows USB虚拟串口驱动的COM口分配一般均遵循以下原则：

1. 针对USB描述符中内置USB Serial Number（USB串行序列号）的USB串口设备如CH343，默认系统会根据设备内置的SN编号，为其分配固定的COM口号，此时可以实现设备连接不同USB口时COM口均固定不变的效果，连接多个不同设备时因各芯片的USB Serial Number编号均不同，会分别对应生成不同的固定COM口。
2. 针对USB描述符不包含USB Serial Number的USB串口设备如CH340和CH341，系统会根据设备的USB Location（USB位置）来分配COM口号，当连接不同的USB口时，因为USB端口的位置不同所以生成的COM口号也不同。

此外配合沁恒提供的专用串口号管理工具“ComPortManager”可轻松实现多设备的串口管理，可对指定设备或系统所有串口设备进行串口号一键管理，结合芯片内置USB Serial Number的特性，一次修改，永久生效。除此之外，还支持驱动安装时分配固定的串口号。

常用USB转多串口芯片：

型号	CH347T	CH344Q	CH9344L	CH348L	CH348Q
USB	480M高速	480M高速	480M高速	480M高速	480M高速
串口数量	2	4	3	8	8
最高波特率	7.5Mbps	6Mbps	12Mbps	6Mbps	6Mbps
IO电压	3.3V	3.3V	3.3V/2.5V/1.8V	3.3V/2.5V/1.8V	3.3V
RS485控制	√	√	√	√	√
封装	TSSOP20	LQFP48	LQFP48	LQFP100	LQFP48

型号	CH342F/K	CH9103M	CH344L	CH9104L
USB	全速	全速	全速	全速
串口数量	2	2	4	4
最高波特率	3Mbps	3Mbps	230400bps	6Mbps
IO电压	5V/3.3V/ 2.5V/1.8V	5V/3.3V/ 2.5V/1.8V	3.3V	3.3V
RS485控制	CH342F支持	√	√	√
封装	QFN24/ESSOP10	QFN40	LQFP48	LQFP48

ComPortManager软件介绍

Windows系统上可使用ComPortManager工具软件批量管理计算机串口设备COM口号，工具支持单独和批量修改系统下串口设备的端口号，支持USB转串口、PCI(e)转串口、BLE/以太网转串口等设备类型，支持设备的主动扫描和热插拔检测。串口更改支持2种方式：串口号依次递增或根据设备在系统下的物理位置进行分配。

串口号依次递增方式下对于每个多串口设备，更改成功后其第一个物理串口对应“起始串口号”，然后依次增加。如以下界面展示，目标设备为USB转4串口芯片CH344，指定起始串口号为COM10，则修改成功后与物理串口的匹配关系：UART0—>COM10、UART1—>COM11、UART2—>COM12、UART3—>COM13。

• 串口设备类型选择：USB转串口/PCI(e)转串口/BLE与以太网转串口/所有类型
• 枚举串口：主动搜索当前系统所有串口设备
• 串口卡排列顺序：按位置排列/按串口数量排列
• 串口设备信息栏
• 串口设备对应的COM口详细信息栏
• 需要更改的目标设备
• 指定串口号更改方式：依次递增/根据HUB位置的串口号设定更改
• 更改串口号：更改过程可能会与其他原有COM口冲突，需注意提示信息
• 软件信息输出窗口
• 设备详细信息栏

Linux系统固定串口号

Linux USB虚拟串口驱动的COM口分配一般均遵循以下原则：

Linux系统下的串口名称分配和硬件的上电顺序有关，如果是开机启动或者接在同一HUB下面，则由系统枚举各USB设备的顺序相关。先枚举成功的设备先进行串口名分配。如使用2个USB转8串口产品CH348，先插入系统的分配的为：ttyCH9344USB0~7，后插入的分配为：ttyCH9344USB8~15。

通过udev工具实现为USB转串口设备固定串口名称的实现原理与方法，该方法也适用于其他USB设备驱动。

udev运行在用户态，脱离驱动层的关联，基于这种设计实现，用户可以通过编写规则来动态删除和修改/dev下的设备文件，任意命名设备。除了设备重命名外，还拥有修改设备访问权限的功能，可以实现在普通用户模式下操作/dev下系统设备，无需root模式下进行。

每当udevd收到uevent事件时就会去匹配规则，匹配成功后执行规则对应的操作。用户自定义规则放到/etc/udev/rules.d/目录下，以rules为扩展名。

通过udevadm命令（udevadm info -a -n /dev/ttyCH343USB0）或者sysfs（ls -la /sys/class/tty）可以查看USB串口芯片详细信息，如下以双串口芯片CH342举例：

规则匹配主要基于几个字段：

KERNELS：kernel对设备的命名，此处为设备路径（Location ID）

ATTR/ATTRS：设备的属性，如idProduct/idVendor

SUBSYSTEMS：设备类型

ACTION：设备触发的操作，如add/change/remove

根据设备信息可在/etc/udev/rules.d/创建自定义规则usb-ch342.rules，内容如下：

注：DRIVERS信息为设备加载的驱动名，CH342支持VCP厂商驱动和CDC驱动类型，默认建议使用VCP驱动，DRIVERS为“ch343”，CDC驱动下DRIVERS为“cdc_acm”。

如上规则使用了设备的VID，PID与USB接口号。（每个物理串口分别对应一个USB接口）当使用多个USB转串口产品时可以通过设备的其他属性来区分设备：如插入主机的USB Location或者芯片的设备描述符等。通过命令：udevadm control --reload-rules && udevadm trigger让规则立即生效或重启后自动生效。

当CH342设备接入后即可在/dev下查看到SYMLINK中命名的ttyGPS与ttyBLE串口设备。若需要区分多个CH342设备，可结合KERNELS字段，即设备路径（Location ID）进行区分。

关于计算机端应用软件如何区分多个USB转串口设备，以及如何区分同一个USB转串口硬件的多个串口，可以移步至其他博客。