UART串口的历史 （转载）

UART串口的历史    2005/03/22

      很久很久以前，计算机还没有出现，那时就已经存在了(计算机)史前的串口设备(电传打字机，工控测量设备，通信调制解调器)，为了连接这些串口，EIA制定了RS232标准，采用DB25接插件，支持同步和异步串口，D型的接口可以有效防止插反。标准化给使用带来了便利。
      时光荏苒，个人计算机出现了，这些已有的串口设备毫无疑问地成为了最初的外设，自然而然地RS232标准被个人计算机采纳。但是设备制造商倾向于体积更小，成本更低的接口，因此，将DB25中未使用的和支持同步模式的引脚去掉，形成DB9。最初的情况相当混乱，因为DB9只定义了信号，却没有指定信号和引脚的对应关系，各个制造商只能自行定义。幸运的是，IBM的PC成了工业标准，DB9逐渐统一到IBM的定义上来。
      DB9只有9根线，遵循RS232标准。定义如下：
      DTR,DSR------DTE设备准备好/DCE设备准备好。主流控信号。
      RTS,CTS------请求发送/清除发送。用于半双工时，收发切换。属于辅助流控信号。半双工的意思是说，发的时候不收，收的时候不发。那么怎么区分收发呢？缺省时是DCE向DTE发送数据，当DTE决定向DCE发数据时，先有效RTS，表示DTE希望向DCE发送，一般DCE不能马上转换收发状态，DTE就通过监测CTS是否有效来判断可否发送，这样避免了DTE在DCE未准备好时发送所导致的数据丢失。
      全双工时，这两个信号一直有效即可。
   
      随着计算机的日益普及，很多非RS232的串口也要接入PC机，如果为每一种新出现的串口都增加一个新的I/O口显然不现实，因为PC后面板位置有限，因此，将RS232串口和非RS232串口都通过RS232口接入是最佳方案。UART的U(通用)指的就是这个意思。早期ROM BIOS和DOS里的通信软件都是为RS232设计的，在没有检测到DCD有效前不会发送数据，因此，就连发送一个字符这样朴素的应用也要给出DCD、DTR、DSR等控制信号。因此，串口接头上要将一些控制线短接，或者干脆绕过系统软件自己写通信程序。
      到此，UART的涵义就总结为：通用的 异步 (串行) I/O口。
      就在UART冠以通用二字，准备一统江湖的时候，制造商们不满于它的速度、体积和灵活性(软件可配置)，推出了USB和1394串口。目前，笔记本上的UART串口有被取消的趋势，因而有网友发出了“没有串口，吾谁与归”的慨叹，古今多少事，都付笑谈中，USB取代UART是后话，暂且不表。
      话说自从贺氏(Hayes)公司推出了聪明猫(SmartModem)，他们制定的MODEM接口就成了业界标准，自此以后，所有公司制造的兼容猫都符合贺氏标准(连AT指令也兼容，大家一起抄他呗)。
      细观贺氏制定的MODEM串口，与RS232标准大不相同。DTR在整个通信过程中一直保持有效，DSR在MODEM上电后/可以拨号前有效(取决于软件对DSR的理解)，在通信过程的任意时刻，只要DTR/DSR无效，通信过程立即终止。在某种意义上，这也可以算是流控，但肯定不是RS232所指的那种主流控。如果拘泥于RS232，你是不会理解DTR和DSR的用途的。
      贺氏不但改了DTR和DSR，竟然连RTS和CTS的涵义也重新定义了。因此，RTS和CTS已经不具有最开始的意义了。从字面理解RTS和CTS，是用于半双工通信的，当DTE想从收模式改为发模式时，就有效RTS请求发送，DCE收到RTS请求后不能立即完成转换，需要一段时间，然后有效CTS通知DTE：DCE已经转到发模式，DTE可以开始发送了。在全双工时，RTS和CTS都缺省置为有效即可。然而，在贺氏的MODEM串口定义中，RTS和CTS用于硬件流控，和什么劳什子的全双工/半双工一点关系也没有。
      注意，硬件流控是靠软件实现的，之所以强调“硬件”二字，仅仅是因为硬件流控提供了用于流量情况指示的硬件连线，并不是说，你只要把线连上，硬件就能自己流控。如果软件不支持，光连上RTS和CTS是没有用的。
      RTS和CTS硬件流控的软件算法如下：(RTS有效表示PC机可以收，CTS有效表示MODEM可以收，这两个信号互相独立，分别指示一个方向的流量情况。)

      PC端处理：
        发. 当 发现（不一定及时发现） CTS (-3v to -15v)无效时，停止发送,
            当 发现（不一定及时发现） CTS (3v to 15v)有效时，恢复发送；

        收. 0<M<N<LEN_OF_RX_BUFFERS
            当接收buffers中的bytes<M 时，给 RTS 有效信号（+3v to +15v),
            当接收buffers中的bytes>N 时，给 RTS 无效信号（-3v to -15v);

      MODEM端处理：
            同上，但RTS与CTS交换。
   
      MODEM引脚名称容易让人迷惑的原因是因为学习的是RS232标准，却使用贺氏标准的猫，两个标准风马牛不相及。

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浅析PC机串口通讯流控制
龚建伟 2001.8.23
 
 
 
    我们在串行通讯处理中，常常看到RTS/CTS和XON/XOFF这两个选项，这就是两个流控制的选项，目前流控制主要应用于调制解调器的数据通讯中，但对普通RS232编程，了解一点这方面的知识是有好处的。那么，流控制在串行通讯中有何作用，在编制串行通讯程序怎样应用呢？这里我们就来谈谈这个问题。

        1.流控制在串行通讯中的作用
     这里讲到的“流”，当然指的是数据流。数据在两个串口之间传输时，常常会出现丢失数据的现象，或者两台计算机的处理速度不同，如台式机与单片机之间的通讯，接收端数据缓冲区已满，则此时继续发送来的数据就会丢失。现在我们在网络上通过MODEM进行数据传输，这个问题就尤为突出。流控制能解决这个问题，当接收端数据处理不过来时，就发出“不再接收”的信号，发送端就停止发送，直到收到“可以继续发送”的信号再发送数据。因此流控制可以控制数据传输的进程，防止数据的丢失。   PC机中常用的两种流控制是硬件流控制（包括RTS/CTS、DTR/CTS等）和软件流控制XON/XOFF（继续/停止），下面分别说明。

       2.硬件流控制
    硬件流控制常用的有RTS/CTS流控制和DTR/DSR（数据终端就绪/数据设置就绪）流控制。
    硬件流控制必须将相应的电缆线连上，用RTS/CTS（请求发送/清除发送）流控制时，应将通讯两端的RTS、CTS线对应相连，数据终端设备（如计算机）使用RTS来起始调制解调器或其它数据通讯设备的数据流，而数据通讯设备（如调制解调器）则用CTS来起动和暂停来自计算机的数据流。这种硬件握手方式的过程为：我们在编程时根据接收端缓冲区大小设置一个高位标志（可为缓冲区大小的75％）和一个低位标志（可为缓冲区大小的25％），当缓冲区内数据量达到高位时，我们在接收端将CTS线置低电平（送逻辑0），当发送端的程序检测到CTS为低后，就停止发送数据，直到接收端缓冲区的数据量低于低位而将CTS置高电平。RTS则用来标明接收设备有没有准备好接收数据。
    常用的流控制还有还有DTR/DSR（数据终端就绪/数据设置就绪）。我们在此不再详述。由于流控制的多样性，我个人认为，当软件里用了流控制时，应做详细的说明，如何接线，如何应用。

       3.软件流控制
    由于电缆线的限制，我们在普通的控制通讯中一般不用硬件流控制，而用软件流控制。一般通过XON/XOFF来实现软件流控制。常用方法是：当接收端的输入缓冲区内数据量超过设定的高位时，就向数据发送端发出XOFF字符（十进制的19或Control-S，设备编程说明书应该有详细阐述），发送端收到XOFF字符后就立即停止发送数据；当接收端的输入缓冲区内数据量低于设定的低位时，就向数据发送端发出XON字符（十进制的17或Control-Q），发送端收到XON字符后就立即开始发送数据。一般可以从设备配套源程序中找到发送的是什么字符。
    应该注意，若传输的是二进制数据，标志字符也有可能在数据流中出现而引起误操作，这是软件流控制的缺陷，而硬件流控制不会有这个问题。

    顺便说明一下，有不少朋友问到，为什么不在我编写的软件串口调试助手中将流控制加进去，我最初将这个调试工具定位在各种自动控制的串口程序调试上，经过计算和实验验证，在设置的特定采样周期内可以完成通讯任务，就干脆不用流控制。而且在工控中您即使不懂流控制，也能编写出简单的串口通讯程序来，就如我写的串口调试助手。
 

 

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