Наряду с параллельным портом COM-порт, или последовательный порт является одним из традиционных портов ввода-вывода компьютера, использовавшимся еще в первых ПК. Хотя в современных компьютерах COM-порт имеет ограниченное применение, тем не менее, информация о нем, возможно, будет полезной многим пользователям.
Последовательный порт, как и параллельный, появился задолго до появления персональных компьютеров архитектуры IBM PC. В первых персоналках COM-порт использовался для подсоединения периферийных устройств. Однако сфера его применения несколько отличалась от сферы применения параллельного порта. Если параллельный порт использовался в основном для подключения принтеров, то COM-порт (кстати, приставка COM – это всего лишь сокращение от слова communication) обычно применялся для работы с телекоммуникационными устройствами, такими, как модемы. Тем не менее, к порту можно подключить, например, мышь, а также другие периферийные устройства.
COM-порт, основные сферы применения:
- Подключение терминалов
- ~ внешних модемов
- ~ принтеров и плоттеров
- ~ мыши
- Прямое соединение двух компьютеров
В настоящее время сфера применения СОМ-порта значительно сократилась благодаря внедрению более быстрого и компактного, и, кстати, тоже последовательного, интерфейса USB. Почти вышли из употребления внешние модемы, рассчитанные на подключение к порту, а также «COM-овские» мыши. Да и редко кто теперь соединяет два компьютера при помощи нуль-модемного кабеля.
Тем не менее, в ряде специализированных устройств последовательный порт до сих используется. Можно найти его и на многих материнских платах. Дело в том, что по сравнению с USB COM-порт имеет одно важное преимущество – согласно стандарту последовательной передачи данных RS-232, он может работать с устройствами на расстоянии в несколько десятков метров, в то время как радиус действия кабеля USB, как правило, ограничен 5 метрами.
Принцип работы последовательного порта и его отличие от параллельного
В отличие от параллельного (LPT) порта, последовательный порт передает данные побитно по одной-единственной линии, а не по нескольким одновременно. Последовательности битов группируются в серии данных, начинающиеся стартовым битом и кончающиеся стоповым битом, а также битами контроля четности, использующимися для контроля ошибок. Отсюда происходит и еще одно английское название, которое имеет последовательный порт – Serial Port.
Последовательный порт имеет две линии, по которым передаются собственно данные – это линии для передачи данных от терминала (ПК) к коммуникационному устройству и обратно. Кроме того, существует еще несколько управляющих линий. Обслуживает Serial port специальная микросхема UART, которая способна поддерживать относительно высокую скорость передачи данных, достигающую 115 000 бод (байт/с). Правда, стоит отметить, что реальная скорость обмена информацией зависит от обоих коммуникационных устройств. Кроме того, в функции контроллера UART входит преобразование параллельного кода в последовательный и обратно.
Порт использует электрические сигналы сравнительного высокого напряжения – до +15 B и -15 В. Уровень логического нуля последовательного порта составляет +12 В, а логической единицы – -12 В. Такой большой перепад напряжений позволяет гарантировать высокую степень помехоустойчивости передаваемых данных. С другой стороны, используемые в Serial port высокие напряжения требуют сложных схемотехнических решений. Это обстоятельство также поспособствовало снижению популярности порта.
Последовательный интерфейс RS-232
Работа Serial port на ПК базируется на стандарте передачи данных для последовательных устройств RS-232. Этот стандарт описывает процесс обмена данными между телекоммуникационным устройством, например, модемом и компьютерным терминалом. Стандарт RS-232 определяет электрические характеристики сигналов, их назначение, длительность, а также размеры коннекторов и схему выводов для них. При этом RS-232 описывает лишь физический уровень процесса передачи данных и не касается используемых при этом транспортных протоколов, которые могут меняться в зависимости от используемого коммуникационного оборудования и программного обеспечения.
Стандарт RS-232 был создан в 1969 г, а его последняя версия, TIA 232, вышла в 1997 г. В настоящее время RS-232 считается устаревшим, однако большинство операционных систем до сих пор его поддерживает.
В современных компьютерах разъем Serial port представляет собой 9-штырьковый разъем типа «вилка» DB-9, хотя стандарт RS-232 описывает также разъем с 25–ю контактами – DB-25, который часто применялся на старых компьютерах. Разъем DB-9 обычно расположен на системной плате ПК, хотя в старых компьютерах он мог находиться на специальной мультикарте, вставляемой в слот расширения.
9- штырьковое гнездо DB-9 на материнской плате
Разъем DB-9 на кабеле подключаемого к порту устройства
В отличие от параллельного порта, разъемы с обеих сторон двустороннего последовательного кабеля идентичны. Помимо линий для передачи самих данных, порт содержит несколько служебных линий, по которым между терминалом (компьютером) и телекоммуникационным устройством (модемом) может передаваться управляющая информация. Хотя теоретически для работы последовательного порта достаточно лишь трех каналов – прием данных, передача данных и земля, практика показала, что наличие служебных линий делает связь более эффективной, надежной и, как следствие, более быстрой.
Назначение линий разъема Serial port DB-9 согласно RS-232 и их соответствие контактам разъема DB-25:
| Контакт DB-9 | Английское название | Русское название | Контакт DB-25 |
| 1 | Data Carrier Detect | Несущая обнаружена | 8 |
| 2 | Transmit Data | Передаваемые данные | 2 |
| 3 | Receive Data | Принимаемые данные | 3 |
| 4 | Data Terminal Ready | Готовность терминала | 20 |
| 5 | Ground | Земля | 7 |
| 6 | Data Set Ready | Готовность передающего устройства | 6 |
| 7 | Request To Send | Запрос на отправку данных | 4 |
| 8 | Clear To Send | Передача данных разрешена | 5 |
| 9 | Ring Indicator | Индикатор звонка | 22 |
Конфигурирование и прерывания
Поскольку в компьютере может быть несколько последовательных портов (до 4), то в системе для них выделяется два аппаратных прерывания - IRQ 3 (COM 2 и 4) и IRQ 4 (COM 1 и 3) и несколько прерываний BIOS. Многие коммуникационные программы, а также встроенные модемы используют для своей работы прерывания и адресное пространство портов COM. При этом обычно применяются не реальные порты, а так называемые виртуальные порты, которые эмулируются самой операционной системой.
Как и в случае многих других компонентов материнской платы, параметры работы портов COM, в частности, значения прерываний BIOS, соответствующих аппаратным прерываниям, можно настроить через интерфейс BIOS Setup. Для этого используются такие опции BIOS, как COM Port, Onboard Serial Port, Serial Port Address, и т.п.
Заключение
Последовательный порт ПК в настоящее время не является широко используемым средством для ввода-вывода информации. Тем не менее, поскольку существует большое количество оборудования, прежде всего, телекоммуникационного назначения, созданного для работы с последовательным портом, а также благодаря некоторым достоинствам протокола последовательной передачи данных RS-232, последовательный интерфейс пока еще не следует списывать со счетов, как абсолютно устаревший рудимент архитектуры персонального компьютера.
THR
-
промежуточный регистр данных передатчика
(только для записи)
Данные, записанные в регистр, будут пересланы в выходной сдвигающий
регистр (когда он будет свободен), из которого поступят на выход при
наличии разрешающего сигнала CTS
. Бит 0 передается (и принимается)
первым. При длине посылки менее 8 бит старшие биты
игнорируются.
RBR
- буферный регистр принимаемых данных
(только для чтения) Данные,
принятые входным сдвигающим регистром помещаются в регистр RBR
,
откуда они могут быть считаны процессором. Если к моменту окончания приема
очередного символа предыдущий не был считан из регистра, фиксируется
ошибка переполнения. При длине посылки менее 8 бит старшие биты в регистре
имеют нулевое
значение.
DLL
-
регистр младшего байта делителя
частоты
.
DLM
- регистр старшего байта делителя частоты
. Делитель определяется по
формуле D=115200/V, где V - скорость передачи, бит/с. Входная частота
синхронизации 1 8432 МГц делится на заданный коэффициент, после чего
получается 16-кратная частота передачи
данных.
IЕR
-
регистр разрешения прерываний
. Единичное значение бита разрешает
прерывание от соответствующего
источника.
Назначение
бит регистра
IER
:
*
биты =0 - не
используются;
*
бит 3 - Mod_IЕ
- по изменению состояния модема (любой из линий
CTS, DSR, RI,
DCD
);
*
бит 2 - RxL_IЕ
- по обрыву/ошибке
линии;
*
бит 1 - TxD_IE
- по завершении
передачи;
*
бит 0 - RxD_IЕ
- по приему символа (в режиме FIFO - прерывание по
тайм-ауту).
IIR
- регистр идентификации прерываний и признака режима FIFO
(только
для чтения). Для упрощения программного анализа UART выстраивает
внутренние запросы прерывания по четырехуровневой системе приоритетов.
Порядок приоритетов (по убыванию): состояние линии, прием символа,
освобождение регистра передатчика, состояние модема. При возникновении
условий прерывания UART указывает на источник с высшим приоритетом до тех
пор, пока он не будет сброшен соответствующей операцией. Только после
этого будет выставлен запрос с указанием следующего источника. Ниже
описано назначение бит регистра
IIR
.
*
Биты - признак режима
FIFO:
11-режим FIFO
16550A;
10 - режим FIFO
16550;
00 -
обычный.
*
Биты - не
используются.
*
Бит 3 - прерывание по тайм-ауту приема в режиме FIFO (в буфере есть
символы для
считывания).
*
Биты - причина прерывания с наивысшим приоритетом (в обычном, не
FIFO-режиме):
11 - ошибка/обрыв линии, сброс выполняется чтением регистра состояния
линии;
10 - принят символ, сброс выполняется чтением
данных;
01 - передан символ (регистр THR
пуст), сброс выполняется записью
данных;
00 - изменение состояния модема; сброс выполняется чтением регистра
состояния
модема.
*
Бит 0 - признак необслуженного запроса прерывания (1 - нет запроса, 0 -
есть запрос).
В режиме
FIFO причину прерывания идентифицируют биты
.
*
О11 - ошибка/обрыв линии. Сброс выполняется чтением регистра состояния
линии.
*
010 - принят символ. Сброс выполняется чтением регистра данных
приемника
*
110 - индикатор тайм-аута (за 4-кратный интервал времени символа не
передано и не принято ни одного символа, хотя в буфере имеется, по крайней
мере, один). Сброс выполняется чтением регистра данных
приемника.
*
001 - регистр THR
пуст. Сброс выполняется записью
данных.
*
000 - изменение состояния модема (CIS, DSR, RI
или DCD
).
Сброс выполняется чтением регистра
MSR
.
FCR
- регистр управления FIFO
(только для записи). Ниже описано
назначение бит регистра
FCR
:
*
Биты - ITL
(Interrupt Trigger Level) - уровень заполнения
FIFO-буфера, при котором вырабатывается
прерывание:
00 - 1 байт (по
умолчанию);
01 - 4
байта;
10 - 8
байт;
11 - 14
байт.
*
Биты
зарезервированы.
*
Бит 3 - разрешение операций
DMA.
*
Бит 2 - RESETTF
(Reset Transmitter FIFO) - сброс счетчика
FIFO-передатчика (записью единицы; сдвигающий регистр не
сбрасывается).
*
Бит 1 - RESETRF
(Reset Receiver FIFO) - сброс счетчика
FIFO-приемника (записью единицы; сдвигающий регистр не
сбрасывается).
*
Бит 0 - TRFIFOE
(Transmit And Receive FIFO Enable) - разрешение
(единицей) режима FIFO для передатчика и приемника. При смене режима
FIFO-буферы автоматически
очищаются.
LCR
-
регистр управления линией
(настройки параметров канала). Ниже
описано назначение бит регистра
LCR
.
*
Бит 7 - DLAB
(Divisor Latch Access Bit) - управление доступом к
делителю
частоты.
*
Бит 6 - BRCON
(Break Control) - формирование обрыва линии (посылка
нулей) при
BRCON=1.
*
Бит 5 - STICPAR
(Sticky Parity) - принудительное формирование бита
паритета:
0 - контрольный бит генерируется в соответствии с паритетом выводимого
символа;
1 - постоянное значение контрольного бита: при EVENPAR
=1 - нулевое,
при EVENPAR
=0 -
единичное.
*
Бит 4 - EVENPAR
(Even Parity Select) - выбор типа контроля: 0 -
нечетность, 1 -
четность.
*
Бит 3 - PAREN
(Parity Enable) - разрешение контрольного
бита:
1 - контрольный бит (паритет или постоянный)
разрешен;
0 - контрольный бит
запрещен.
*
Бит 2 - STOPB
(Stop Bits) - количество
стоп-бит:
0 - 1
стоп-бит;
1 - 2 стоп-бита (для 5-битного кода стоп-бит будет иметь длину 1,5
бит).
*
Биты - SERIALDB
(Serial Data Bits) - количество бит
данных:
00 - 5
бит;
01-6
бит;
10 - 7
бит;
11 - 8 бит.
MCR
- регистр управления модемом
. Ниже описано назначение бит регистра
MCR
.
*
Биты =0 -
зарезервированы.
*
Бит 4 - LME
(Loopback Mode Enable) - разрешение режима
диагностики:
0 - нормальный
режим;
1 - режим диагностики (см.
ниже).
*
Бит 3 - IE
(Interrupt Enable) - разрешение прерываний с помощью
внешнего выхода OUT2
MSR.7
:
0 - прерывания
запрещены;
1 - прерывания
разрешены.
*
Бит 2 - OUT1C
(OUT1 Bit Control) - управление выходным сигналом 1
(не используется); в режиме диагностики поступает на вход
MSR.6
.
*
Бит 1 - RTSC
(Request To Send Control) - управление выходом
RTS
; в режиме диагностики поступает на вход
MSR.4
:
0 - активен
(-V);
1 - пассивен
(+V).
*
Бит 0 - DTRC
(Data Terminal Ready Control) - управление выходом
DTR
; в режиме диагностики поступает на вход
MSR.5
:
0 - активен
(-V);
1 - пассивен
(+V).
LSR
-
регистр состояния линии
(точнее, состояния приемопередатчика). Ниже
описано назначение бит регистра
LSR.
*
Бит 7 - FIFOE
(FIFO Error Status) - ошибка принятых данных в режиме
FIFO (буфер содержит хотя бы один символ, принятый с ошибкой формата,
паритета или обрывом). В не FIFO-режиме всегда
0.
*
Бит 6 - TEMPT
(Transmitter Empty Status) - регистр передатчика пуст
(нет данных для передачи ни в сдвиговом регистре, ни в буферных регистрах
THR
или
FIFO).
*
Бит 5 - THRE
(Transmitter Holding Register Empty) - регистр
передатчика готов принять байт для передачи. В режиме FIFO указывает на
отсутствие символов в FIFO-буфере передачи. Может являться источником
прерывания.
*
Бит 4 - BD
(Break Detected) - индикатор обрыва линии (вход
приемника находится в состоянии 0 не менее, чем время посылки
символа).
*
Бит 3 - FE
(Framing Error) - ошибка кадра (неверный
стоп-бит).
*
Бит 2 - РЕ
(Parity Error) - ошибка контрольного бита (паритета или
фиксированного).
*
Бит 1 - ОЕ
(Overrun Error) - переполнение (потеря символа). Если
прием очередного символа начинается до того, как предыдущий выгружен из
сдвигающего регистра в буферный регистр или в регистр FIFO, прежний символ
в сдвигающем регистре
теряется.
*
Бит 0 - DR
(Receiver Data Ready) - принятые данные готовы (в DHR
или FIFO-буфере). Сброс - чтением
приемника.
Индикаторы
ошибок - биты - сбрасываются после чтения регистра LSR
. В
режиме FIFO признаки ошибок хранятся в FIFO-буфере вместе с каждым
символом. В регистре они устанавливаются (и вызывают прерывание) в тот
момент, когда символ, принятый с ошибкой, находится на вершине FIFO
(первый в очереди на считывание). В случае обрыва линии в FIFO заносится
только один «обрывной» символ, и UART ждет восстановления и последующего
старт-бита. MSR
- регистр состояния модема. Ниже описано назначение
бит регистра
MSR
:
*
Бит 7 - DCD
(Data Carrier Detect) - состояние линии
DCD
:
0 - активна
(-V);
1 - пассивна
(+V).
*
Бит 6 - RI
(Ring Indicator) - состояние линии
RI
:
0 - активна
(-V);
1 - пассивна
(+V).
*
Бит 5 - DSR
(Data Set Ready) - состояние линии
DSR
:
0 - активна
(-V);
1 - пассивна
(+V).
*
Бит 4 - CTS
(Clear To Send) - состояние линии
CTS
:
0 - активна
(-V);
1 - пассивна
(+V).
*
Бит 3 - DDCD
(Delta Data Carrier Detect) - изменение состояния
DCD
.
*
Бит 2 - TERI
(Trailing Edge Of Ring Indicator) - спад огибающей
RI
(окончание
звонка).
*
Бит 1 - DDSR
(Delta Data Set Ready) - изменение состояния
DSR
.
*
Бит 0 - DCTS
(Delta Clear To Send) - изменение состояния
CTS
.
Признаки
изменения (биты ) сбрасываются по чтению
регистра.
SRC
-
рабочий регистр
(8 бит), на работу UART не влияет, предназначен для
временного хранения данных (в 8250
отсутствует).
В
диагностическом режиме
(при LМЕ=1
) внутри UART организуется
внутренняя
«заглушка»:
*
выход передатчика переводится в состояние логической
единицы;
*
вход приемника отключается;
*
выходы управления модемом переводятся в пассивное состояние (логический
ноль).
Переданные
данные в последовательном виде немедленно принимаются, что позволяет
проверять внутренний канал данных порта (включая сдвигающие регистры) и
отработку прерываний, а также определять скорость работы
UART.
Последовательный порт это устройства ввода-вывода (I/O device). Как устройство I/O это только путь для передачи данных из компьютера и в него. существует также множество других устройств ввода-вывода, таких как последовательные порты, паралельные порты, контроллеры дисков, сетевые карты, устройства универсальной последовательной шины USB, и т.п. Большинство компьютеров имеют один или два последовательный порта . Какждый имеет 9-ти контактный разъем (иногда 25-ти контактный) (рис.1) на задней стенке системного блока компьютера. Программы могут отсылать данные (байты) через контакт отправки данных (output) и получать байты через другой контакт приема данных (input). Все остальные контакты служат для управления и земли.
) это несколько больше чем просто разъем. Он преобразует данные из паралельного представления в последоватльное и меняет электрическое представление данных. Внутри компьютера, биты данных передаются в паралельном виде (используется несколько проводов для передачи данных одновременно). Последовательный поток данных это последовательность битов всего по одному проводу (такому как провод передачи и приема данных на разъеме последовательного порта). Для того и служит это устройство, чтобы создать такой поток данных из паралельного вида в последовательный (внутри компьютера) и передать на контакт передачи данных (и соответственно наоборот).
Большинство электронных компонентов последовательного порта сосредоточено в одно компьютерном чипе (микросхеме) называемом UART .
Контакты и провода
Старые компьютеры используют 25-ти контактные разъемы, но только 9 контактов реально задействовано на сегодняшний день. Каждый из 9-ти контактов соединен обычно с проводом. за исключением двух проводов для передачи и приема данных, остальные используются для контроля и земли. Напряжение на каждом из контактов и проводов измеряется относительно сигнальной земли. Поэтому минимальное количество проводом для двунаправленной передачи данных - 3. В редких случаях для работы может хватитть и двух проводов (без сигнальной земли), однако это может привести к низкой производительности, и иногда к ошибкам при передаче данных.
Остается еще несколько проводов, которые предназначены только для управления (контроля) и не используются для передачи данных. Все эти сигналы могли бы передаваться по одной линии, но вместо этого, для выделены отдельные провода. Некоторые (или все вместе) эти сигнальные линии называются "линии состояния модема". Линии состояния могут находиться в одном из двух состояний установленном (включено) +12 вольт или сброшенном (выключено) -12 вольт. Одни из этих проводов сигнализируют компьютеру о том, что нужно прекратить передачу данных через последовательный порт. Другие в свою очередь сигнализируют устройству, подключенному к последовательному порту, прекратить передачу даных в компьютер. Если подключенно устройство это модем, то оставшиеся линии могут указывать модуме на то, что нужно занять телефонную линию или сигнализируют компьютеру о том, что соединение было установлено или что есть звонок на телефонной линии (значит кото-то соединиться с компьютером). Смотрите раздел Контакты и сигналы с более полной информацией.
RS-232 или EIA-232, и т.п.
Последовательный порт (serial port ) (не путать с USB) обычно соответствует стандарту RS-232-C , EIA-232-D , или EIA-232-E . Это три обозачения одного и тоже. Основной стандарт RS (рекомендованный стандарт - Recommended Standard) получил префикс EIA (Electronics Industries Association) и позднее EIA/TIA после того как организация EIA было объединена с TIA (Telecommunications Industries Association). Спецификация EIA-232 также охватывает синхронную передачу данных, но в большинстве случаев синхронная передача данных не поддерживается чипами в компьютерах. Обозначение RS устарело, однако до сих пор широко используется. EIA будет использоваться далее на этом сайте более часто. Некоторые документы используют полное обозначение EIA/TIA.
Обмен данными (Скорости передачи данных)
Данные (байты из которых состоят письма, картинки и т.п.) проходят через последовательный порт. Скорости передачи данных (такие как 56k (56000) бит/сек) называются (неверно) "скоростью". Большинство людей неверно говорят "скорость" вместо "коэффициент скорости".
Важно знать, что средняя скорость передачи данных зачастую меньше максимально заявленной. Задержки (или периоды ожидания) и в результате скорость становится меньше. Эти задержки могут увеличиваться в щависимости от типа контроля передачи данных. Даже в лучшем случае всегда есть задержки между байтами, пусть даже и небольшие (несколько микросекунд). Если устройство, соединенное с компьютером через последоватльный порт не может работать на полной скорости, то средняя скорость должна быть уменьшена.
Контроль передачи данных
Контроль передачи данных означает возможность ограничить поток передачи данных через последовательный порт. Для последовательного порта это означает возможность остановить и потом возобновить передачу данных без потери байтов.
Ой, а что это за штучка? Зачем она нужна? Ничего, если я пальцем потрогаю? Что? Лучше не надо? Хорошо, не буду. Но мне страсть как интересно: разъём в компьютере есть, а никто ничего к нему почему-то не подключает. Как он вообще называется? Порт? Ух ты! Класс! А что это такое?..
Этот порт также называется серийным (Serial port ), хотя сокращение «COM» на самом деле означает «коммуникационный» - Communication port (изначально предназначен для двустороннего движения данных - настоящей коммуникации). А ещё чаще его именуют последовательным , поскольку передаёт биты строго один за другим.
Кроме последовательного, в компьютерах есть и параллельный порт, предназначенный, в основном, для подключения принтеров. Его нередко так и называют: принтерный. Там передача данных номинально односторонняя (хотя лишь номинально).
Вполне возможно, COM-порт есть и в вашем компьютере. Это, скорее всего, слегка продолговатое гнездо с девятью контактами в два ряда, пять и четыре штуки в каждом, а также с резьбой для болтиков на концах. К нему полагается кабель с разъёмом, соответственно, с девятью гнёздами, расположенными в такой же конфигурации.
Разъём вставляется в гнездо с контактами и прикручивается вышеуказанными болтиками, чтобы не выпасть. Таким образом можно, к примеру, соединить напрямую два компьютера с помощью нуль-модемного кабеля. Что и делалось раньше, в эпоху первых ПК.
Нынче таким образом подключают спутниковые ресиверы, приборы различных систем безопасности, комплексы управления производственным процессом и прочие заумные устройства.
Вероятно, такой порт есть и в вашем ноутбуке (конечно, если оный имеется у вас в хозяйстве). Он служит, например, для синхронизации с настольным компьютером. Правда, на практике в наши дни такое соединение используется не так уж часто - никто не хочет морочить себе голову с кабелями, ведь можно использовать другие технологии, более современные и эффективные.
Нынче для коммуникации с разными устройствами всё чаще используют USB-порт (он тоже, кстати, фактически последовательный). Мобильные модемы, принтеры, адаптеры Wi-Fi - всё большее количество приборов подключается именно через USB.
Кроме того, при наличии таких технологий как Ethernet и FireWire (для Apple), соединять компьютеры проводами через COM-порты не так уж целесообразно. Ну а если вспомнить о Bluetooth (что переводится как «синий зуб»), то и вовсе можно отправлять последовательный порт в музей.
Впрочем, операционная система Windows по-прежнему называет свои каналы передачи информации не иначе как COM1, COM2 и так далее.
Почему? Потому что драйверы, к примеру, для того же Bluetooth, могут представляться системе именно как COM-порты. Мол, а вот и мы, прошу любить и жаловать, извольте назначить нам каналы для обмена данными. Ну и что, что мы как бы не совсем настоящие? Всё равно придётся нас обслуживать.
В Unix (и её разновидностях вроде Linux) тоже есть некоторые особенности по поводу отношения к подключаемым устройствам. Поскольку Unix считает всё вокруг файлами (даже оборудование!), то и держит свои последовательные порты в виде оных с именами вроде ttyS0, ttyS1, ttyS2 (если это Linux) или ttyu0, ttyu1, ttyu2 (в FreeBSD).
Если вы являетесь простым пользователем и вам не доводится работать со специфическими приборами, спутниковыми ресиверами и прочими хитрыми устройствами, то совершенно незачем бежать в компьютерные магазины и искать кабель для COM-порта.
Данные из одного компьютера в другой можно перекачать множеством других способов, в том числе и вообще без каких либо проводов. В крайнем случае, перенести на флэшке, если локальная сеть по какой-либо причине не функционирует.
Коротко говоря, хотя такая штука как COM-порт продолжает существовать с точки зрения операционной системы и даже используется в качестве канала связи виртуально, на практике большинству пользователей можно о нём забыть с совершенно спокойной совестью.
Правда, любознательность - это всегда похвально. Так что спрашивайте, интересуйтесь, изучайте. Но руками без разрешения лучше не трогайте.
Предыдущие публикации:
Иногда приходится решать задачу связи электронного устройства с компьютером, будь то просто обмен данными или удалённое управление. Эта статья описывает, как это можно реализовать, используя последовательный порт. Главным его преимуществом является то, что стандартный программный интерфейс Windows (API) позволяет производить непосредственное управление выходными линиями, давая прямой контроль над ними, и имеет функцию ожидания некоторого события, связанного с COM-портом. Также стандарт RS-232, по которому выполнены COM-порты, допускает подключение и отключение кабелей во время работы устройств (hot plug).
Описание
COM-порт (последовательный порт) – двунаправленный интерфейс, передающий данные в последовательном виде (бит за битом) по протоколу RS-232. Это довольно-таки распространённый протокол, применяемый для связи одного устройства (например, компьютера) с другими посредством проводов длиной до 30м. Уровни логических сигналов здесь отличаются от стандартных: уровень логической единицы – от +5 до +15В, уровень логического нуля – от -5 до -15В, что требует дополнительных преобразований схемы, но обеспечивает хорошую помехоустойчивость.
Рассмотрим 9-пинововый разъём (DB-9M). Ниже представлена его распиновка:
| № вывода | Наименование | Характер сигнала | Сигнал |
| 1 | DCD | Входной | Data carrier detect |
| 2 | RxD | Выходной | Transmit data |
| 3 | TxD | Входной | Receive data |
| 4 | DTR | Выходной | Data terminal ready |
| 5 | GND | - | Ground |
| 6 | DSR | Входной | Data set ready |
| 7 | RTS | Выходной | Request to send |
| 8 | CTS | Входной | Clear to send |
| 9 | RI | Входной | Ring indicator |
Больше всего нас будут интересовать пины 2 (передача данных),3 (приём данных) и 5 (земля). Это минимальный набор для возможности двухстороннего общения приборов.
Подробно останавливаться на описании протокола не буду. Для этого есть ГОСТ’ы и т.п. Поэтому мы пойдём дальше и поговорим о том, как же управлять этим зверем.
Применение
Как уже говорилось, уровни ЛС RS-232 отличаются от стандартных уровней ТТЛ. Следовательно, нам необходимо как-то преобразовывать величины напряжений. Т.е. сделать 5В из +15В и 0В из -15В (и наоборот). Один из способов (и, наверное, самый простой) – использование специальной микросхемы MAX232. Она проста в понимании и одновременно может преобразовывать два логических сигнала.
Ниже приведена схема её включения:
Думаю, трудностей быть не должно. Это один из вариантов использования этой микросхемы: передача данных с микроконтроллера на ЭВМ и наоборот. Передаваемый сигнал поступает на ножки Tx IN с одной стороны и на Rx IN с другой. Входные сигналы снимаются с Tx OUT и Rx OUT соответственно.
Программирование
Для начала поговорим о программировании портов на низком уровне. Так будет более правильно. Я очень много нервов потратил, разбираясь с этим интерфейсом, пока не начал вникать в принцип его работы на более низком уровне, нежели простая передача символов. Если будет понятно это, значит и с языками высокого уровня проблем не будет.
Ниже представлены адреса COM-портов, с которыми нам придётся работать:
| Название порта | Адрес | IRQ |
| COM 1 | 3F8h | 4 |
| COM 2 | 2F8h | 3 |
| COM 3 | 3E8h | 4 |
| COM 4 | 2E8h | 3 |
Они могут различаться. Установить значения можно в настройках BIOS’а. Это базовые адреса. От них же и будут зависеть адреса регистров, отвечающие за работу портов:
| Адрес | DLAB | Чтение/Запись | Аббревиатура | Название регистра |
| + 0 | =0 | Write | – | Transmitter Holding Buffer |
| =0 | Read | – | Receiver Buffer | |
| =1 | Read/Write | – | Divisor Latch Low Byte | |
| + 1 | =0 | Read/Write | IER | Interrupt Enable Register |
| =1 | Read/Write | – | Divisor Latch High Byte | |
| + 2 | - | Read | IIR | Interrupt Identification Register |
| - | Write | FCR | FIFO Control Register | |
| + 3 | - | Read/Write | LCR | Line Control Register |
| + 4 | - | Read/Write | MCR | Modem Control Register |
| + 5 | - | Read | LSR | Line Status Register |
| + 6 | - | Read | MSR | Modem Status Register |
| + 7 | - | Read/Write | – | Scratch Register |
Первая колонка – адрес регистра относительно базового. Например, для COM1: адрес регистра LCR будет 3F8h+3=3FB. Вторая колонка – DLAB (Divisor Latch Access Bit) бит, определяющий разное назначение для одного и того же регистра.. Т.е. он позволяет оперировать 12-ю регистрами, используя всего 8 адресов. Например, если DLAB=1, то, обращаясь по адресу 3F8h, мы будем устанавливать значение младшего байта делителя частоты тактового генератора. Если же DLAB=0, то, обращаясь по тому же адресу, в этот регистр будет записан передаваемый или принятый байт.
“Нулевой” регистр
Ему соответствуют регистры приёма/передачи данных и установки коэффициента делителя частоты генератора. Как уже было сказано выше, если DLAB=0, то регистр используется для записи принимаемых/передаваемых данных, если же он равен 1, то устанавливается значение младшего байта делителя частоты тактового генератора. От значения этой частоты зависит скорость передачи данных. Старший байт делителя записывается в следующую ячейку памяти (т.е. для порта COM1 это будет 3F9h). Ниже приведена зависимость скорости передачи данных от коэффициента делителя:
Interrupt Enable Register (IER)
Если DLAB=0, то он используется как регистр управления прерываниями от асинхронного адаптера, если DLAB=1, то в нём задаётся старший байт делителя частоты тактового генератора.
Interrupt Identification Register (IIR)
Прерывание – это событие, при котором останавливается выполнение основной программы и начинается выполнение процедуры прерываний. Этот регистр определяет тип произошедшего прерывания.
Line Control Register (LCR)
Это управляющий регистр.
| Бит 7 | 1 | Divisor Latch Access Bit – задание скорости обмена данными | ||
| 0 | Обычнй режим (управление прерываниями, приём/передача данных) | |||
| Бит 6 | Имитировать обрыв линии (посылает последовательность из нескольких нулей) | |||
| Биты 3 – 5 | Бит 5 | Бит 4 | Бит 3 | Выбор чётности |
| X | X | 0 | No Parity | |
| 0 | 0 | 1 | Odd Parity | |
| 0 | 1 | 1 | Even Parity | |
| 1 | 0 | 1 | High Parity (Sticky) | |
| 1 | 1 | 1 | Low Parity (Sticky) | |
| Бит 2 | Кол-во стоп-битов | |||
| 0 | 1 стоп-бит | |||
| 1 | 2 стоп-бита при 6,7 или 8 бит данных или 1.5 стоп-бита при 5 битах данных. | |||
| Биты 0 And 1 | Бит 1 | Бит 0 | Число битов данных | |
| 0 | 0 | 5 бит | ||
| 0 | 1 | 6 бит | ||
| 1 | 0 | 7 бит | ||
| 1 | 1 | 8 бит | ||
Проверка чётности подразумевает под собой передачу ещё одного бита – бита чётности. Его значение устанавливается таким образом, чтобы в пакете битов общее количество единиц (или нулей) было четно или нечетно, в зависимости от установки регистров порта. Этот бит служит для обнаружения ошибок, которые могут возникнуть при передаче данных из-за помех на линии. Приемное устройство заново вычисляет четность данных и сравнивает результат с принятым битом четности. Если четность не совпала, то считается, что данные переданы с ошибкой.
Стоп-бит означает окончание передачи данных.
Modem Control Register (MCR)
Регистр управления модемом.
| Бит | Значение |
|---|---|
| 0 | Линия DTR |
| 1 | Линия RTS. |
| 2 | Линия OUT1 (запасная) |
| 3 | Линия OUT2 (запасная) |
| 4 | Запуск диагностики при входе асинхронного адаптера, замкнутом на его выход. |
| 5-7 | Равны 0 |
Line Status Register (LSR)
Регистр, определяющий состояние линии.
| Бит | Значение |
|---|---|
| 0 | Данные получены и готовы для чтения, автоматически сбрасывается при чтении данных. |
| 1 | Ошибка переполнения. Был принят новый байт данных, а предыдущий ещё не был считан программой. Предыдущий байт потерен. |
| 2 | Ошибка чётности, сбрасывается после чтения состояния линии. |
| 3 | Ошибка синхронизации. |
| 4 | Обнаружен запрос на прерывание передачи "BREAK" – длинная строка нулей. |
| 5 | Регистр хранения передатчика пуст, в него можно записать новый байт для передачи. |
| 6 | Регистр сдвига передатчика пуст. Этот регистр получает данные из регистра хранения и преобразует их в последовательный вид для передачи. |
| 7 | Тайм-аут (устройство не связано с компьютером). |
Modem Status Register (MSR)
Регистр состояния модема.
Ну вот и всё. Оперируя этими регистрами, можно напрямую общаться с COM-портом, управлять передачей и приёмом данных. Если вам не хочется возиться с памятью, можно воспользоваться уже готовыми компонентами для различных сред программирования: C++, VB, Delphi, Pascal и т.д. Они интуитивно понятны, поэтому, думаю, здесь не стоит заострять на них внимание.
