串行端口在工業(yè)單板計(jì)算機(jī)中的應(yīng)用

許多工業(yè)單板計(jì)算機(jī)仍然帶有串行端口。這個(gè)接口，有時(shí)被稱為 COM 端口，已經(jīng)在板卡和系統(tǒng)上使用了很長時(shí)間。事實(shí)上，這種連接器的首次廣泛出現(xiàn)是在 1980 年代初期，但最初的規(guī)范可以追溯到更遠(yuǎn)的 1960 年代。請(qǐng)注意，RS-232 串行接口是最初的 PC 標(biāo)準(zhǔn)，而 RS-485 和 RS-422 是工業(yè)單板計(jì)算機(jī) （SBC） 的流行選項(xiàng)，因?yàn)樗鼈兲峁└L的距離、抗噪性和多點(diǎn)功能。

串行端口最初是 25 針連接器，一次一位地傳輸傳入和傳出信息，與同時(shí)傳輸多個(gè)位的并行端口不同。從個(gè)人計(jì)算機(jī)的第一天開始，串行端口就被用于將數(shù)據(jù)從計(jì)算機(jī)傳輸?shù)礁鞣N外部設(shè)備，例如調(diào)制解調(diào)器和鍵盤和鼠標(biāo)等輸入設(shè)備。這些端口由 UART（通用異步收發(fā)器）芯片控制。UART 將數(shù)據(jù)從并行轉(zhuǎn)換為串行。更流行的 9 針版本后來出現(xiàn)。

串行端口的明顯替代品是通用串行總線，又名 USB。這個(gè)現(xiàn)在無處不在的接口是在 1990 年代中期由包括英特爾、微軟、康柏、LSI、蘋果和惠普在內(nèi)的眾多行業(yè)領(lǐng)導(dǎo)者開發(fā)的。它過去和現(xiàn)在都由 USB 實(shí)施者論壇 （USB-IF） 管理。USB 1.0 以 12 Mbits/s 的速率傳輸數(shù)據(jù)。該標(biāo)準(zhǔn)的修訂版 1.1 增加了在必要時(shí)以 1.5 Mbits/s 的較低速度運(yùn)行的能力，以用于較低帶寬的設(shè)備。

USB 在 2001 年左右隨著 2.0 的發(fā)布而真正出現(xiàn)，它將傳輸速率提高到 480 Mbits/s。2.0 的一個(gè)關(guān)鍵特性是它對(duì)原始標(biāo)準(zhǔn)的向后兼容性，因此在未來的大多數(shù)平臺(tái)上都包含它是不費(fèi)吹灰之力的。并且端口的數(shù)量使得支持硬件（包括接口IC）非常經(jīng)濟(jì)非常迅速。

回到傳統(tǒng)的串行接口。如果我們有一個(gè)更快且在行業(yè)中無處不在的替代方案，為什么我們?nèi)匀粚⑺谖覀兊亩聲?huì)中？第一個(gè)原因是仍有大量設(shè)備仍在使用串行接口。例如，今天出貨的許多傳感器仍然嚴(yán)重依賴串行端口連接。從設(shè)備端看，串行接口很簡單，在大多數(shù)情況下只需要一個(gè) UART 和收發(fā)器。這使串行傳感器和數(shù)據(jù)采集設(shè)備保持簡單、低成本和可靠。

盡管多年來人們一直在說串行接口最終會(huì)被放棄，但由于設(shè)備數(shù)量眾多，我只是認(rèn)為不會(huì)很快發(fā)生這種情況。我們的一位客戶提供的一個(gè)具體示例是自動(dòng)叉車設(shè)備和其他使用激光傳感器進(jìn)行方向和接近度的系統(tǒng)?；旧?，它們使用連接到簡單串行接口的傳感器來防止叉車碾過某人。它相對(duì)較快，但仍然很簡單。

我們還沒有完全從串口切換到 USB 的另一個(gè)原因是因?yàn)樗且粋€(gè)專用接口。使用 USB，您必須設(shè)置所有參數(shù)，以便在系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)識(shí)別基于 USB 的設(shè)備。這是因?yàn)樗Ｍ蔀橐?guī)范中所述的即插即用設(shè)備。但是，這意味著您必須為每個(gè)端口配置它。使用串行，您有一個(gè)已知的固定地址，并且您將設(shè)備鎖定到該地址并且它不會(huì)改變。因此，操作系統(tǒng)不會(huì)在每次啟動(dòng)時(shí)都試圖弄清楚該設(shè)備是什么。

話雖如此，串行端口可能不會(huì)很快走上 VHS 的道路。它仍然是連接相對(duì)低速設(shè)備的流行且支持良好的接口。例如，一種繼續(xù)使用串行接口的流行 SBC 是WINSYSTEMS 的 PX1-C415。它采用 PC104 外形尺寸并具有 PCIe-104 OneBank 擴(kuò)展，配備最新一代 Intel Atom E3900 系列 SoC 處理器。該板的小尺寸、堅(jiān)固的設(shè)計(jì)和擴(kuò)展的工作溫度使其適合工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用和工業(yè)控制、運(yùn)輸、軍用/COTS 和能源市場中的嵌入式系統(tǒng)。

審核編輯：郭婷