The prograss of ethernet serial communication products
武漢波仕電子有限公司
本文首先簡單回顧了國內以太網串口產品開發的歷史，然后詳細介紹了以波仕電子產品為代表的四代以太網/串口轉換器產品的性能及特點，第一代是以太網/RS-232轉換器，第二代是以太網/RS-232/RS-485/RS-422通用轉換器，第三代是光電隔離的以太網/ RS-232/485/422通用轉換器，第四代產品從以太網口直接轉換出一對光纖收發頭用于傳輸串口信號。最后文章對以太網虛擬的串口與傳統串口的差別進行了評論。
關鍵詞 以太網 串口 工業通信 RS-232 RS-485
目前計算機的以太網接口已經大量使用，一般每臺計算機都至少有一個以太網口。在工業通信領域，以太網口已經開始逐步占領傳統的RS-232/RS-485、CAN、USB等通信接口的市場。以太網將是未來重要的PC機工業通信接口之一，用于實現工業通信以及存儲、編程等。在以太網技術逐步普及于工業通信的今天，本文回顧以太網串口通信產品的發展過程。
先回顧我國以太網串口通信產品的開發成就，我們不得不提到國內的P&S公司、臺灣的MOXA公司和ATOP公司。P&S公司在2000年就開發出一種PS2000的網絡芯片可以讓單片機系統接入以太網。臺灣的MOXA公司是第一個大力進行商業化推廣以太網串口服務器產品的廠家，臺灣的研華也是重點在工業通信領域開拓以太網串口通信產品的廠家，他們的產品外形已經成為今天廣泛模仿的對象。ATOP公司的GW21型以太網串口服務器成為竟相解剖學習的對象。國內還有更多地在以太網串口通信產品領域開拓過的廠家，他們要么已經轉戰其他領域、或者重點已經轉移、要么還在繼續深化技術或產業化。波仕電子就是一家在以太網串口通信領域不斷創新、開拓的廠家。
本文以波仕電子產品為代表介紹了四代以太網/串口產品。第一代是以太網/RS-232轉換器，第二代是以太網/RS-232/RS-485/RS-422通用轉換器，第三代是光電隔離的以太網/ RS-232/485/422通用轉換器，第四代產品從以太網口/串口光纖轉換器直接轉換出一對光纖收發頭用于傳輸串口信號。最后文章對以太網虛擬的串口與傳統串口的差別進行了評論。
今天的以太網串口通信產品已經百花齊放，但是存在兩個嚴重的問題：第一是嚴重的同質化，從外形就可以看出；第二是缺少芯片級的核心技術，這與國內的集成電路技術水平有關。欣慰的是，由于以太網串口通信產品主要用于工業通信領域，而工業通信和工業測量控制領域都是國人的傳統強項，始終是國貨占據絕大部分市場。
第一代產品 以太網/RS-232轉換器
第一代以太網工業通信產品是以以太網/RS-232轉換器為典型的。波仕電子是國內最早從事以太網/串口轉換器的開發廠家之一。型號為以ETH232的以太網/RS-232轉換器（如圖1）用于將一個以太網口轉換成為一個RS-232串行口。以太網/RS-232轉換器實現以太網與RS-232串口設備相互通訊的一種協議轉換裝置（以太網協議-串行通信協議）。在通信主機 (以太網)和RS-232串口設備之間，無論是通信主機發送信息至指定的RS-232串口設備或是RS-232串口設備發送信息至指定通信主機，都可以經其輕易且正確地傳輸。波仕的ETH232是專門為工業通信設計制造的，特別強調對工業通信的適用性。比如我們用工業通信開發常用的Visual BASIC 和 Visual C++語言的Mscomm.ocx通信控件編程后進行通信檢測，波仕的ETH232可以在各種版本的Windows下很流暢地正確通信并且對RTS/CTS、DTR/DSR握手信號的控制與監測也很正確，而有些市售的以太網/串口轉換器卻不能夠通過這樣的檢測。
RS-232 
以太網
圖1 波仕電子的ETH232的內部電路板
ETH232產品具有以下基本性能特點：虛擬串口，外接6-9V電源,自由配置串口號當作新的COM口，并且在WINDOWS XP下可以修改COM口的號碼，軟件只需修改串口號即可，無須重新編寫。
ETH232產品還可以與波仕電子的其他產品配合使用： ETH232還可以直接配接波仕電子的485C型轉換器構成以太網/RS-485/RS-422轉換器（全雙工半雙工通用）、可以直接配接波仕電子的485TC型轉換器構成光電隔離的以太網/RS-485/RS-422轉換器、可以直接配接波仕電子的BS232-9型RS-232光電隔離器構成光電隔離的以太網/RS-232轉換器。
第二代產品 以太網/RS-232/RS-485/RS-422轉換器
第二代以太網工業通信產品可以從以太網口直接擴展出RS-232、RS-485、RS-422口。波仕電子以太網/串口轉換器（型號：ETH232L1）用于將一個以太網口轉換成為RS-232、RS-485（半雙工）或者RS-422口（全雙工），如圖2。波仕ETH232L1微型以太網/串口轉換器具有超小型的專利外形(80*23*47mm)、RS-232、RS-485、RS-422通用（配有接線端子），可以虛擬成為本地COM串口(COM1-COM256)、無須修改已有的串口通信軟件。同時波仕贈送具有自主知識產權的通信源程序（VC++，VB、BC可以嵌入用戶通信程序）以及擁有版權的以太網-串口影射程序。
波仕ETH232L1是世界上最小的、也是使用最簡便的以太網/串口轉換器。我們對國內外多種以太網串口服務器進行了比較試驗，ETH232L1是少數能夠成功用起來的產品之一，而且是最容易用起來的。
圖2 波仕電子的型號為ETH232L1的以太網/串口轉換器
ETH232L1產品具有以下基本性能特點：虛擬串口，外接5-36V的寬輸入范圍的直流電源。ETH232L1主要是為以太網的遠程工業通信而設計的，由于有RS-485或者RS-422接口所以通信距離增加到了1200米（9600bps時）。
第三代產品 光電隔離以太網/RS-232/485/422轉換器
圖3 波仕電子的型號為ETH232GL1的光電隔離以太網/串口轉換器
第三代以太網工業通信產品不僅可以從以太網口直接擴展出RS-232、RS-485、RS-422口，而且實現了光電隔離。波仕ETH232GL1光電隔離微型以太網/串口轉換器（如圖3）秉承波仕轉換器的一貫特色，具有超小型的外形(80*23*47mm)、RS-232、RS-485、RS-422通用，可以虛擬成為本地COM串口(COM1-COM256)、無須修改已有的串口通信軟件。
波仕ETH232GL1可能是世界上最小的光隔以太網/串口轉換器之一、使用也是極簡便的，專利號:200630307752。ETH232GL1實現了以太網與串口的2500V光電隔離。ETH232GL1的RS-232/485/422的最高通信速率為19.2Kbps，實際可達38.4Kbps以上。內置有600W抗雷擊浪涌保護器。
ETH232GL1型以太網/串口轉換器通過以太網線外插到計算機或者HUB的以太網口。在串口插座旁邊有一個小LED（發光二極管），當以太網232GL1產品接通后LED會一直亮著。
波仕ETH232GL1產品的RS-232/485/422串口端是一個DB-9針座，具有RS-232、RS-485、RS-422全部引腳，并且配有接線端子。當作為RS-232口時與PC機的DB-9針RS-232口的2、3、5腳分配完全相同。作為RS-422時，T+、T—是指從ETH232GL1向外發送。注意RS-485和RS-422通信時建議要接地線（5腳）。RS-485/422無須跳線選擇。RS-485/422信號的參考地線與RS-232的GND是一樣的。
ETH232GL1產品具有以下基本性能特點：虛擬串口，2500V光電隔離，串口為RS-232/RS-485/RS-422通用，自動識別串口號。驅動程序同波仕ETH232L1以太網/串口轉換器。
第四代產品 以太網/串口光纖轉換器
圖4 波仕電子的型號為OPET232L1的以太網/串口光纖轉換器
第四代以太網串口通信產品從以太網口直接轉換出一對光纖收發頭用于傳輸串口信號（如圖4）。波仕電子發明和首創了以太網/串口光纖轉換器、同時也是世界上唯一的以太網/串口光纖轉換器。波仕電子的OPET232L1（多模）和OPET232SL1（單模）是最新一代以太網光纖通信產品，直接從以太網口轉換出一對光纖收發頭用于傳輸串口信號。波仕微型以太網/串口光纖轉換器具有超小型的外形(74*23*47mm)、可以將以太網口虛擬成為本地COM串口(COM1-COM256)、無須修改已有的串口通信軟件。驅動程序同波仕ETH232L1系列轉換器。由于OPET232L1（或OPET232SL1）傳輸的還是串口信號，所以必須成對使用或者與波仕的OPT系列串口/光纖轉換器配對使用。由于采用光纖作為通信傳輸介質，具有隔離高電壓、防電磁干擾、傳輸距離遠等優點。OPET232SL1的傳輸介質為單模光纖、OPET232L1的傳輸介質為多模光纖，但是外形和驅動程序是完全一樣的。OPET232L1（或OPET232SL1）的供電也進行了改進，改為通用的T型USB口供電插座。普通的MP3、小靈通手機的充電器都可以當電源使用。供電插座旁邊帶LED指示燈。本產品受以下中國專利保護：200730098650、200630307752、ZL2002284234，侵權必究！
波仕電子的以太網/串口光纖轉換器與常見的用于網絡通信的以太網光纖轉換器是不一樣的。波仕OPET232L1的串口速率為1200、2400、4800、9600、……、115200bps。常見的以太網光纖轉換器傳輸的是TCP/IP協議的以太網信號，它們的速率是10M、100M或者1000M。而TCP/IP通信協議相對串口通信來講比較復雜、每楨的數據量太大、而且關鍵是實時性較差。波仕電子的以太網/串口光纖轉換器由于采用RS-232串口通信協議所以更加適合于工業測量與控制領域的光纖通信。
對以太網虛擬串口的評論
波仕的系列以太網串口通信產品都可以通過SerialIP.exe軟件設置(隨產品贈送注冊序列號) 用于將已經經過正確設置IP地址的太網串口轉換器的IP地址虛擬成為一個本計算機的串口COM號，這就是以太網/串口轉換器生成的“虛擬串口”。
有人在使用以太網/串口轉換器時發現某些以前在傳統RS-232口（或RS-485）上運行正常的軟件卻不能夠使用，因而就說通過虛擬串口不是真正的串口。這里所謂的“傳統RS-232口”是指從PC機的主板或者從總線，比如臺式機的PCI總線或者ISA總線、筆記本的PCMCIA總線上擴展出來的RS-232口。PCI總線或者ISA總線、筆記本的PCMCIA總線擴展出來的RS-232口則象PC機主板上的RS-232口一樣分配有自己固定的物理I/O地址，雖然地址不一樣但是位于同一個地址段，WINDOWS操作系統已經為這個地址段分配有最多256個地址對應256個COM串口。而PC機的以太網的物理I/O地址與PC機上的“傳統RS-232口”的物理I/O地址完全不一樣，甚至地址段都不一樣。如果串口通信軟件內有對COM口的直接I/O讀寫語句，那么肯定無法在以太網/串口轉換器的串口上運行。這就是某些通信軟件在“傳統RS-232口”可以運行而在以太網/串口轉換器的虛擬RS-232口上不能夠運行的原因。幸運的是現在WINDOWS下的串口通信軟件已經幾乎沒有了對物理地址的I/O操作指令而是使用api函數或者通信控件。使用api函數或者通信控件的通信程序完全適合于虛擬串口。另外還有一個原因就是對RTS/CTS、DTR/DSR這些握手信號的操作，由于以太網/串口轉換器對這些握手信號的虛擬讀寫過程的初始化往往比較耗時，所以容易導致握手信號讀寫失敗。
盡管如此，我們仍然認為用以太網/串口轉換器以及USB/串口轉換器的虛擬串口代替傳統的RS-232、RS-485、RS-422口是必然的發展趨勢，就象PCI總線代替ISA總線、Windows代替DOS一樣，雖然后者都更加適合工業通信和工業測控。從我們使用的情況看，以太網/串口轉換器的虛擬串口的通用性遠遠強于USB/串口轉換器的虛擬串口，原因可能是因為以太網的信號線是全雙工的，也就是說是以太網收、發信號分開的并且可以同時收發。Windows操作系統從來不是優先考慮工業通信和工業測控的實時性要求，反而越來越拋棄工業通信和工業測控。只有CPU、總線等硬件速度的改進使延時減小從而接近實時性。由于通過WINDOWS api函數操作代替對物理地址的I/O讀寫是解決Windows可靠性的一條基本原則，所以用戶越來越遠離Windows內核的操作。通信控件其實就是一些通信api函數的包裝組合。事實上，從Windows XP開始就沒有了直接I/O讀寫指令，甚至Windows 98的直接I/O讀寫也是通過將DOS的I/O讀寫指令編輯成為動態連接庫然后來調用的。Windows XP下的直接I/O讀寫也是通用動態連接庫的調用來實現，不過更加復雜，可參見波仕電子網站的軟件。另外減少以太網虛擬串口對RTS/CTS、DTR/DSR這些握手信號的虛擬操作的延時也是一個技術難點，這主要是由以太網/串口轉換器內部UART的信號初始化處理延時導致的。避免頻繁使用最好不要使用這些握手信號是較好的解決方法。波仕電子所有產品的RS-485接口均使用了零延時自動收發轉換技術，這就保證轉換過程中不需要任何握手信號來控制收與發的切換。
