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UART串口的歷史    2005/03/22

      很久很久以前，計(jì)算機(jī)還沒有出現(xiàn)，那時(shí)就已經(jīng)存在了(計(jì)算機(jī))史前的串口設(shè)備(電傳打字機(jī)，工控測量設(shè)備，通信調(diào)制解調(diào)器)，為了連接這些串口，EIA制定了RS232標(biāo)準(zhǔn)，采用DB25接插件，支持同步和異步串口，D型的接口可以有效防止插反。標(biāo)準(zhǔn)化給使用帶來了便利。
      時(shí)光荏苒，個(gè)人計(jì)算機(jī)出現(xiàn)了，這些已有的串口設(shè)備毫無疑問地成為了最初的外設(shè)，自然而然地RS232標(biāo)準(zhǔn)被個(gè)人計(jì)算機(jī)采納。但是設(shè)備制造商傾向于體積更小，成本更低的接口，因此，將DB25中未使用的和支持同步模式的引腳去掉，形成DB9。最初的情況相當(dāng)混亂，因?yàn)镈B9只定義了信號，卻沒有指定信號和引腳的對應(yīng)關(guān)系，各個(gè)制造商只能自行定義。幸運(yùn)的是，IBM的PC成了工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，DB9逐漸統(tǒng)一到IBM的定義上來。
      DB9只有9根線，遵循RS232標(biāo)準(zhǔn)。定義如下：
      DTR,DSR------DTE設(shè)備準(zhǔn)備好/DCE設(shè)備準(zhǔn)備好。主流控信號。
      RTS,CTS------請求發(fā)送/清除發(fā)送。用于半雙工時(shí)，收發(fā)切換。屬于輔助流控信號。半雙工的意思是說，發(fā)的時(shí)候不收，收的時(shí)候不發(fā)。那么怎么區(qū)分收發(fā)呢？缺省時(shí)是DCE向DTE發(fā)送數(shù)據(jù)，當(dāng)DTE決定向DCE發(fā)數(shù)據(jù)時(shí)，先有效RTS，表示DTE希望向DCE發(fā)送，一般DCE不能馬上轉(zhuǎn)換收發(fā)狀態(tài)，DTE就通過監(jiān)測CTS是否有效來判斷可否發(fā)送，這樣避免了DTE在DCE未準(zhǔn)備好時(shí)發(fā)送所導(dǎo)致的數(shù)據(jù)丟失。
      全雙工時(shí)，這兩個(gè)信號一直有效即可。
   
      隨著計(jì)算機(jī)的日益普及，很多非RS232的串口也要接入PC機(jī)，如果為每一種新出現(xiàn)的串口都增加一個(gè)新的I/O口顯然不現(xiàn)實(shí)，因?yàn)镻C后面板位置有限，因此，將RS232串口和非RS232串口都通過RS232口接入是最佳方案。UART的U(通用)指的就是這個(gè)意思。早期ROM BIOS和DOS里的通信軟件都是為RS232設(shè)計(jì)的，在沒有檢測到DCD有效前不會(huì)發(fā)送數(shù)據(jù)，因此，就連發(fā)送一個(gè)字符這樣樸素的應(yīng)用也要給出DCD、DTR、DSR等控制信號。因此，串口接頭上要將一些控制線短接，或者干脆繞過系統(tǒng)軟件自己寫通信程序。
      到此，UART的涵義就總結(jié)為：通用的 異步 (串行) I/O口。
      就在UART冠以通用二字，準(zhǔn)備一統(tǒng)江湖的時(shí)候，制造商們不滿于它的速度、體積和靈活性(軟件可配置)，推出了USB和1394串口。目前，筆記本上的UART串口有被取消的趨勢，因而有網(wǎng)友發(fā)出了“沒有串口，吾誰與歸”的慨嘆，古今多少事，都付笑談中，USB取代UART是后話，暫且不表。
      話說自從賀氏(Hayes)公司推出了聰明貓(SmartModem)，他們制定的MODEM接口就成了業(yè)界標(biāo)準(zhǔn)，自此以后，所有公司制造的兼容貓都符合賀氏標(biāo)準(zhǔn)(連AT指令也兼容，大家一起抄他唄)。
      細(xì)觀賀氏制定的MODEM串口，與RS232標(biāo)準(zhǔn)大不相同。DTR在整個(gè)通信過程中一直保持有效，DSR在MODEM上電后/可以撥號前有效(取決于軟件對DSR的理解)，在通信過程的任意時(shí)刻，只要DTR/DSR無效，通信過程立即終止。在某種意義上，這也可以算是流控，但肯定不是RS232所指的那種主流控。如果拘泥于RS232，你是不會(huì)理解DTR和DSR的用途的。
      賀氏不但改了DTR和DSR，竟然連RTS和CTS的涵義也重新定義了。因此，RTS和CTS已經(jīng)不具有最開始的意義了。從字面理解RTS和CTS，是用于半雙工通信的，當(dāng)DTE想從收模式改為發(fā)模式時(shí)，就有效RTS請求發(fā)送，DCE收到RTS請求后不能立即完成轉(zhuǎn)換，需要一段時(shí)間，然后有效CTS通知DTE：DCE已經(jīng)轉(zhuǎn)到發(fā)模式，DTE可以開始發(fā)送了。在全雙工時(shí)，RTS和CTS都缺省置為有效即可。然而，在賀氏的MODEM串口定義中，RTS和CTS用于硬件流控，和什么勞什子的全雙工/半雙工一點(diǎn)關(guān)系也沒有。
      注意，硬件流控是靠軟件實(shí)現(xiàn)的，之所以強(qiáng)調(diào)“硬件”二字，僅僅是因?yàn)橛布骺靥峁┝擞糜诹髁壳闆r指示的硬件連線，并不是說，你只要把線連上，硬件就能自己流控。如果軟件不支持，光連上RTS和CTS是沒有用的。
      RTS和CTS硬件流控的軟件算法如下：(RTS有效表示PC機(jī)可以收，CTS有效表示MODEM可以收，這兩個(gè)信號互相獨(dú)立，分別指示一個(gè)方向的流量情況。)

      PC端處理：
        發(fā). 當(dāng) 發(fā)現(xiàn)（不一定及時(shí)發(fā)現(xiàn)） CTS (-3v to -15v)無效時(shí)，停止發(fā)送,
            當(dāng) 發(fā)現(xiàn)（不一定及時(shí)發(fā)現(xiàn)） CTS (3v to 15v)有效時(shí)，恢復(fù)發(fā)送；

        收. 0<M<N<LEN_OF_RX_BUFFERS
            當(dāng)接收buffers中的bytes<M 時(shí)，給 RTS 有效信號（+3v to +15v),
            當(dāng)接收buffers中的bytes>N 時(shí)，給 RTS 無效信號（-3v to -15v);

      MODEM端處理：
            同上，但RTS與CTS交換。
   
      MODEM引腳名稱容易讓人迷惑的原因是因?yàn)閷W(xué)習(xí)的是RS232標(biāo)準(zhǔn)，卻使用賀氏標(biāo)準(zhǔn)的貓，兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)風(fēng)馬牛不相及。

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淺析PC機(jī)串口通訊流控制
龔建偉 2001.8.23

     我們在串行通訊處理中，常常看到RTS/CTS和XON/XOFF這兩個(gè)選項(xiàng)，這就是兩個(gè)流控制的選項(xiàng)，目前流控制主要應(yīng)用于調(diào)制解調(diào)器的數(shù)據(jù)通訊中，但對普通RS232編程，了解一點(diǎn)這方面的知識(shí)是有好處的。那么，流控制在串行通訊中有何作用，在編制串行通訊程序怎樣應(yīng)用呢？這里我們就來談?wù)勥@個(gè)問題。

        1.流控制在串行通訊中的作用
     這里講到的“流”，當(dāng)然指的是數(shù)據(jù)流。數(shù)據(jù)在兩個(gè)串口之間傳輸時(shí)，常常會(huì)出現(xiàn)丟失數(shù)據(jù)的現(xiàn)象，或者兩臺(tái)計(jì)算機(jī)的處理速度不同，如臺(tái)式機(jī)與單片機(jī)之間的通訊，接收端數(shù)據(jù)緩沖區(qū)已滿，則此時(shí)繼續(xù)發(fā)送來的數(shù)據(jù)就會(huì)丟失?，F(xiàn)在我們在網(wǎng)絡(luò)上通過MODEM進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，這個(gè)問題就尤為突出。流控制能解決這個(gè)問題，當(dāng)接收端數(shù)據(jù)處理不過來時(shí)，就發(fā)出“不再接收”的信號，發(fā)送端就停止發(fā)送，直到收到“可以繼續(xù)發(fā)送”的信號再發(fā)送數(shù)據(jù)。因此流控制可以控制數(shù)據(jù)傳輸?shù)倪M(jìn)程，防止數(shù)據(jù)的丟失。   PC機(jī)中常用的兩種流控制是硬件流控制（包括RTS/CTS、DTR/CTS等）和軟件流控制XON/XOFF（繼續(xù)/停止），下面分別說明。

       2.硬件流控制
    硬件流控制常用的有RTS/CTS流控制和DTR/DSR（數(shù)據(jù)終端就緒/數(shù)據(jù)設(shè)置就緒）流控制。
    硬件流控制必須將相應(yīng)的電纜線連上，用RTS/CTS（請求發(fā)送/清除發(fā)送）流控制時(shí)，應(yīng)將通訊兩端的RTS、CTS線對應(yīng)相連，數(shù)據(jù)終端設(shè)備（如計(jì)算機(jī)）使用RTS來起始調(diào)制解調(diào)器或其它數(shù)據(jù)通訊設(shè)備的數(shù)據(jù)流，而數(shù)據(jù)通訊設(shè)備（如調(diào)制解調(diào)器）則用CTS來起動(dòng)和暫停來自計(jì)算機(jī)的數(shù)據(jù)流。這種硬件握手方式的過程為：我們在編程時(shí)根據(jù)接收端緩沖區(qū)大小設(shè)置一個(gè)高位標(biāo)志（可為緩沖區(qū)大小的75％）和一個(gè)低位標(biāo)志（可為緩沖區(qū)大小的25％），當(dāng)緩沖區(qū)內(nèi)數(shù)據(jù)量達(dá)到高位時(shí)，我們在接收端將CTS線置低電平（送邏輯0），當(dāng)發(fā)送端的程序檢測到CTS為低后，就停止發(fā)送數(shù)據(jù)，直到接收端緩沖區(qū)的數(shù)據(jù)量低于低位而將CTS置高電平。RTS則用來標(biāo)明接收設(shè)備有沒有準(zhǔn)備好接收數(shù)據(jù)。
    常用的流控制還有還有DTR/DSR（數(shù)據(jù)終端就緒/數(shù)據(jù)設(shè)置就緒）。我們在此不再詳述。由于流控制的多樣性，我個(gè)人認(rèn)為，當(dāng)軟件里用了流控制時(shí)，應(yīng)做詳細(xì)的說明，如何接線，如何應(yīng)用。

       3.軟件流控制
    由于電纜線的限制，我們在普通的控制通訊中一般不用硬件流控制，而用軟件流控制。一般通過XON/XOFF來實(shí)現(xiàn)軟件流控制。常用方法是：當(dāng)接收端的輸入緩沖區(qū)內(nèi)數(shù)據(jù)量超過設(shè)定的高位時(shí)，就向數(shù)據(jù)發(fā)送端發(fā)出XOFF字符（十進(jìn)制的19或Control-S，設(shè)備編程說明書應(yīng)該有詳細(xì)闡述），發(fā)送端收到XOFF字符后就立即停止發(fā)送數(shù)據(jù)；當(dāng)接收端的輸入緩沖區(qū)內(nèi)數(shù)據(jù)量低于設(shè)定的低位時(shí)，就向數(shù)據(jù)發(fā)送端發(fā)出XON字符（十進(jìn)制的17或Control-Q），發(fā)送端收到XON字符后就立即開始發(fā)送數(shù)據(jù)。一般可以從設(shè)備配套源程序中找到發(fā)送的是什么字符。
    應(yīng)該注意，若傳輸?shù)氖嵌M(jìn)制數(shù)據(jù)，標(biāo)志字符也有可能在數(shù)據(jù)流中出現(xiàn)而引起誤操作，這是軟件流控制的缺陷，而硬件流控制不會(huì)有這個(gè)問題。

    順便說明一下，有不少朋友問到，為什么不在我編寫的軟件串口調(diào)試助手中將流控制加進(jìn)去，我最初將這個(gè)調(diào)試工具定位在各種自動(dòng)控制的串口程序調(diào)試上，經(jīng)過計(jì)算和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，在設(shè)置的特定采樣周期內(nèi)可以完成通訊任務(wù)，就干脆不用流控制。而且在工控中您即使不懂流控制，也能編寫出簡單的串口通訊程序來，就如我寫的串口調(diào)試助手。