Сериен порт

Интерфейсът RS-232 е с повече от половин век история и в момента когато казваме "сериен порт" най-често става дума за RS-232. В сравнение със съвременните мегабитови интерфейси като USB (също сериен интерфейс), RS-232 връзката изглежда бавна и ненужна, но тя e същественa поради няколко причини:

• За разбиране на процеса на комуникация с операционната система. Текстовият интерфейс е в основата на всяка една UNIX система, а той базиран върху концепцията на серийния терминал. Днес хардуерният текстов терминал е заместен с псевдо терминал.

Псевдо терминал Linux

ASR-33 TeleTYpe

VT05 Първият терминал с екран

• Все още се ползва, въпреки че е загубила широката си употреба. Серийния интрефейс се среща за връзка с индустриални контролери и комуникационна апаратура.

RS-232C

DB-25

DB-9

RJ-45

Повечето серийни интерфейси с ниска скорост са някакъв вариант на RS-232C стандарта. Този стандарт определя електрическите характеристики и значението на сигнала по всеки от проводниците, както и разположението на пиновете в традиционния 25 пинов конектор (DB-25p фиг.4).

Пълният стандарт RS-232C (EIA-232-E) реално не се използва, защото определя множество сигнали, които са ненужни при обикновена комуникация. DB-25 конекторите са неудобни и поради големината си. В резултат на това те са заместени от 9 пинов конектор (DB-9, фиг.5), а като удобна алтернатива се ползва и RJ-45.

В таблицата са дадени наименованията на сигналите и разположението им на пиновете. Обикновено се ползват 7 проводника за осъществяване на връзка (DSR и DCD; FG и SG; ползват общ проводник).

Таблица с значенията на пиновете (мъжки куплунг) за различните конектори.

DB-25	DB-9	RJ-45	Име	Значение
1	-	-	FD	Frame Ground
2	3	6	TD	Transmitted Data
3	2	5	RD	Received Data
4	7	8	RTS	Request To Send
5	8	7	CTS	Clear To Send
6	6	1	DSR	Data Set Ready
7	5	4	SG	Signal Ground
8	1	2	DCD	Data Carrier Detect
20	4	3	DTR	Data Terminal Ready

На фигури 4,5 и 6 са дедени разположенията на мъжките пинове, в женския конектор те са разположени огледално.

Сигнализация

При свързване на две устройства с RS-232 сигналът за предаване (TD) от едно устройство трябва да се подава на пин за приемане (RD) на второто устройство. Поради това сa предложени два типа конфигурации на серийните устройствата:

• DTE (Data Terminal Equipment) - формално управлява връзката (master) стандартна схема на свързване
• DCE (Data Communications Equipment) - (slave) обърната сигнализация.

Принципно могат да се свързват устройства DTE към DCT, DTE към DTE, DCT към DCT

Примерно:

• компютър (DCT)-rs232-(DCE)modem-FM-modem(DCE)-rs232-(DTE)компютър
• компютър (DCT)-(DTE)компютър.

Всяко едно устройство може да е конфигурирано или като DTE или като DCE, рядко може да поддържа и двата варианта, но не в един и същ момент.

Когато устройствата са еднотипни за връзка между тях трябва да се ползва кръстосан кабел, наречен още null modem кабел. За връзка DТE-DCE се ползва прав кабел. Съществува и трета разновидност на кабели използвана при cisco апаратура наречени "rollover" кабели, при които изводите в единия край са огледално пренаредени в другия.

Конфигурация на Null Modem кабел

DB9-1 пин/проводник		DB9-2 пин/проводник
Receive Data	2	3	Transmit Data
Transmit Data	3	2	Receive Data
Data Terminal Ready	4	6+1	Data Set Ready + Carrier Detect
System Ground	5	5	System Ground
Data Set Ready + Carrier Detect	6+1	4	Data Terminal Ready
Request to Send	7	8	Clear to Send
Clear to Send	8	7	Request to Send

Скорост на предаване

За успешна комуникация скоростта на предаване на едното устройство трябва да е равна на скоростта на приемане на второто устройство. Повечето серийни контролери не поддържат автоматичен избор на скоростта, затова се налага ръчна конфигурация за съгласуване на двете устройства.

Поддържаните скорости зависят от серийния контролер, обикновено са в границите между 50 bit/s - 115200 bit/s.

Възможна е асиметрична връзка (скоростта в двете посоки (Up/Down link) е различна).

Понякога името на параметъра дефиниращ скоростта се нарича baud - бод. Идва от машините с перфолента, като скоростта се измерва в колко бода (продупчвания) могат се правят за секунда.

Проверка по четност

Към изпращания символ може да се добави един бит за откриване на грешки възникнали при предаване на сигнала. Възможни са три конфигурации:

• проверка по четност
• проверка по нечетност
• без бит за проверка

Брой битове

Възможни са различни конфигурации на за броя битове в един символ. Най-често се използва 8 бита съответсващи на един байт. Използват и 7 бита от които са достатъчни за един ASCII символ.

FLOW CONTROL

При препълване на входните буферите може да се поиска спиране на предаването. Може да се реализира софтуерно и хардуерно.

При софтуерна реализация (Xon/Xoff) по линията (RD/TD) от приемника се изпращат специални символи, които трябва да известят предаващата страна за спиране или възстановяване на предаването.

При хардуерна реализация се ползват линиите RTS/CTS или DTR/DSR. За да има предаване двете линии трябва са да във високо ниво.

Физически сигнал

RS232C определя следните нива на сигналите за предаване/приемане

• на логическа 1 от -25V до -3V
• на логическа 0 от +3V до +25V

Подредба на битовете. Първо се изпраща бита с най-малко тегло. (small endian)

Осцилограма на символа "К" изпратен с 8 бита, един стопов бит и без контрол по чечност е дадена на фиг. 7. К <=> 01001011

фиг7. Осцилограма на главна буква ASCII "K" (0x4b) с 1 старт, 8 данни и 1 стоп битове.

http://en.wikipedia.org/wiki/RS-232

ььь

http://www.freebsd.org/doc/en_US.ISO8859-1/books/handbook/term.html http://superuser.com/questions/122353/how-can-i-login-to-ubuntu-using-a-usb-serial-port

Test serial port connections in Debian Linux using getty. Background:

Getty is a program that manages the physical and virtual terminals on a host machine. To verify that a serial port is communicating at the desired rate, enable a getty session on one of the serial ports of the Linux host in question, then connect from a client machine via a null modem and serial cable with a serial console terminal emulator such as Minicom or Hyperterminal. The instructions below refer connecting to a getty session on the Linux host in question via Minicom. Procedure:

This procedure requires a host machine and a client machine. Configure the Host Machine

   As root or as a user who can execute commands as root via sudo, make a backup copy of /etc/inittab.
       cp /etc/inittab /etc/inittab.bak
   Edit /etc/inittab.
       nano /etc/inittab
   Find the section of the /etc/inittab file that contains the following commented example parameters:
       # Example how to put a getty on a serial line
       # (for a terminal)
       #
       #T0:23:respawn:/sbin/getty -L ttyS0 9600 vt100
       #T1:23:respawn:/sbin/getty -L ttyS1 9600 vt100
   Add a line for the getty session with the desired parameters. The following line creates a getty session on ttyS0 communicating at 11520bps as a vt100 terminal:
       T0:23:respawn:/sbin/getty -L ttyS0 115200 vt100
   Save the changes and exit the text editor, and then apply the configuration change by executing the command:
       init q
   Connect the null modem and serial cable to the Linux host and the client machine.

Configure the Client Machine

   Configure the terminal emulator as follows:
       115200 8N1
       No hardware flow control
       No software flow control
   From the client, open a session to the Linux host with a terminal emulator. The following example uses Minicom on a Linux client:
       minicom -o
       Note: The "-o" argument prevents modem initialization.
   Press Return to get a login prompt in Minicom.

If a connection is established and the text is readable, then this serial port is communicating at the correct speed. If the text is garbled or there are dropped characters, then it is likely the client and the host are not communicating at the same speed. Verify all speed settings as described above.

Цел на упражнението

Преговор типове данни, оператори. Достъп до сериен порт.

Serial port terminal

Linux

Задача Инсталирайте терминалната програма за комуникация през сериен порт GTKterm.

Упътване: Използвайте командата по-долу. След инсталацията може да намерите програмата в Applications -> Accessories.

:~$ sudo apt-get install gtkterm

Windows

ЗадачаСтартирайте Hyper terminal в MS Windows

START -> Programs -> Accessories -> Communications -> Hyper Terminal

Задача Осъществете връзка през сериен порт връзка между Windows и Linux на два съседни компютъра.

Свържете двата компютъра със сериен кабел през RS232 порта. Настройте двете програмите HyperTeminal и GTKterm да предават и приемат с еднакви параметри.

Тествайте различни скорости на предаване и приемане.

Променливи

Разгледайте различните типове данни в C.

Основната причина за съществуване на различни типове данни е да знае компилатора, колко памет да отдели за всяко число, буква или текст, когато съхранява стойностите им. Информацията се ползва и в последствие, при извеждане или при обработка на данните и взаимодействия с други данни.

Задача 1. Създайте програма, която да преобразува числото 65 в символ и да го извежда.

Упътване . Използвайте:

int x = 65;
char y;
y = (char) x;
printf( " %c ", y );

Задача 2. Създайте програма, която да извежда всички букви букви от ASCII кода в поредица AbCdEfGh.... yZ

Упътване . Всяка буква отговаря на число, всяка следваща буква е число с едно по-голямо. Главните букви започват от 65, малките от 97, а общо са 26. Може да ползвате:

int i = 0;
for (i = 0; i< 26; i = i + 2)
{ ... } 

Задача 3. Създайте програма, която след въвеждане на буква от клавиатурата, извежда дали кодът на буквата е с четен или нечетен номер.

Упътване. Може да използвате примера от задача 2 на Упражнение 2 и кодът по-долу.

if ( ((int) s) % 2) puts(" .... ");
else puts(" ... ");

Задача 4. Преобразуване на буква в двоичен код. Изпълнете програмата, разгледайте кода и пробвайте с различни букви.

#include <stdio.h>   /* Standard input/output definitions */

#define TESTD 'a'

int main(void)
{
  int z=128, y = 0;
  char a = TESTD;
  char b[9] = "00000000";
        
  for ( y=0;  y < 8;  ++y)
  {
    b[y] = ((a & z) == z) ? '1' : '0';
        /* a = 0 0 1 0 1 0 0 0
           AND
           z = 0 0 0 0 1 0 0 0
           ===================
           r = 0 0 0 0 1 0 0 0 = z */ 
    z = z >> 1; // <=> z >>= 1  - преместване с един бит
  }
    
  printf("%s \n", b); 
  return 0;
}

Проверка по четност

Задача 5 Преработете кодът от предната задача, така че да ви показва, колко единици има в двоичното число и дали броят на единици е четен или нечетен.

Упътване Може да замените

((a & z) == z) ? '0' : '1';

със

int e=0;
...
if((a & z) == z)
{ 
  ++e;
  b[y] = '1';
}

Комуникация през C, POSIX и сериен порт

Задача Създайте програма, която да изпраща информация по-серийния порт. Свържете два компютъра със сериен кабел, като на единия изпълнявате програмата, а на другия сте включили, някоя от терминалните програми за управление на серийната връзка от предходната задача.

#include <stdio.h>   /* Standard input/output definitions */
#include <string.h>  /* String function definitions */
#include <unistd.h>  /* UNIX standard function definitions */
#include <fcntl.h>   /* File control definitions */
#include <errno.h>   /* Error number definitions */
#include <termios.h> /* POSIX terminal control definitions */

#define PORTNAME  "/dev/ttyS0"

int main(void)
{
    int fd; // File descriptor for the port 
    struct termios options; // Serial port settings
	
	
    fd = open( PORTNAME, O_RDWR | O_NOCTTY | O_NONBLOCK);
	
    if (fd == -1)//Could not open the port.
	perror("open_port: Unable to open port");
    else 
       fcntl(fd, F_SETFL, 0);
	
    tcgetattr(fd, &options);
    cfsetispeed(&options, B2400);
    cfsetospeed(&options, B2400);
    
    options.c_cflag |= ( CREAD);
    options.c_cflag |= ( CLOCAL);
    options.c_cflag &= ( ~CSTOPB);
        
    tcsetattr(fd,TCSANOW, &options);

    write(fd, "a \n", 3); //write to serial port
           
    return 0;
}

За повече информация Управление на сериен порт с POSIX, [POSIX serial port]

Задача 1

Създайте програма с безкраен цикъл, която да изпраща една буква към серийния порт. Използвайте специално пригодения кабел и разгледайте осцилограмата на сериен сигнал.

Четене сериен порт

Raw

/****************************************************************\
 * Edited by Ilianko
 * Description: Raw reading of the serial port
\****************************************************************/
#include <termios.h>
#include <stdlib.h>
#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <fcntl.h>
      
#define BAUDRATE B2400
#define MODEMDEVICE "/dev/ttyUSB2"
       
int  main()
{
	int fd, c, res, stop = 0;
    struct termios oldtio,newtio;
    char buf[255];
        
    /* open the device to be non-blocking (read will return immediatly) */
    fd = open(MODEMDEVICE, O_RDWR | O_NOCTTY | O_NONBLOCK);
    if (fd < 0) {perror(MODEMDEVICE); exit(-1);}
        
    fcntl(fd, F_SETFL, 0);
	fcntl(fd, F_SETFL, FNDELAY);        
        
    tcgetattr(fd,&oldtio); /* save current port settings */
        
    /* set new port settings for canonical input processing */
    newtio.c_cc[VMIN]=1;
    newtio.c_cc[VTIME]=0;
    
    newtio.c_iflag &= ~(IGNBRK|BRKINT|PARMRK|ISTRIP|INLCR|IGNCR|ICRNL|IXON);
    newtio.c_cflag = BAUDRATE | CRTSCTS | CS8 | CLOCAL | CREAD;
    newtio.c_lflag &= ~(ECHO|ECHONL|ICANON|ISIG|IEXTEN);
            
	tcsetattr(fd,TCSANOW,&newtio);
	
	tcflush(fd, TCIFLUSH);
	
	/* loop while waiting for input. normally we would do something */
    while ( stop == 0)
	{
		usleep(100); 
        fflush (stdout);
        res = read(fd,buf,10);
        
        // strcat(buf,buf2);
          
        for( c=0; c<res; c++)
        {
           printf("%c", (char) buf[c]);
        }
	}
    tcsetattr(fd,TCSANOW,&oldtio);/* restore old port settings */
 return 0;
 }

Canonical

/****************************************************************\
 * Edited by Ilianko
 * Description: Raw reading of the serial port
\****************************************************************/

#include <termios.h>
#include <stdlib.h>
#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <fcntl.h>
      
#define BAUDRATE B2400
#define MODEMDEVICE "/dev/ttyUSB2"
       
int  main()
{
	int fd, c, res, stop = 0;
    struct termios oldtio,newtio;
    char buf[255];
        
    /* open the device to be non-blocking (read will return immediatly) */
    fd = open(MODEMDEVICE, O_RDWR | O_NOCTTY | O_NONBLOCK);
    if (fd < 0) {perror(MODEMDEVICE); exit(-1);}
        
    fcntl(fd, F_SETFL, 0);
	fcntl(fd, F_SETFL, FNDELAY);        
        
    tcgetattr(fd,&oldtio); /* save current port settings */
        
    /* set new port settings for canonical input processing */
    newtio.c_cflag = BAUDRATE | CRTSCTS | CS8 | CLOCAL | CREAD;
    newtio.c_iflag = IGNPAR | ICRNL;
    newtio.c_oflag = 0;
    newtio.c_lflag = ICANON;
           
    newtio.c_cc[VMIN]=1;
    newtio.c_cc[VTIME]=0;
        
	tcsetattr(fd,TCSANOW,&newtio);
	tcflush(fd, TCIFLUSH);
	
	
	/* loop while waiting for input. normally we would do something */
    while ( stop == 0)
	{
		usleep(100); 
        fflush (stdout);
        res = read(fd,buf,10);
         
        for( c=0; c<res; c++)
        {
           printf("%c", (char) buf[c]);
        }
        
	}
    tcsetattr(fd,TCSANOW,&oldtio);/* restore old port settings */
 return 0;
 }

Самостоятелна подготовка

1. Напишете името си на латиница, преобразувайте буквите с двоичен код и създайте времева диаграма на физическия сигнал. 1. Да се напише програма, която изпраща символите от клавиатурата към серийния порт.

Край

Задача 11 Деинсталирайте GTKterm.

Упътване: Използвайте командата.

:~$ sudo apt-get purge gtkterm