路由器的异步和同步串行接口.doc

本文以Cisco路由器为例，介绍了路由器上常用接口的类型、特点和应用场合。1EIA/TIA 232EIA/TIA 232有时又被称作RS-232 C.RS（Recommended Standard）代表推荐标准（EIA制定的标准一般都被冠以RS ），232是标识号，C代表RS-232的最新一次修改。它是由是美国电子工业协会/电信工业协会（Electronic Industries Association / Telecommunications Industries Association，EIA/TIA）在1969年公布的通信协议标准。它最初主要用于近距离的DTE和DCE设备之间 的通信。后来被广泛用于计算机的串行接口（COM1、COM2等）与终端或外设之间的近地连接标准。该标准在数据传输速率20K bps时，最长的通信距离为15米。该标准对应的国际标准是CCITT推荐的标准V.24. 这个标准对串行接口通信的有关问题，如电缆、接口的机械、电气特性、信号功能及传送过程特性进行了描述。1.1机械特性RS-323 C可以有多种类型的连接器（接口），如25针连接器（DB-25）、15针连接器（DB-15）和9针连接器（DB-9）。 其中以DB-25、DB-9最为常见，如图1所示。不论哪种类型的接口，都定义了孔端连接器用来连接DTE设备、针端连接器用来 连接DCE设备。1.2电气指标RS-232 C规定，数据线上的逻辑1的电压范围是：-3V-15V、逻辑0的电压范围是：+315V；通信控制线上的信号有效或 称接通的电压范围是：+315V、信号无效或称断开的电压范围是：-3V-15V.其他值视为违例。 1.3功能特性功能特性规定了连接器的各针的定义、与哪些电路连接、有何功能。表1给出了DB-25常用的一些针的定义、功能等。表1 RS-232 C的功能特性描述针号编号代号 名称功能描述1AAGND保护地2BATxD数据发送3BBRxD数据接收4CARTS请求发送5CBCTS 允许发送6CCDSR数据设置准备好7ABGND信号地8CFDCD载波信号检测20CD DTR数据终端准备好22CERI振铃指示其中：第1针GND，是设备的保护地，与设备机壳相连。第2针TxD（Transmitted Data），是数据发送针，从此针上DTE向DCE发送数据。第3针RxD（Received Data），是数据接收针，从此针上DTE从DCE接收数据。第4针RTS（Request to Send），用来表示DTE请求向DCE发送数据。第5针CTS（Clear to Send），用来表示DCE已准备好接收DTE发来的数据，是对DTE请求发送信号RTS的响应信号。第6针DSR（Data Set Ready ），用来表示DCE已沟通好和通信信道的联系，完成了操作准备，而不是处于测试方式或断开方式。第8针DCD（Data Carrier Detect），载波信号检测，DCE使用DCD针通知DTE它与远程设备的连接建立和终止的情况。例如，DCE通过降低D CD信号通知DTE它与远程设备的连接已终止。第20针DTR（Data Terminal Ready），用来表示DTE已准备好。这条线有时连在DTE的电源上，一旦电源接通，这条线上就有了有效信号。第22针RI（Ringing），是振铃指示。当一方DCE收到对方DCE送来的振铃呼叫信号时，使该信号有效（ON状态） ，通知DTE已被呼叫。1.4过程特性过程特性指明了通信过程中事件发生的顺序以及过程细节。如当计算机或终端加电时，它将第20针（DTR）设置为逻辑1.当调制解调器加电时，它将第6针（DSR）设置为逻辑1.当 调制解调器检测到电话线上的载波时，它将第8针（DCD）置1.只有当DSR和DTR都处于ON状态时，才能在DTE和DCE间操作。而当DTE要发送数据时，则要首先将RTS线置成ON 状态，等在CTS线上检测到ON状态的应答后，才能在TxD线上发送数据。 1.5EIA/TIA 449RS-232 C的数据传输不能超过20 Kbps，同时电缆最大长度不能超过15米。这大大限制了其应用能力。后来（1977年），EIA/TIA推出了一个新的标 准：RS-449.如图2所示。该标准的机械、功能和过程性由RS-449定义，电气接口由两个不同的标准定义。一个标准是RS-423 A，它与RS-232 C相似，所有的电路共享一个公共地，称为非平衡传输（unbalanced transmission）。另一个电气标准是RS-422 A，采用平衡传输（balanced transmission），无公共地。RS-422 A能在不超过60米长的电缆上达到2Mbps的数据传输速率。2控制台端口很多厂商的各类不同的网络设备都提供了控制台端口（Console Port）对设备进行初始、带外配置。对于Cisco来说，其所有路由、交换设备都提供了控制台端口。很多平台、型号还配有 辅助端口（Auxiliary Port），提供了远程维护设备的手段。根据设备类型、型号不同，其控制台端口的接口形式也不同。常见的有两种：采用DB-25的控制台端口和采用RJ-45的控制 台端口。它们都符合EIT/TIA 232异步串行接口规范。Cisco的低端设备，一般都提供采用RJ-45的控制台端口。它是DCE端，当我们将其与调试工作站的串行接口（COM1 、COM2）相连时，必须使用EIT/TIA 232到RJ-45的转换器和反转电缆。在Cisco设备中，其控制台端口电路中，没有使用第1、8（RTS、CTS）针。而第1、8针是用来进行流量控制的。换句 话说，控制台端口没有流量控制功能。如果PC端发送数据太快、太多，则可能造成控制台端口的缓冲区溢出。因此，一般控制台端口的 速率选择为9600bps，而这时发生缓冲区溢出的可能性很小。 3辅助端口辅助端口是标准的异步串行设备，有着标准串行设备的所有功能，如流量控制。因此可以在较高的速率上运行，一般可以达到115 200bps.辅助端口为网络管理人员远程管理网络设备提供了可能，如图3所示。图3 辅助端口做为远程管理网络设备的端口尽管速率有限，辅助端口也可以作为链路临时备份端口。在主链路失败的时候，拨号到目的网络，保持连通性。如图4所示。4异步、同步串行（广域网）接口4.1异步串行接口异步串行接口的缺省封装是SLIP，还可以是PPP.取决于使用的电缆，异步串行接口的速度最高可达128K.Cisco模块化路由器可以接入多种异步接口网络模块，如8A、16A、32A.图5给出了异步接口网络模块NM-32A的 照片。图5 NM-32A （每个口接出1条“八爪鱼”）图6 WIC-1T4.2同步串行接口同步串行接口的缺省封装为HDLC（Cisco私有），还可以是PPP、FRAME-RELAY、X.25等。缺省速度为T 1-1.544Mbps.不同电缆最高速度不同，EIA/TIA 232为115.2Kbps，EIA/TIA 449、X.21为2Mbps等。典型的同步串行接口卡如：WIC-1T.图6给出了广域网接口卡WIC-1T的照片。4.3异步/同步串行接口异步/同步串行接口可以提供串行异步或同步连接。在异步模式时，最高速度可达115.2Kbps，在同步模式时，可以达到1 28Kbps.典型的异步/同步串行接口模块如：2A/S、8A/S等。图7给出了异步/同步串行接口网络模块NM-8A/S的照片。图7 NM-8A/S4.4远程访问接入（异步）模块Cisco也提供集成远程访问接入网络模块，如8AM、16AM.该网络模块将模拟调制解调器集成到远程访问接入模块中从而 节省了外接调制解调器占用的空间及投资。该网络模块提供了816个RJ-11接口，我们可以将电话线直接接入远程访问模块。如 图8所示，给出了模拟调制解调器接入模块NM-8AM的照片。当路由启动后，将自动发现、安装该模块。如图9所示，是用命令show line显示了8AM模块线路（图中标有TTY的线路）的状态。图9 命令show line的输出 用I/O操作实现RS232口数字及模拟信号的采集1.前言 RS232 端口几乎是所有计算机必备的端口，它可以连接FAX/MODEM设备、串行鼠标器、串行小键盘、采集模块、PLC 等，还可以连接RS232- RS485适配接头，控制RS485网络设备。RS232端口广泛采用9芯D型接头，具有接线简 单、传输速率高、传数据可靠等优点。除了Tx/Rx方式的高效数据传输外，RS232接口还具备直接I/O输入输出能力。本 文介绍的是利用RS232接口直接完成4路数字量信号的输入，可广泛地应用于机关开关式传感器、临近感应式传感器、霍尔效应 式传感器、小型机械键盘、TTL信号的输入。除此之外，利用简单的I/O操作，还可实现RS232口的多路模拟信号采集。简 单的串口I/O操作，只是利用RS232口的MCR及MSR寄存器，无需串口初始化及波特率设置等烦琐操作。 2. RS232的端口安排 计算机正常启动后，RS232端口COM1、COM2、COM3、COM4的地址一般被安排在3F8、2F8、3E8、2E 8，用于了解外部状态的寄存器地址则被分别设置为3FE、2FE、3EE、2EE，用于控制外部设备的寄器地址则被设置3F C、2FC、3EC、2EC，。RS232接口的针脚安排如下： D型25芯接头 D型9芯接头 pin8.CD pin1 pin3.RxD pin2 pin2.TxD pin3 pin20.DTR pin4 pin7.SG pin5 pin6.DSR pin6 pin4.RTS pin7 pin5.CTS pin8 pin22.RI pin9 信号名称 TxD Transmit Data RxD Receive data RTS Request to send CTS Clear to Send DSR Data Set Ready DTR Data terminal ready SG Signal ground RI Ring indicator CD Carrier Detect 由于大多数x86计算机都使用9芯D型接头。下面讲述的寄存器安排，均指的是9芯D型接头。 RS232口MCR寄存器安排： 地址 BIT7 BIT6 BIT5 BIT4 BIT3 BIT2 BIT1 BIT0 3FC X X X X X X PIN7 PIN4 2FC X X X X X X PIN7 PIN4 3EC X X X X X X PIN7 PIN4 2EC X X X X X X PIN7 PIN4 RS232口MSR寄存器安排 地址 BIT7 BIT6 BIT5 BIT4 BIT3 BIT2 BIT1 BIT0 3FE PIN1 PIN9 PIN6 PIN8 X X X X 2FE PIN1 PIN9 PIN6 PIN8 X X X X 3EE PIN1 PIN9 PIN6 PIN8 X X X X 2EE PIN1 PIN9 PIN6 PIN8 X X X X 上面的列表对RS232寄存器进行了必要的简化。MCR寄存器用于控制D型接头的7脚和4脚，MSR用于读取1、9、8、6脚的 状态，5脚为地。标有X的位用于其它用途，本文不作介绍。 3. RS232窃电技术 EIA -RS232标准中未定义电源输出引脚，所以RS232接口中找不到电源输出针脚，只能间接地从RS232的其它引脚 中获取电源。最直接的方法是利用 PIN7和PIN4两个针脚，它们足以驱动CD4093、LM324等MOS型IC芯片器件 。除此之外，还可以用下述方法从Tx和Rx引脚中获取电源。Tx和Rx在传输信号时是正负变化的，图中的二极管D1和D2可以从R