UART串口的前世今生

xyd2018

很久很久以前，計算機(jī)還沒有出現(xiàn)，那時就已經(jīng)存在了(計算機(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。

時光荏苒，個人計算機(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)被個人計算機(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，收發(fā)切換。屬于輔助流控信號。半雙工的意思是說，發(fā)的時候不收，收的時候不發(fā)。那么怎么區(qū)分收發(fā)呢?缺省時是DCE向DTE發(fā)送數(shù)據(jù)，當(dāng)DTE決定向DCE發(fā)數(shù)據(jù)時，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)備好時發(fā)送所導(dǎo)致的數(shù)據(jù)丟失。

全雙工時，這兩個信號一直有效即可。

后來，計算機(jī)普及了，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)指的就是這個意思。

早期ROM BIOS和DOS里的通信軟件都是為RS232設(shè)計的，在沒有檢測到DCD有效前不會發(fā)送數(shù)據(jù)，因此，就連發(fā)送一個字符這樣樸素的應(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，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，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�流控提供了用于流量情況指示的硬件連線，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，這兩個信號互相獨(dú)立，分別指示一個方向的流量情況。)

PC端處理：

發(fā). 當(dāng) 發(fā)現(xiàn)(不一定及時發(fā)現(xiàn)) CTS (-3v to -15v)無效時，停止發(fā)送,
當(dāng) 發(fā)現(xiàn)(不一定及時發(fā)現(xiàn)) CTS (3v to 15v)有效時，恢復(fù)發(fā)送;
收. 0
當(dāng)接收buffers中的bytes< to 有效信號(+3v RTS 時，給>
當(dāng)接收buffers中的bytes>N 時，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，兩個標(biāo)準(zhǔn)風(fēng)馬牛不相及。
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