Последовательный порт

После́довательный порт (англ. serial port, COM-порт, англ. communications port) — сленговое название интерфейса стандарта RS-232, которым массово оснащались персональные компьютеры. Порт называется «последовательным», так как информация через него передаётся по одному биту, последовательно бит за битом (в отличие от параллельного порта). Несмотря на то, что некоторые интерфейсы компьютера (например, Ethernet, FireWire и USB) тоже используют последовательный способ обмена информацией, название «последовательный порт» закрепилось за портом стандарта RS-232.

Назначение

Наиболее часто для последовательного порта персональных компьютеров используется стандарт RS-232C. Ранее последовательный порт использовался для подключения терминала, позже для модема или мыши. Сейчас он используется для соединения с источниками бесперебойного питания, для связи с аппаратными средствами разработки встраиваемых вычислительных систем, спутниковыми ресиверами, кассовыми аппаратами, с приборами систем безопасности объектов, а также с многими прочими устройствами.

С помощью COM-порта можно соединить два компьютера, используя так называемый «нуль-модемный кабель» (см. ниже). Использовался со времен MS-DOS для перекачки файлов с одного компьютера на другой, в UNIX для терминального доступа к другой машине, а в Windows (даже современной) — для отладчика уровня ядра.

Достоинством технологии является крайняя простота оборудования. Недостатком является низкая скорость, крупные размеры разъемов, а также зачастую высокие требования ко времени отклика ОС и драйвера и большое количество прерываний (одно на половину аппаратной очереди, то есть 8 байт).

Разъёмы

На материнских платах ведущих производителей (например, Intel) или готовых системах (например, IBM, Hewlett-Packard, Fujitsu Siemens Computers) для последовательного порта принято следующее условное обозначение:

Наиболее часто используются стандартизированные в 1969 году D-образные разъёмы: 9- и 25-контактные, (DE-9 и DB-25 соответственно). Раньше использовались также DB-31 и круглые восьмиконтактные DIN-8. Максимальная скорость передачи в обычном исполнении порта составляет 115 200 бод.

Актуальность

Широко распространённый в IBM PC-совместимых компьютерах, последовательный порт в настоящее время морально устарел (Спецификация PC99 — один из примеров попытки избавиться в современных материнских платах от наследия старых интерфейсов), но ещё нередко присутствует на современных компьютерах и используется в промышленном и узкоспециализированном оборудовании. В настоящее время в IBM PC-совместимых компьютерах практически вытеснен интерфейсом USB.

Существуют стандарты на эмуляцию последовательного порта над USB и над Bluetooth (эта технология в значительной степени и проектировалась как «беспроводной последовательный порт»).

Тем не менее программная эмуляция данного порта широко используется и сегодня. Так, например, практически все мобильные телефоны эмулируют внутри себя классический COM-порт и модем для реализации тетеринга — доступа компьютера в Интернет через GPRS/EDGE/3G оборудование телефона. При этом для физического подключения к компьютеру используется USB, Bluetooth или Wi-Fi.

Также программная эмуляция данного порта предоставляется «гостям» виртуальных машин VMWare и Microsoft Hyper-V, основная цель при этом — подключение отладчика уровня ядра Windows к «гостю».

В виде UART, отличающегося уровнями напряжения и отсутствием дополнительных сигналов, присутствует практически во всех микроконтроллерах, кроме самых-самых маленьких, SoC, платах разработчиков, а также присутствует на платах большей части устройств, но не выведен разъем на корпус. Такая популярность связана с простотой этого интерфейса, как с физической точки зрения, так и с легкостью доступа к порту со стороны ПО по сравнению с другими интерфейсами.

Аппаратура

Разъем имеет контакты:

DTR (Data Terminal Ready — готовность к приёму данных) — выход на компьютере, вход на модеме. Означает готовность компьютера к работе с модемом. Сброс этой линии вызывает почти полную перезагрузку модема в первоначальное состояние, в том числе бросание трубки (некоторые управляющие регистры выживают после такого сброса). В UNIX это происходит в случае, если все приложения закрыли файлы на драйвере последовательного порта. Мышь использует этот провод для получения питания.

DSR (Data Set Ready — готовность к передаче данных) — вход на компьютере, выход на модеме. Означает готовность модема. Если эта линия находится в нуле — то в ряде ОС становится невозможно открыть порт как файл.

RxD (Receive Data — приём данных) — вход на компьютере, выход на модеме. Поток данных, входящий в компьютер.

TxD (Transmit Data — передача данных) — выход на компьютере, вход на модеме. Поток данных, исходящих из компьютера.

CTS (Clear to Send — готовность передачи) — вход на компьютере, выход на модеме. Компьютер обязан приостановить передачу данных, пока этот провод не будет выставлен в единицу. Используется в аппаратном протоколе управления потоком для предотвращения переполнения в модеме.

RTS (Request to Send — запрос на передачу) — выход на компьютере, вход на модеме. Модем обязан приостановить передачу данных, пока этот провод не будет выставлен в единицу. Используется в аппаратном протоколе управления потоком для предотвращения переполнения в оборудовании и драйвере.

DCD (Carrier Detect — наличие несущей) — вход на компьютере, выход на модеме. Взводится модемом в единицу после установления соединения с модемом с той стороны, сбрасывается в ноль при разрыве связи. Аппаратура компьютера может издавать прерывание при наступлении такого события.

RI (Ring Indicator — сигнал вызова) — вход на компьютере, выход на модеме. Взводится модемом в единицу после обнаружения вызывного сигнала телефонного звонка. Аппаратура компьютера может издавать прерывание при наступлении такого события.

SG (Signal Ground — сигнальная земля) — общий сигнальный провод порта, не является общей землёй, как правило, изолирован от корпуса ЭВМ или модема.

В нуль-модемном кабеле используются две перекрещенные пары: TXD/RXD и RTS/CTS.

Исходно в IBM PC и IBM PC/XT аппаратура порта была построена на микросхеме UART 8250 фирмы National Semiconductor, затем микросхема была заменена на 16450, программно совместимой с предыдущими, но позволявшей использовать скорости вплоть до 115200 бит в секунду, затем появилась микросхема 16550, содержавшая двунаправленный FIFO буфер данных для снижения нагрузки на контроллер прерываний. В настоящее время включена в SuperIO микросхему на материнской плате вместе с рядом иных устройств.

Программный доступ к СОМ-порту

UNIX

COM-порты в операционной системе Unix (Linux) — это файлы символьных устройств. Обычно эти файлы располагаются в каталоге /dev и называются

• ttyS0, ttyS1, ttyS2 и т. д. в Linux
• ttyd0, ttyd1, ttyd2 и т. д. (или ttyu0, ttyu1, ttyu2 и т. д. начиная с версии 8.0) в FreeBSD
• ttya, ttyb, ttyc и т. д. в Solaris
• ttyf1, ttyf2, ttyf3 и т. д. в IRIX
• tty1p0, tty2p0, tty3p0 и т. д. в HP-UX
• tty01, tty02, tty03 и т. д. в Digital Unix
• ser1, ser2, ser3 и т. д. в QNX

Для программного доступа к СОМ-порту необходимо открыть на чтение/запись соответствующий файл и сделать вызовы специальных функций tcgetattr (для того, чтобы узнать текущие настройки) и tcsetattr (чтобы установить новые настройки). Также может потребоваться сделать вызовы ioctl с определенными параметрами. После этого при записи в файл данные будут отправляться через порт, а при чтении программа будет получать уже принятые данные из буфера СОМ-порта.

Устройства с именами «ttyxx» используются как серверные, то есть приложение, открывшее данное устройство, обычно ожидает входящего звонка от модема. Классическим таким приложением, используемым по умолчанию, является getty, которая ожидает входящего звонка, далее настраивает COM-порт в соответствии с файлами конфигурации, выводит туда "login: ", принимает имя пользователя и запускает как потомка команду «login ИмяПользователя», со стандартным вводом и выводом, перенаправленными в COM-порт. Эта команда в свою очередь запрашивает и проверяет пароль, и в случае успеха запускает (не как потомка, а вместо себя вызовом execve в том же процессе) default user shell, прописанный в файле /etc/passwd.

Эта технология исторически возникла в 1970-е годы, когда под ОС UNIX использовались компьютеры вроде PDP-11 (в СССР серия называлась СМ ЭВМ) или VAX, позволяющие подключение многих терминалов для работы многих пользователей. Терминалы — а значит, и весь интерфейс пользователя — при этом подключались через последовательные порты, с возможностью подключения вместо терминала модема и дальнейшего дозвона на компьютер по телефону. До сих пор в UNIX-подобных ОС существует терминальный стек, и обычно 3 реализации терминалов — последовательный порт, консоль текстового режима экрана+клавиатура, и «обратная петля» в один из открытых файлов управляющего приложения (так реализованы telnetd, sshd и xterm).

Клиентские устройства последовательного порта, предназначенные для совершения звонков вовне, в многих UNIX (не во всех) называются cuaxx.

Так как последовательный порт в UNIX доступен только через терминальный стек, он может быть управляющим терминалом для процессов и групп (посылать SIGHUP при разрыве связи от модема и SIGINT при нажатии Ctrl-C), на уровне ядра поддерживать редактирование последней введенной строки клавишами стрелочек, и т. д. Для отключения этой возможности с целью превращения устройства в «трубу» для потока байт необходимы вызовы ioctl.

Windows

С последовательными портами в Win32 работают, как с файлами. Для открытия порта используется функция CreateFile. Портов может быть много, поэтому они обозначаются как COM1, COM2 и т. д. по порядку обнаружения драйверов соответствующих устройств. Первые 9 портов доступны в том числе как именованные каналы для передачи данных (доступны по именам «COM1», «COM2», …), такой метод доступа считается устаревшим. Рекомендуется ко всем портам обращаться как к файлам (по именам «\\.\COM1», «\\.\COM2»,… «\\.\COMx»).

Поиск PnP-имен устройств в системе осуществляется вызовом SetupDiGetClassDevs. В реестре существует раздел HKEY_LOCAL_MACHINE\HARDWARE\DEVICEMAP\SERIALCOMM, в котором отображаются имеющиеся в данный момент COM-порты.

Для каждого порта в реестре имеется раздел. Эти разделы имеют такие имена:

HKEY_LOCAL_MACHINE\SYSTEM\CurrentControlSet\Services\Serial\Parameters\Serial10000,

где последнее значение «Serial10000» — уникальный номер для каждого нового добавленного в систему COM-порта, для второго — «Serial10001» и т. д.

OS/2

Имеющийся драйвер COM.SYS поддерживает только 4 COM-порта, каждый из которых должен иметь свою линию прерываний. Для обслуживания COM-портов с общей линией прерывания необходимо воспользоваться драйвером SIO.

Нуль-модемный кабель

В некоторых случаях возможно применение упрощённого варианта кабеля, в котором задействуются только контакты 2, 3 и 5.

См. также

• RS-232
• USB
• LPT
• Сигналы последовательных портов
• Последовательные и параллельные порты ввода-вывода

Ссылки

• [linuxland.itam.nsc.ru/misc/other19/index.html Перевод руководства по программированию СОМ-порта в POSIX операционных системах]
• [msdn.microsoft.com/ru-ru/library/ff802693.aspx MSDN. Serial Communications (Eng-1995)]
• [www.rxtx.org Программирование порта на java] — не позволяет работать из Windows, в отличие от официальных пакетов от Sun.
• [code.google.com/p/java-simple-serial-connector/ jSSC (Java Simple Serial Connector)] - библиотека для работы с последовательным портом из Java. Поддерживает Win32(Win98-Win8), Win64, Linux(x86, x86-64, ARM), Solaris(x86, x86-64), Mac OS X 10.5 and higher(x86, x86-64, PPC, PPC64).
• [www.pcports.ru/Articles.php Программирование COM порта] на C++ под Windows. Готовая библиотека, исходные тексты, примеры программ.
• Яшкардин В.Л. [www.softelectro.ru/rs232prog.html Последовательный порт. Программирование COM-порта в Windows и MS-DOS]. SoftElectro (2009). [www.webcitation.org/65IaQmgBW Архивировано из первоисточника 8 февраля 2012].

Отрывок, характеризующий Последовательный порт

Летом еще в 1809 году, Пьер вернулся в Петербург. По переписке наших масонов с заграничными было известно, что Безухий успел за границей получить доверие многих высокопоставленных лиц, проник многие тайны, был возведен в высшую степень и везет с собою многое для общего блага каменьщического дела в России. Петербургские масоны все приехали к нему, заискивая в нем, и всем показалось, что он что то скрывает и готовит.
Назначено было торжественное заседание ложи 2 го градуса, в которой Пьер обещал сообщить то, что он имеет передать петербургским братьям от высших руководителей ордена. Заседание было полно. После обыкновенных обрядов Пьер встал и начал свою речь.
– Любезные братья, – начал он, краснея и запинаясь и держа в руке написанную речь. – Недостаточно блюсти в тиши ложи наши таинства – нужно действовать… действовать. Мы находимся в усыплении, а нам нужно действовать. – Пьер взял свою тетрадь и начал читать.
«Для распространения чистой истины и доставления торжества добродетели, читал он, должны мы очистить людей от предрассудков, распространить правила, сообразные с духом времени, принять на себя воспитание юношества, соединиться неразрывными узами с умнейшими людьми, смело и вместе благоразумно преодолевать суеверие, неверие и глупость, образовать из преданных нам людей, связанных между собою единством цели и имеющих власть и силу.
«Для достижения сей цели должно доставить добродетели перевес над пороком, должно стараться, чтобы честный человек обретал еще в сем мире вечную награду за свои добродетели. Но в сих великих намерениях препятствуют нам весьма много – нынешние политические учреждения. Что же делать при таковом положении вещей? Благоприятствовать ли революциям, всё ниспровергнуть, изгнать силу силой?… Нет, мы весьма далеки от того. Всякая насильственная реформа достойна порицания, потому что ни мало не исправит зла, пока люди остаются таковы, каковы они есть, и потому что мудрость не имеет нужды в насилии.
«Весь план ордена должен быть основан на том, чтоб образовать людей твердых, добродетельных и связанных единством убеждения, убеждения, состоящего в том, чтобы везде и всеми силами преследовать порок и глупость и покровительствовать таланты и добродетель: извлекать из праха людей достойных, присоединяя их к нашему братству. Тогда только орден наш будет иметь власть – нечувствительно вязать руки покровителям беспорядка и управлять ими так, чтоб они того не примечали. Одним словом, надобно учредить всеобщий владычествующий образ правления, который распространялся бы над целым светом, не разрушая гражданских уз, и при коем все прочие правления могли бы продолжаться обыкновенным своим порядком и делать всё, кроме того только, что препятствует великой цели нашего ордена, то есть доставлению добродетели торжества над пороком. Сию цель предполагало само христианство. Оно учило людей быть мудрыми и добрыми, и для собственной своей выгоды следовать примеру и наставлениям лучших и мудрейших человеков.
«Тогда, когда всё погружено было во мраке, достаточно было, конечно, одного проповедания: новость истины придавала ей особенную силу, но ныне потребны для нас гораздо сильнейшие средства. Теперь нужно, чтобы человек, управляемый своими чувствами, находил в добродетели чувственные прелести. Нельзя искоренить страстей; должно только стараться направить их к благородной цели, и потому надобно, чтобы каждый мог удовлетворять своим страстям в пределах добродетели, и чтобы наш орден доставлял к тому средства.
«Как скоро будет у нас некоторое число достойных людей в каждом государстве, каждый из них образует опять двух других, и все они тесно между собой соединятся – тогда всё будет возможно для ордена, который втайне успел уже сделать многое ко благу человечества».
Речь эта произвела не только сильное впечатление, но и волнение в ложе. Большинство же братьев, видевшее в этой речи опасные замыслы иллюминатства, с удивившею Пьера холодностью приняло его речь. Великий мастер стал возражать Пьеру. Пьер с большим и большим жаром стал развивать свои мысли. Давно не было столь бурного заседания. Составились партии: одни обвиняли Пьера, осуждая его в иллюминатстве; другие поддерживали его. Пьера в первый раз поразило на этом собрании то бесконечное разнообразие умов человеческих, которое делает то, что никакая истина одинаково не представляется двум людям. Даже те из членов, которые казалось были на его стороне, понимали его по своему, с ограничениями, изменениями, на которые он не мог согласиться, так как главная потребность Пьера состояла именно в том, чтобы передать свою мысль другому точно так, как он сам понимал ее.
По окончании заседания великий мастер с недоброжелательством и иронией сделал Безухому замечание о его горячности и о том, что не одна любовь к добродетели, но и увлечение борьбы руководило им в споре. Пьер не отвечал ему и коротко спросил, будет ли принято его предложение. Ему сказали, что нет, и Пьер, не дожидаясь обычных формальностей, вышел из ложи и уехал домой.


На Пьера опять нашла та тоска, которой он так боялся. Он три дня после произнесения своей речи в ложе лежал дома на диване, никого не принимая и никуда не выезжая.
В это время он получил письмо от жены, которая умоляла его о свидании, писала о своей грусти по нем и о желании посвятить ему всю свою жизнь.
В конце письма она извещала его, что на днях приедет в Петербург из за границы.
Вслед за письмом в уединение Пьера ворвался один из менее других уважаемых им братьев масонов и, наведя разговор на супружеские отношения Пьера, в виде братского совета, высказал ему мысль о том, что строгость его к жене несправедлива, и что Пьер отступает от первых правил масона, не прощая кающуюся.
В это же самое время теща его, жена князя Василья, присылала за ним, умоляя его хоть на несколько минут посетить ее для переговоров о весьма важном деле. Пьер видел, что был заговор против него, что его хотели соединить с женою, и это было даже не неприятно ему в том состоянии, в котором он находился. Ему было всё равно: Пьер ничто в жизни не считал делом большой важности, и под влиянием тоски, которая теперь овладела им, он не дорожил ни своею свободою, ни своим упорством в наказании жены.
«Никто не прав, никто не виноват, стало быть и она не виновата», думал он. – Ежели Пьер не изъявил тотчас же согласия на соединение с женою, то только потому, что в состоянии тоски, в котором он находился, он не был в силах ничего предпринять. Ежели бы жена приехала к нему, он бы теперь не прогнал ее. Разве не всё равно было в сравнении с тем, что занимало Пьера, жить или не жить с женою?
Не отвечая ничего ни жене, ни теще, Пьер раз поздним вечером собрался в дорогу и уехал в Москву, чтобы повидаться с Иосифом Алексеевичем. Вот что писал Пьер в дневнике своем.
«Москва, 17 го ноября.
Сейчас только приехал от благодетеля, и спешу записать всё, что я испытал при этом. Иосиф Алексеевич живет бедно и страдает третий год мучительною болезнью пузыря. Никто никогда не слыхал от него стона, или слова ропота. С утра и до поздней ночи, за исключением часов, в которые он кушает самую простую пищу, он работает над наукой. Он принял меня милостиво и посадил на кровати, на которой он лежал; я сделал ему знак рыцарей Востока и Иерусалима, он ответил мне тем же, и с кроткой улыбкой спросил меня о том, что я узнал и приобрел в прусских и шотландских ложах. Я рассказал ему всё, как умел, передав те основания, которые я предлагал в нашей петербургской ложе и сообщил о дурном приеме, сделанном мне, и о разрыве, происшедшем между мною и братьями. Иосиф Алексеевич, изрядно помолчав и подумав, на всё это изложил мне свой взгляд, который мгновенно осветил мне всё прошедшее и весь будущий путь, предлежащий мне. Он удивил меня, спросив о том, помню ли я, в чем состоит троякая цель ордена: 1) в хранении и познании таинства; 2) в очищении и исправлении себя для воспринятия оного и 3) в исправлении рода человеческого чрез стремление к таковому очищению. Какая есть главнейшая и первая цель из этих трех? Конечно собственное исправление и очищение. Только к этой цели мы можем всегда стремиться независимо от всех обстоятельств. Но вместе с тем эта то цель и требует от нас наиболее трудов, и потому, заблуждаясь гордостью, мы, упуская эту цель, беремся либо за таинство, которое недостойны воспринять по нечистоте своей, либо беремся за исправление рода человеческого, когда сами из себя являем пример мерзости и разврата. Иллюминатство не есть чистое учение именно потому, что оно увлеклось общественной деятельностью и преисполнено гордости. На этом основании Иосиф Алексеевич осудил мою речь и всю мою деятельность. Я согласился с ним в глубине души своей. По случаю разговора нашего о моих семейных делах, он сказал мне: – Главная обязанность истинного масона, как я сказал вам, состоит в совершенствовании самого себя. Но часто мы думаем, что, удалив от себя все трудности нашей жизни, мы скорее достигнем этой цели; напротив, государь мой, сказал он мне, только в среде светских волнений можем мы достигнуть трех главных целей: 1) самопознания, ибо человек может познавать себя только через сравнение, 2) совершенствования, только борьбой достигается оно, и 3) достигнуть главной добродетели – любви к смерти. Только превратности жизни могут показать нам тщету ее и могут содействовать – нашей врожденной любви к смерти или возрождению к новой жизни. Слова эти тем более замечательны, что Иосиф Алексеевич, несмотря на свои тяжкие физические страдания, никогда не тяготится жизнию, а любит смерть, к которой он, несмотря на всю чистоту и высоту своего внутреннего человека, не чувствует еще себя достаточно готовым. Потом благодетель объяснил мне вполне значение великого квадрата мироздания и указал на то, что тройственное и седьмое число суть основание всего. Он советовал мне не отстраняться от общения с петербургскими братьями и, занимая в ложе только должности 2 го градуса, стараться, отвлекая братьев от увлечений гордости, обращать их на истинный путь самопознания и совершенствования. Кроме того для себя лично советовал мне первее всего следить за самим собою, и с этою целью дал мне тетрадь, ту самую, в которой я пишу и буду вписывать впредь все свои поступки».
«Петербург, 23 го ноября.
«Я опять живу с женой. Теща моя в слезах приехала ко мне и сказала, что Элен здесь и что она умоляет меня выслушать ее, что она невинна, что она несчастна моим оставлением, и многое другое. Я знал, что ежели я только допущу себя увидать ее, то не в силах буду более отказать ей в ее желании. В сомнении своем я не знал, к чьей помощи и совету прибегнуть. Ежели бы благодетель был здесь, он бы сказал мне. Я удалился к себе, перечел письма Иосифа Алексеевича, вспомнил свои беседы с ним, и из всего вывел то, что я не должен отказывать просящему и должен подать руку помощи всякому, тем более человеку столь связанному со мною, и должен нести крест свой. Но ежели я для добродетели простил ее, то пускай и будет мое соединение с нею иметь одну духовную цель. Так я решил и так написал Иосифу Алексеевичу. Я сказал жене, что прошу ее забыть всё старое, прошу простить мне то, в чем я мог быть виноват перед нею, а что мне прощать ей нечего. Мне радостно было сказать ей это. Пусть она не знает, как тяжело мне было вновь увидать ее. Устроился в большом доме в верхних покоях и испытываю счастливое чувство обновления».


Как и всегда, и тогда высшее общество, соединяясь вместе при дворе и на больших балах, подразделялось на несколько кружков, имеющих каждый свой оттенок. В числе их самый обширный был кружок французский, Наполеоновского союза – графа Румянцева и Caulaincourt'a. В этом кружке одно из самых видных мест заняла Элен, как только она с мужем поселилась в Петербурге. У нее бывали господа французского посольства и большое количество людей, известных своим умом и любезностью, принадлежавших к этому направлению.
Элен была в Эрфурте во время знаменитого свидания императоров, и оттуда привезла эти связи со всеми Наполеоновскими достопримечательностями Европы. В Эрфурте она имела блестящий успех. Сам Наполеон, заметив ее в театре, сказал про нее: «C'est un superbe animal». [Это прекрасное животное.] Успех ее в качестве красивой и элегантной женщины не удивлял Пьера, потому что с годами она сделалась еще красивее, чем прежде. Но удивляло его то, что за эти два года жена его успела приобрести себе репутацию