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樓主  發(fā)表于: 2010-04-24 06:55
通信接口協(xié)議綜述
在現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)傳輸中大量采用接口方式,監(jiān)控系統(tǒng)涉及較多的是串行通信接口和網(wǎng)絡(luò)接口。
一、串行通信協(xié)議
計(jì)算機(jī)與外設(shè)或計(jì)算機(jī)之間的通信通常有兩種方式:并行通信和串行通信。
并行通信指數(shù)據(jù)的各位同時(shí)傳送。并行方式傳輸數(shù)據(jù)速度快,但占用的通信線多,傳輸數(shù)據(jù)的可靠性隨距離的增加而下降,只適用于近距離的數(shù)據(jù)傳送。
串行通信是指在單根數(shù)據(jù)線上將數(shù)據(jù)一位一位地依次傳送。發(fā)送過(guò)程中,每發(fā)送完一個(gè)數(shù)據(jù),再發(fā)送第二個(gè),依此類(lèi)推。接受數(shù)據(jù)時(shí),每次從單根數(shù)據(jù)線上一位一位地依次接受,再把它們拼成一個(gè)完整的數(shù)據(jù)。在遠(yuǎn)距離數(shù)據(jù)通信中,一般采用串行通信方式,它具有占用通信線少、成本低等優(yōu)點(diǎn)。
1、串行通信的基本概念
(1)同步和異步通信方式
串行通信有兩種最基本的通信方式:同步串行通信方式和異步串行通信方式。同步串行通信方式是指在相同的數(shù)據(jù)傳送速率下,發(fā)送端和接受端的通信頻率保持嚴(yán)格同步。由于不需要使用起始位和停止位,可以提高數(shù)據(jù)的傳輸速率,但發(fā)送器和接受器的成本較高。異步串行通信是指發(fā)送端和接受端在相同的波特率下不需要嚴(yán)格地同步,允許有相對(duì)的時(shí)間時(shí)延,即收、發(fā)兩端的頻率偏差在10%以?xún)?nèi),就能保證正確實(shí)現(xiàn)通信。
異步通信在不發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí),數(shù)據(jù)信號(hào)線上總是呈現(xiàn)高電平狀態(tài),稱(chēng)為空閑狀態(tài)(又稱(chēng)MARK狀態(tài))。當(dāng)有數(shù)據(jù)發(fā)送時(shí),信號(hào)線變成低電平,并持續(xù)一位的時(shí)間,用于表示發(fā)送字符的開(kāi)始,該位稱(chēng)為起始位,也稱(chēng)SPACE狀態(tài)。起始位之后,在信號(hào)線上依次出現(xiàn)待發(fā)送的每一位字符數(shù)據(jù),并且按照先低位后高位的順序逐位發(fā)送。采用不同的字符編碼方案,待發(fā)送的每個(gè)字符的位數(shù)不同,在5、6、7或8位之間選擇。數(shù)據(jù)位的后面可以加上一位奇偶校驗(yàn)位,也可以不加,由編程指定。最后傳送的是停止位,一般選擇1位、1.5位或2位。
(2)數(shù)據(jù)傳送方式
①單工方式。單工方式采用一根數(shù)據(jù)傳輸線,只允許數(shù)據(jù)按照固定的方向傳送。圖8(a)中A只能作為發(fā)送器,B只能作為接收器,數(shù)據(jù)只能從A傳送到B,不能從B傳送到A。
②半雙工方式。半雙工方式采用一根數(shù)據(jù)傳輸線,允許數(shù)據(jù)分時(shí)地在兩個(gè)方向傳送,但不能同時(shí)雙向傳送。圖8(b)中在某一時(shí)刻,A為發(fā)送器,B為接收器,數(shù)據(jù)從A傳送到B;而在另一個(gè)時(shí)刻,A可以作為接收器,B作為發(fā)送器,數(shù)據(jù)從B傳送到A。
③全雙工方式。全雙工方式采用兩根數(shù)據(jù)傳輸線,允許數(shù)據(jù)同時(shí)進(jìn)行雙向傳送。圖8(c)中A和B具有獨(dú)立的發(fā)送器和接收器,在同一時(shí)刻,既允許A向B發(fā)送數(shù)據(jù),又允許B向A發(fā)送數(shù)據(jù)。
(3)波特率
波特率是指每秒內(nèi)傳送二進(jìn)制數(shù)據(jù)的位數(shù),以b/s和bps(位/秒)為單位。它是衡量串行數(shù)據(jù)傳送速度快慢的重要指標(biāo)和參數(shù)。計(jì)算機(jī)通信中常用的波特率是:110,300,600,1200,2400,4800,9600,19200bps。
(4)串行通信的檢錯(cuò)和糾錯(cuò)
在串行通信過(guò)程中存在不同程度的噪聲干擾,這些干擾有時(shí)會(huì)導(dǎo)致在傳輸過(guò)程中出現(xiàn)差錯(cuò)。因此在串行通信中對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行校驗(yàn)是非常重要的,也是衡量通信系統(tǒng)質(zhì)量的重要指標(biāo)。檢錯(cuò),就是如何發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸過(guò)程中出現(xiàn)的錯(cuò)誤,而糾錯(cuò)就是在發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤后,如何采取措施糾正錯(cuò)誤。
①誤碼率
誤碼率是指數(shù)據(jù)經(jīng)傳輸后發(fā)生錯(cuò)誤的位數(shù)與總傳輸位數(shù)之比。在計(jì)算機(jī)通信中,一般要求誤碼率達(dá)到10-6數(shù)量級(jí)。誤碼率與通信過(guò)程中的線路質(zhì)量、干擾、波特率等因素有關(guān)。
②奇偶校驗(yàn)
奇偶校驗(yàn)是常用的一種檢錯(cuò)方式。奇偶校驗(yàn)就是在發(fā)送數(shù)據(jù)位最后一位添加一位奇偶校驗(yàn)位(0或1),以保證數(shù)據(jù)位和奇偶校驗(yàn)位中1的總和為奇數(shù)或偶數(shù)。若采用偶校驗(yàn),則應(yīng)保證1的總數(shù)為偶數(shù);若采用奇校驗(yàn),則應(yīng)保證1的總和為奇數(shù)。在接受數(shù)據(jù)時(shí),CPU應(yīng)檢測(cè)數(shù)據(jù)位和奇偶校驗(yàn)位中1的總數(shù)是否符合奇偶校驗(yàn)規(guī)則,如果出現(xiàn)誤碼,則應(yīng)轉(zhuǎn)去執(zhí)行相應(yīng)的錯(cuò)誤處理服務(wù)程序,進(jìn)行后續(xù)糾錯(cuò)。
③糾錯(cuò)
在基本通信規(guī)程中一般采用奇偶校驗(yàn)或方陣碼檢錯(cuò),以重發(fā)方式進(jìn)行糾錯(cuò)。在高級(jí)通信中一般采用循環(huán)冗余碼(CRC)檢錯(cuò),以自動(dòng)糾錯(cuò)方式來(lái)糾錯(cuò)。一般說(shuō)來(lái),附加的冗余位越多,檢測(cè)、糾錯(cuò)能力就越強(qiáng),但通信效率也就越低。
2、串行通信接口標(biāo)準(zhǔn)
串行通信接口按電氣標(biāo)準(zhǔn)及協(xié)議來(lái)分包括RS-232、RS-422、RS485、USB等。 RS-232、RS-422與RS-485標(biāo)準(zhǔn)只對(duì)接口的電氣特性做出規(guī)定,不涉及接插件、電纜或協(xié)議。USB是近幾年發(fā)展起來(lái)的新型接口標(biāo)準(zhǔn),主要應(yīng)用于高速數(shù)據(jù)傳輸領(lǐng)域。
(1)RS-232串行接口
目前RS-232是PC機(jī)與通信工業(yè)中應(yīng)用最廣泛的一種串行接口。RS-232被定義為一種在低速率串行通信中增加通信距離的單端標(biāo)準(zhǔn)。RS-232采取不平衡傳輸方式,即所謂單端通信。典型的RS-232信號(hào)在正負(fù)電平之間擺動(dòng),在發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí),發(fā)送端驅(qū)動(dòng)器輸出正電平在+5~+15V,負(fù)電平在-5~-15V電平。當(dāng)無(wú)數(shù)據(jù)傳輸時(shí),線上為T(mén)TL電平,從開(kāi)始傳送數(shù)據(jù)到結(jié)束,線上電平從TTL電平到RS-232電平再返回TTL電平。接收器典型的工作電平在+3~+12V與-3~-12V。RS-232是為點(diǎn)對(duì)點(diǎn)(即只用一對(duì)收、發(fā)設(shè)備)通信而設(shè)計(jì)的,其驅(qū)動(dòng)器負(fù)載為3~7kΩ。由于RS-232發(fā)送電平與接收電平的差僅為2V至3V左右,所以其共模抑制能力差,再加上雙絞線上的分布電容,其傳送距離最大為約30米,最高速率為20kb/s。所以RS-232適合本地設(shè)備之間的通信。可以通過(guò)測(cè)量DTE的Txd(或DCE的Rxd)和Gnd之間的電壓了解串口的狀態(tài),在空載狀態(tài)下,它們之間應(yīng)有約-10V左右(-5~-15V)的電壓,否則該串口可能已損壞或驅(qū)動(dòng)能力弱。
①管腳定義
RS-232物理接口標(biāo)準(zhǔn)可分成25芯和9芯D型插座兩種,均有針、孔之分。其中TX(發(fā)送數(shù)據(jù))、RX(接受數(shù)據(jù))和GND(信號(hào)地)是三條最基本的引線,就可以實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單的全雙工通信。DTR(數(shù)據(jù)終端就緒)、DSR(數(shù)據(jù)準(zhǔn)備好)、RTS(請(qǐng)求發(fā)送)和CTS(清除發(fā)送)是最常用的硬件聯(lián)絡(luò)信號(hào)。

表1-8-1  RS232接口中DB9、DB25管腳信號(hào)定義
9針    25針    信號(hào)名稱(chēng)    信號(hào)流向    簡(jiǎn)稱(chēng)    信號(hào)功能
3    2    發(fā)送數(shù)據(jù)    DTE —>DCE    TxD    DTE發(fā)送串行數(shù)據(jù)
2    3    接收數(shù)據(jù)    DTE <—DCE    RxD    DTE接受串行數(shù)據(jù)
7    4    請(qǐng)求發(fā)送    DTE —>DCE    RTS    DTE請(qǐng)求切換到發(fā)送方式
8    5    清除發(fā)送    DTE <—DCE    CTS    DCE已切換到準(zhǔn)備接受
6    6    數(shù)據(jù)設(shè)備就緒    DTE <—DCE    DSR    DCE準(zhǔn)備就緒可以接受
5    7    信號(hào)地         GND    公共信號(hào)地
1    8    載波檢測(cè)    DTE <—DCE    DCD    DCE已接受到遠(yuǎn)程載波
4    20    數(shù)據(jù)終端就緒    DTE —>DCE    DTR    DTE準(zhǔn)備就緒可以接受
9    22    振鈴指示    DTE <—DCE    RI    通知DTE,通訊線路已接通
按照RS232標(biāo)準(zhǔn),傳輸速率一般不超過(guò)20kbps,傳輸距離一般不超過(guò)15M。實(shí)際使用時(shí)通信速率最高可達(dá)115200bps。
②RS232串行接口基本接線原則
設(shè)備之間的串行通信接線方法,取決于設(shè)備接口的定義。設(shè)備間采用RS232串行電纜連接時(shí)有兩類(lèi)連接方式:
直通線:即相同信號(hào)(Rxd對(duì)Rxd、Txd對(duì)Txd)相連,用于DTE(數(shù)據(jù)終端設(shè)備)與DCE(數(shù)據(jù)通信設(shè)備)相連。如計(jì)算機(jī)與MODEM(或DTU)相連。
交叉線:即不同信號(hào)(Rxd對(duì)Txd、Txd對(duì)Rxd)相連,用于DTE與DTE相連。如計(jì)算機(jī)與計(jì)算機(jī)、計(jì)算機(jī)與采集器之間相連。
以上兩種連接方法可以認(rèn)為同種設(shè)備相連采用交叉線連接,不同種設(shè)備相連采用直通線連接。在少數(shù)情況下會(huì)出現(xiàn)兩臺(tái)具有DCE接口的設(shè)備需要串行通信的情況,此時(shí)也用交叉方式連接。當(dāng)一臺(tái)設(shè)備本身是DTE,但它的串行接口按DCE接口定義時(shí),應(yīng)按DCE接線。如艾默生網(wǎng)絡(luò)能源有限公司生產(chǎn)的一體化采集器IDA采集模塊上的調(diào)測(cè)接口是按DCE接口定義的,當(dāng)計(jì)算機(jī)與IDA采集模塊的調(diào)測(cè)口連接時(shí)就要采用直通串行電纜。
一般地,RS232接口若為公頭,則該接口按DTE接口定義;若為母頭,則該接口按DCE接口定義。但注意也有反例,不能一概而論。(一些DTE設(shè)備上的串行接口按DCE接口定義而采用DB9或DB25母接口的原因主要是因?yàn)镈TE接口一般都采用公頭,當(dāng)人用手接觸時(shí)易接觸到針腳;采用母頭時(shí)因不易碰到針腳,可避免人體靜電對(duì)設(shè)備的影響。)
對(duì)于某些設(shè)備上的非標(biāo)準(zhǔn)RS232接口,需要根據(jù)設(shè)備的說(shuō)明書(shū)確定針腳的定義。如果已知Txd、Rxd和Gnd三個(gè)針腳,但不清楚哪一個(gè)針腳是Txd,哪一個(gè)針腳是Rxd,可以通過(guò)用萬(wàn)用表測(cè)量它們與Gnd之間的電壓來(lái)判別,如果有一個(gè)電壓為-10V左右,則萬(wàn)用表紅表筆所接的是DTE的Txd或DCE的Rxd。
③RS232的三種接線方式
三線方式:即兩端設(shè)備的串口只連接收、發(fā)、地三根線。一般情況下,三線方式即可滿足要求,如監(jiān)控主機(jī)與采集器及大部分智能設(shè)備之間相連。
簡(jiǎn)易接口方式:兩端設(shè)備的串口除了連接收、發(fā)、地三根線外,另外增加一對(duì)握手信號(hào)(一般是DSR和DTR)。具體需要哪對(duì)握手信號(hào),需查閱設(shè)備接口說(shuō)明。
完全口線方式:兩端設(shè)備的串口9線全接。
此外,有些設(shè)備雖然需要握手信號(hào),當(dāng)并不需要真正的握手信號(hào),可以采用自握手的方式。
(2)RS-422/485串行接口
①平衡傳輸
RS-422由RS-232發(fā)展而來(lái)。為改進(jìn)RS-232通信距離短、速度低的缺點(diǎn),RS-422定義了一種平衡通信接口,將傳輸速率提高到10Mbit/s,并允許在一條平衡總線上連接最多10個(gè)接收器。RS-422是一種單機(jī)發(fā)送、多機(jī)接收的單向、平衡傳輸規(guī)范。
RS-422的數(shù)據(jù)信號(hào)采用差分傳輸方式,也稱(chēng)作平衡傳輸。它使用一對(duì)雙絞線,將其中一線定義為A,另一線定義為B,如圖1-8-8。通常情況下,發(fā)送驅(qū)動(dòng)器A、B之間的正電平在+2~+6V,是一個(gè)邏輯狀態(tài),負(fù)電平在-2~-6V,是另一個(gè)邏輯狀態(tài)。另有一個(gè)信號(hào)地C,在RS-485中還有一“使能”端, “使能”端是用于控制發(fā)送驅(qū)動(dòng)器與傳輸線的切斷與連接。當(dāng)“使能”端起作用時(shí),發(fā)送驅(qū)動(dòng)器處于高阻狀態(tài),稱(chēng)作“第三態(tài)”,即它是有別于邏輯“1”與“0”的第三態(tài)。
接收器也作與發(fā)送端相應(yīng)的規(guī)定,收、發(fā)端通過(guò)平衡雙絞線將AA與BB對(duì)應(yīng)相連,當(dāng)在收端AB之間有大于+200mV的電平時(shí),輸出正邏輯電平,小于-200mV時(shí),輸出負(fù)邏輯電平。接收器接收平衡線上的電平范圍通常在200mV至6V之間。
②RS-422
RS-422標(biāo)準(zhǔn)全稱(chēng)是“平衡電壓數(shù)字接口電路的電氣特性”,它定義了接口電路的特性。圖1-8-9是典型的RS-422四線接口。實(shí)際上還有一根信號(hào)地線,共5根線。由于接收器采用高輸入阻抗和發(fā)送驅(qū)動(dòng)器比RS232更強(qiáng)的驅(qū)動(dòng)能力,故允許在相同傳輸線上連接多個(gè)接收節(jié)點(diǎn),最多可接10個(gè)節(jié)點(diǎn)。即一個(gè)主設(shè)備(Master),其余為從設(shè)備(Salve),從設(shè)備之間不能通信,所以RS-422支持點(diǎn)對(duì)多的雙向通信。RS-422四線接口由于采用單獨(dú)的發(fā)送和接收通道,因此不必控制數(shù)據(jù)方向,各裝置之間任何必須的信號(hào)交換均可以按軟件方式(XON/XOFF握手)或硬件方式(一對(duì)單獨(dú)的雙絞線)實(shí)現(xiàn)。
RS-422的最大傳輸距離為4000英尺(約1200米),最大傳輸速率為10Mb/s。其平衡雙絞線的長(zhǎng)度與傳輸速率成反比,在100kb/s速率以下,才可能達(dá)到最大傳輸距離。只有在很短的距離下才能獲得最高速率傳輸。一般100米長(zhǎng)的雙絞線上所能獲得的最大傳輸速率僅為1Mb/s。
RS422接口的定義很復(fù)雜,一般只使用四個(gè)端子,其針腳定義分別為T(mén)X+、TX-、RX+、RX-,其中TX+和TX-為一對(duì)數(shù)據(jù)發(fā)送端子,RX+和RX-為一對(duì)數(shù)據(jù)接收端子,參見(jiàn)圖1-8-10。RS422采用了平衡差分電路,差分電路可在受干擾的線路上拾取有效信號(hào),由于差分接收器可以分辨0.2V以上的電位差,因此可大大減弱地線干擾和電磁干擾的影響,有利于抑制共模干擾,傳輸距離可達(dá)1200米。
另外和RS232不同的是,在一RS422總線上可以掛接多臺(tái)設(shè)備組網(wǎng),總線上連接的設(shè)備RS422串行接口同名端相接,與上位機(jī)則收發(fā)交叉,可以實(shí)現(xiàn)點(diǎn)到多點(diǎn)的通信,如圖1-8-11所示。(RS232只能點(diǎn)到點(diǎn)通信,不能組成串行總線。)
通過(guò)RS422總線與計(jì)算機(jī)某一串口通信時(shí),要求各設(shè)備的的通信協(xié)議相同。為了在總線上區(qū)分各設(shè)備,各設(shè)備需要設(shè)置不同的地址。上位機(jī)發(fā)送的數(shù)據(jù)所有的設(shè)備都能接收到,但只有地址符合上位機(jī)要求的設(shè)備響應(yīng)。
③RS-485
為擴(kuò)展應(yīng)用范圍,EIA在RS-422的基礎(chǔ)上制定了RS-485標(biāo)準(zhǔn),增加了多點(diǎn)、雙向通信能力,通常在要求通信距離為幾十米至上千米時(shí),廣泛采用RS-485收發(fā)器。
RS-485收發(fā)器采用平衡發(fā)送和差分接收,即在發(fā)送端,驅(qū)動(dòng)器將TTL電平信號(hào)轉(zhuǎn)換成差分信號(hào)輸出;在接收端,接收器將差分信號(hào)變成TTL電平,因此具有抑制共模干擾的能力,加上接收器具有高的靈敏度,能檢測(cè)低達(dá)200mV的電壓,故數(shù)據(jù)傳輸可達(dá)千米以外。
RS-485許多電氣規(guī)定與RS-422相仿。如都采用平衡傳輸方式、都需要在傳輸線上接終接電阻等。RS-485可以采用二線與四線方式,二線制可實(shí)現(xiàn)真正的多點(diǎn)雙向通信。而采用四線連接時(shí),與RS-422一樣只能實(shí)現(xiàn)點(diǎn)對(duì)多的通信,即只能有一個(gè)主(Master)設(shè)備,其余為從設(shè)備,但它比RS-422有改進(jìn),無(wú)論四線還是二線連接方式總線上可連接多達(dá)32個(gè)設(shè)備,SIPEX公司新推出的SP485R最多可支持400個(gè)節(jié)點(diǎn)。
RS-485與RS-422的共模輸出電壓是不同的。RS-485共模輸出電壓在-7V至+12V之間, RS-422在-7V至+7V之間,RS-485接收器最小輸入阻抗為12KΩ;RS-422是4kΩ;RS-485滿足所有RS-422的規(guī)范,所以RS-485的驅(qū)動(dòng)器可以用在RS-422網(wǎng)絡(luò)中應(yīng)用。但RS-422的驅(qū)動(dòng)器并不完全適用于RS-485網(wǎng)絡(luò)。
RS-485與RS-422一樣,最大傳輸速率為10Mb/s。當(dāng)波特率為1200bps時(shí),最大傳輸距離理論上可達(dá)15千米。平衡雙絞線的長(zhǎng)度與傳輸速率成反比,在100kb/s速率以下,才可能使用規(guī)定最長(zhǎng)的電纜長(zhǎng)度。
RS-485需要2個(gè)終接電阻,接在傳輸總線的兩端,其阻值要求等于傳輸電纜的特性阻抗。在矩距離傳輸時(shí)可不需終接電阻,即一般在300米以下不需終接電阻。
RS485是RS422的子集,只需要DATA+(D+)、DATA-(D-)兩根線。RS485與RS422的不同之處在于RS422為全雙工結(jié)構(gòu),即可以在接收數(shù)據(jù)的同時(shí)發(fā)送數(shù)據(jù),而RS485為半雙工結(jié)構(gòu),在同一時(shí)刻只能接收或發(fā)送數(shù)據(jù)。
RS485總線上也可以掛接多臺(tái)設(shè)備,用于組網(wǎng),實(shí)現(xiàn)點(diǎn)到多點(diǎn)及多點(diǎn)到多點(diǎn)的通信(多點(diǎn)到多點(diǎn)是指總線上所接的所有設(shè)備及上位機(jī)任意兩臺(tái)之間均能通信)。
連接在RS485總線上的設(shè)備也要求具有相同的通信協(xié)議,且地址不能相同。在不通信時(shí),所有的設(shè)備處于-為了抑制干擾,RS485總線常在最后一臺(tái)設(shè)備之后接入一個(gè)120歐的電阻。
很多設(shè)備同時(shí)有RS485接口方式和RS422接口方式,常共用一個(gè)物理接口,見(jiàn)圖1-8-14。圖中,RS485的D+和D-與RS422的T+和T-共用。
(3)RS232/422/485串行通信接口性能比較。
表1-8-2  RS232、RS422、RS-485接口性能比較
接口性能           RS-232     RS422            RS485
操作方式       電平                差分             差分  
最大傳輸速率
最大傳輸距離    20kb/s
(15m)     10Mb/s(12m)1Mb/s(120m)
100kb/s(1200m)    10Mb/s(12m)1Mb/s(120m)
100kb/s(1200m)
驅(qū)動(dòng)器
輸出電壓    無(wú)負(fù)載時(shí)     ±5V~±15V      ±5V            ±5V
    有負(fù)載時(shí)    ±2V            ±1.5V             ±1.5V
驅(qū)動(dòng)器負(fù)載阻抗     3kΩ~7kΩ        100Ω(min  )        54Ω(min)
接收輸入阻抗    3kΩ~7kΩ             4kΩ      12kΩ
接收器靈敏度        ±3V             ±200mV           ±200mV    
工作方式           全雙工             全雙工           半雙工    
連接方式           點(diǎn)到點(diǎn)    點(diǎn)到多點(diǎn)       多點(diǎn)到多點(diǎn)    

(4)USB接口
USB,全稱(chēng)是Universal Serial Bus(通用串行總線),它是在1994年底由康柏、IBM、Microsoft等多家公司聯(lián)合制訂的,但是直到1999年,USB才真正被廣泛應(yīng)用。自從1994年11月11日發(fā)表了USB V0.7以后,USB接口經(jīng)歷了六年的發(fā)展,現(xiàn)在USB已經(jīng)發(fā)展到了2.0版本。USB接口的特點(diǎn)是:
①數(shù)據(jù)傳輸速率高。USB標(biāo)準(zhǔn)接口傳輸速率為12Mbps,最新的USB2.0支持最高速率達(dá)480Mbps。同串行端口比,USB大約快1000倍;同并行端口比,USB端口大約快50%。
②數(shù)據(jù)傳輸可靠。USB總線控制協(xié)議要求在數(shù)據(jù)發(fā)送時(shí)含有3個(gè)描敘數(shù)據(jù)類(lèi)型、發(fā)送方向和終止標(biāo)志、USB設(shè)備地址的數(shù)據(jù)包。USB設(shè)備在發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)支持?jǐn)?shù)據(jù)偵錯(cuò)和糾錯(cuò)功能,增強(qiáng)了數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃浴?br />③同時(shí)掛接多個(gè)USB設(shè)備。USB可通過(guò)菊花鏈的形式同時(shí)掛接多個(gè)USB設(shè)備,理論上可達(dá)127個(gè)。
④USB接口能為設(shè)備供電。USB線纜中包含有兩根電源線及兩根數(shù)據(jù)線。耗電比較少的設(shè)備可以通過(guò)USB口直接取電。可通過(guò)USB口取電的設(shè)備又分低電量模式和高電量模式,前者最大可提供100毫安的電流,而后者則是500毫安。
⑤支持熱插拔。在開(kāi)機(jī)情況下,可以安全地連接或斷開(kāi)設(shè)備,達(dá)到真正的即插即用。
USB還具有一些新的特性,如:實(shí)時(shí)性(可以實(shí)現(xiàn)和一個(gè)設(shè)備之間有效的實(shí)時(shí)通信)、動(dòng)態(tài)性(可以實(shí)現(xiàn)接口間的動(dòng)態(tài)切換)、聯(lián)合性(不同的而又有相近的特性的接口可以聯(lián)合起來(lái))、多能性(各個(gè)不同的接口可以使用不同的供電模式)。
二、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)和TCP/IP協(xié)議
(一)OSI模型
OSI(OSI-Open System Interconnection)開(kāi)放系統(tǒng)互聯(lián)參考模型是為不同開(kāi)放系統(tǒng)的應(yīng)用進(jìn)程之間進(jìn)行通信所定義的標(biāo)準(zhǔn)。OSI包含兩部分:    ISO/OSI/RM (ISO7498)、服務(wù)與協(xié)議。 OSI參考模型將整個(gè)網(wǎng)絡(luò)分為七層。
(1)物理層是OSI參考模型的最低層,與傳輸媒體直接相連,主要作用是建立、保持和斷開(kāi)物理連接,以確保二進(jìn)制比特流的正確傳輸。物理層協(xié)議規(guī)定了數(shù)據(jù)終端設(shè)備(DTE)與數(shù)據(jù)通訊設(shè)備(DCE)之間的接口標(biāo)準(zhǔn)。規(guī)定了接口的4個(gè)特性:機(jī)械特性、電器特性、功能特性和規(guī)程特性。這里的DTE(Data Terminal Equipment)數(shù)據(jù)終端設(shè)備是具有一定數(shù)據(jù)處理能力和數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)能力的設(shè)備,DCE(Data Circuit-Terminal Equipment)數(shù)據(jù)鏈路端接設(shè)備(通信設(shè)備)的作用是在DTE和傳輸線路之間提供信號(hào)變換和編碼的功能。物理層協(xié)議包括RS-232、RS-449、V.24、V.35、X.21等。
(2)數(shù)據(jù)鏈路層是OSI參考模型的第二層,主要負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)鏈路的建立、維持和拆除,確保在一段物理鏈路上數(shù)據(jù)幀的正確傳輸。
(3)網(wǎng)絡(luò)層是OSI模型的第三層,又叫通信子網(wǎng)層,主要用于控制通信子網(wǎng)的運(yùn)行。網(wǎng)絡(luò)層主要作用是將從高層傳送下來(lái)的數(shù)據(jù)分組打包,再進(jìn)行必要的路由選擇、流量控制、差錯(cuò)控制、順序檢測(cè)等處理,使數(shù)據(jù)正確無(wú)誤地傳送到目的端。網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議包括IP、RARP、ARP(TCP/IP)、IPX、DECNET、AppleTalk、X.25等。
(4)傳輸層(Transport Layer)位于資源子網(wǎng)和通信子網(wǎng)之間,是通信子網(wǎng)和資源子網(wǎng)的橋梁。傳輸層的主要作用是為利用通信子網(wǎng)進(jìn)行通信的兩個(gè)主機(jī),提供端到端的可靠的、透明的通信服務(wù)。它與應(yīng)用進(jìn)程相關(guān)。TCP、UDP是傳輸層協(xié)議。
(5)第五、六、七層是面向信息處理的高層協(xié)議。會(huì)話層的主要作用是組織并協(xié)商兩個(gè)應(yīng)用進(jìn)程之間的會(huì)話,并管理它們之間的數(shù)據(jù)交換。表示層解決用戶(hù)信息的語(yǔ)法表示問(wèn)題,主要目的是使數(shù)據(jù)保持原來(lái)的含義。應(yīng)用層是OSI模型的最高層,是唯一直接向應(yīng)用程序提供服務(wù)的一層,它直接面向用戶(hù),以滿足用戶(hù)的不同需求。