一、 前言

串口，原名叫做串行接口（Serial Interface），別名叫COM口（串行通訊端口( cluster communication port )）。憑借接口簡(jiǎn)單，控制靈活，占用資源少等優(yōu)點(diǎn)，在嵌入式領(lǐng)域被廣泛使用。甚至?xí)泻芏鄰脑O(shè)備都通過(guò)串行接口與主機(jī)進(jìn)行通信，如GPRS MODEM，GPS芯片，各種模塊。開(kāi)發(fā)人員常常面臨嵌入式系統(tǒng)中主機(jī)串行通信接口不足的問(wèn)題，市面上針對(duì)這種需求衍生出幾種方案。對(duì)比過(guò)后，我們自己也推出了高性?xún)r(jià)比的方案。

二、 方案對(duì)比

一些芯片廠商推出了擴(kuò)展串口芯片，如著名品牌TI就推出了TL16C554系列，為開(kāi)微電子WK2124系列，南京沁恒CH344系列。本人工作過(guò)的某大廠曾經(jīng)用FPGA(CPLD)來(lái)擴(kuò)展串口，門(mén)檻略高。還有用軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)的做法，目前我們就選擇這種方式，推出了獨(dú)立功能的模塊（PL731）。
目前用芯片擴(kuò)展，研發(fā)自行用軟件擴(kuò)展是主流，一個(gè)是硬件實(shí)現(xiàn)，一個(gè)是軟件實(shí)現(xiàn)。按接口分，有的芯片使用SPI或I2C轉(zhuǎn)串口(WK2124)，有的芯片使用USB轉(zhuǎn)串口(CH344)。

2.1 SPI擴(kuò)展串口芯片

SPI擴(kuò)展芯片最高速度支持 10M bit/s，支持最長(zhǎng)256字節(jié)連續(xù)收發(fā)，每個(gè)子通道UART的波特率，字長(zhǎng)，校驗(yàn)格式可以獨(dú)立設(shè)置，最高提供 2Mbps的通信速率。下圖是其中一款芯片的pin腳說(shuō)明，可以看出芯片提供了SPI接口，4路TTL電平的UART接口，還有電源，復(fù)位，中斷，晶振接口。根據(jù)芯片介紹，該款芯片具有低功耗，精簡(jiǎn)的配置寄存器和控制字，操作簡(jiǎn)單等特性，提供工業(yè)級(jí)芯片。

SPI擴(kuò)展串口芯片pin腳說(shuō)明

2.2 USB擴(kuò)展串口芯片

南京沁恒推出多款USB擴(kuò)展串口芯片，覆蓋1USB接口轉(zhuǎn)2口、4口、8口串行接口。與CH340系列需要專(zhuān)有驅(qū)動(dòng)不同，擴(kuò)展串口系列芯片模擬為USB CDC設(shè)備。用戶(hù)亦可選擇安裝廠家提供的VCP驅(qū)動(dòng)，以支持更高級(jí)功能。高端系列芯片USB接口支持480MHz，串口最高速率達(dá)到 6Mbps。以下是該芯片的官方介紹：

CH344芯片介紹

2.3 軟件擴(kuò)展串口模塊

我們與許多嵌入式開(kāi)發(fā)人員一樣，項(xiàng)目中有擴(kuò)展串口的需求，在使用過(guò)第三方擴(kuò)展芯片后，嘗試自己使用軟件實(shí)現(xiàn)。經(jīng)過(guò)多個(gè)項(xiàng)目驗(yàn)證成功后，我們把該功能獨(dú)立出來(lái)，做成模塊，提供給有類(lèi)似需求的同行。
與沁恒CH344系列芯片類(lèi)似，PL731串口擴(kuò)展模塊使用USB轉(zhuǎn)多路串口的方案，在系統(tǒng)中模擬為USB CDC設(shè)備，windows 10以上自帶驅(qū)動(dòng)，Linux 內(nèi)核自帶驅(qū)動(dòng)和源碼。應(yīng)用層開(kāi)發(fā)跟普通串口沒(méi)有差異，使用非常簡(jiǎn)單。模塊通過(guò)軟件模擬，實(shí)現(xiàn)1個(gè)USB接口擴(kuò)展7個(gè)TTL電平串口，每個(gè)串口還帶RS485發(fā)送使能控制pin腳，非常適用于Modbus應(yīng)用，是一個(gè)低成本高性?xún)r(jià)比的方案。

USB轉(zhuǎn)7路串口方案圖

PL731 模塊特性：

• 12 Mbps全速USB 2.0設(shè)備接口，模塊封裝，硬件只需要連接USB和TTL串口。
• 4個(gè)標(biāo)準(zhǔn)串口，最高波特率3M bps；3個(gè)模擬串口，最高波特率115200 bps。
• Windows 10以上操作系統(tǒng)內(nèi)置驅(qū)動(dòng)，Linux內(nèi)核自帶USB CDC驅(qū)動(dòng)。
• 硬件全雙工串口，支持TTL電平，支持硬件外加電平轉(zhuǎn)換RS232或RS485。
• 串口支持1個(gè)起始位，8個(gè)數(shù)據(jù)位，1-2個(gè)停止位，奇偶校驗(yàn)。
• 每個(gè)串口內(nèi)置1024字節(jié)的接收FIFO，512字節(jié)的發(fā)送FIFO。
• 不支持硬件流控。支持基于FIFO的發(fā)送方向軟件流控。
• 支持半雙工，提供串口正在發(fā)送狀態(tài)指示TNOW，可用于控制RS485收發(fā)切換。
• 串口接收信號(hào)允許波特率誤差2%，發(fā)送信號(hào)波特率誤差<1.2%。
• 提供7路串口打開(kāi)關(guān)閉狀態(tài)指示GPIO(LEDx)。
• 支持批量芯片VID、PID、產(chǎn)品信息以及廠商信息等參數(shù)定制服務(wù)。
• 通過(guò)USB接口供電（DC 5V）。
• 超小體積嵌入式封裝，郵票孔接口。
• 溫度范圍：-40℃～85℃（工業(yè)級(jí)）。

三、總結(jié)

專(zhuān)用芯片實(shí)現(xiàn)串口擴(kuò)展可靠性比較高，軟件實(shí)現(xiàn)主打高性?xún)r(jià)比。選用SPI還是USB接口主要看項(xiàng)目硬件方案和研發(fā)人員技術(shù)傾向。