为什么要做USB转多路UART项目

为什么要做USB转多路UART项目 - 技术角度

前言

之前专门为USB转多路UART项目写了个序，提到了技术方案原因，这个文章打算展开讲一下。

一、工业物联网关

最初是因为有个工业物联网关的项目，需要出多路RS485接口，每路外接几十个三相电表PLC之类的电力电子设备。其中一款需要8个串口，于是用USB外扩了6个，加上CPU自带的2个串口凑够8路。CPU原生的串口用来做TTL串口没问题，但是支持RS485就感觉差点意思了。
RS485是差分信号，半双工。需要有个专门的GPIO控制当前是Tx还是Rx，一般做法是保持Rx模式，有数据发送就拉GPIO进入Tx模式，数据发送完毕就拉回Rx模式，与Modbus协议结合完美。官方SDK的代码里是用udelay来控制gpio上下拉的时间的，代码如下方所示。linux kernel 中，udelay 就是个忙循环，精度其实也不准确。串口网关就是串口业务跑满的，猜想一下，CPU 4个串口跑满，udelay被频繁调用，有点酸爽。而且，发送完成切回Rx模式时间上有点误差。因为用DMA方式发送，DMA发送完成中断产生时，实际上最后一个字节还在CPU串口模块的寄存中，未真正发送完成，只是DMA传输完成。所以要调用这个udelay，时间长短要实测才准确，要更精确还要看波特率。
所以应当像MCU那样，注册串口发送完成中断，直接在中断里拉RS485的GPIO是最准确，最快速的。不知道为什么这个CPU（或者是SDK）不采用这种方式。

static int ms_uart_rs485_gpio(struct serial_rs485 *rs485,bool send)
{UART_DBG("delay:%d,%d\n",rs485->delay_rts_before_send,rs485->delay_rts_after_send);if ((rs485->flags & SER_RS485_ENABLED) && send){if(rs485->delay_rts_before_send)udelay(rs485->delay_rts_before_send);if(rs485->flags&SER_RS485_RTS_ON_SEND){gpio_set_value(rs485->padding[0],1);UART_DBG("wend set higt\n");}else{gpio_set_value(rs485->padding[0],0);UART_DBG("send set low\n");}}else if ((rs485->flags & SER_RS485_ENABLED) && !send) {if(rs485->delay_rts_after_send)udelay(rs485->delay_rts_after_send);if(rs485->flags&SER_RS485_RTS_AFTER_SEND){gpio_set_value(rs485->padding[0],1);UART_DBG("after set higt\n");}else{gpio_set_value(rs485->padding[0],0);UART_DBG("after set low\n");}}return 0;
}

二、技术方案

在CPU原生串口不够用的时候，大家一般用USB或者SPI来扩展串口，用SPI扩展的话就需要修改linux驱动。有朋友用过，他们选用SPI的方式是觉得USB不稳定，容易掉线。从我个人经历，以前做过电话网关项目，USB方式是有出现过掉线的问题，其实是USB HUB 芯片引起的，直连或者换个好点的USB HUB 芯片就不会有这个问题。

SPI转串口芯片方案图

USB转串口芯片方案图

从成本来考虑，两种扩展方式都添加外围芯片和电路，成本差不多。如果需要更多串口的话，USB方式可能还要多一个USB HUB 芯片，成本更高。SPI可能需要更多片选 GPIO，每增加一路可能就得改一次驱动代码。

三、USB 扩展方式

我们自己选用USB扩展方式。实测不经过USB HUB芯片不会有掉线问题，买个好点的USB HUB芯片也不会有掉线问题。而且就算掉线，USB也会重连，软件上处理一下即可（在另外的文章有写）。
USB 方式一般扩展为USB CDC设备，windows 10以上和linux系统都自带驱动，嵌入式linux 在menuconfig 配置里面添加上就可以。在应用层直接就是个标准串口设备文件，应用层软件不用修改，像使用普通串口一样。