직렬 포트
Serial port컴퓨팅에서 직렬 포트는 정보가 한 번에 한 비트씩 순차적으로 들어오고 나가는 시리얼 통신 인터페이스다.[1]이는 병렬로 여러 비트를 동시에 통신하는 병렬 포트와는 대조적이다.개인용 컴퓨터의 역사 대부분에 걸쳐 데이터는 직렬 포트를 통해 모뎀, 단말기, 각종 주변기기, 컴퓨터 간 직접 등으로 전송되었다.
이더넷, FireWire, USB와 같은 인터페이스도 직렬 스트림으로 데이터를 전송하지만, 직렬 포트라는 용어는 일반적으로 RS-485 또는 RS-422와 같은 RS-232 또는 관련 표준을 준수하는 하드웨어를 가리킨다.
현대의 소비자 개인용 컴퓨터(PC)는 직렬 포트를 주로 USB와 같은 고속 표준으로 대체했다.그러나 직렬 포트는 산업 자동화 시스템, 과학 기기, 판매 시점 시스템 및 일부 산업 및 소비자 제품과 같이 단순하고 저속 인터페이스를 요구하는 애플리케이션에서 여전히 자주 사용된다.
서버 시스템은 직렬 포트를 진단용 제어 콘솔로 사용할 수 있는 반면, 네트워킹 하드웨어(라우터 및 스위치 등)는 일반적으로 구성, 진단 및 비상 유지 관리 액세스에 직렬 콘솔 포트를 사용한다.이러한 기기들과 다른 기기들과 인터페이스하기 위해 USB 대 직렬 변환기는 최신 PC에 직렬 포트를 빠르고 쉽게 추가할 수 있다.
하드웨어
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현대의 장치들은 직렬 포트를 구현하기 위해 UART라고 불리는 집적 회로를 사용한다.이 IC는 비동기 시리얼 폼에서 문자를 변환하여 하드웨어의 시리얼 프로토콜에 의해 지정된 데이터의 타이밍과 프레임을 구현한다.IBM PC는 하나 이상의 UART로 직렬 포트를 구현한다.
일부 초기 가정용 컴퓨터와 같은 매우 저렴한 시스템은 대신 CPU를 사용하여 비트 뱅킹 기술을 사용하여 출력 핀을 통해 데이터를 전송할 것이다.이러한 초기 가정용 컴퓨터에는 종종 핀아웃과 전압 레벨이 RS-232와 호환되지 않는 독점적인 직렬 포트가 있었다.
대규모 통합(LSI)이 UART를 공통으로 만들기 전에는 메인프레임과 미니컴퓨터에 직렬 포트가 보편적으로 사용되었는데, 여기에는 시프트 레지스터, 로직 게이트, 카운터 및 기타 필요한 모든 로직을 구현하기 위한 여러 개의 소형 집적 회로가 있을 것이다.PC가 진화함에 따라 슈퍼 I/O 칩에 직렬 포트가 포함되었고 그 다음 칩셋에 포함되었다.
DTE와 DCE
직렬 포트의 개별 신호는 단방향이며, 두 장치를 연결할 때는 한 장치의 출력을 다른 장치의 입력에 연결해야 한다.장치는 데이터 단말 장비(DTE)와 데이터 회로 차단 장비(DCE)의 두 가지 범주로 나뉜다.DTE 장치의 출력인 라인은 DCE 장치의 입력이며 그 반대의 경우도 마찬가지여서 DCE 장치는 직선 케이블로 DTE 장치에 연결될 수 있으며, 한쪽 끝의 각 핀이 다른 쪽 끝의 동일한 번호의 핀으로 간다.
일반적으로 컴퓨터와 단말기는 DTE인 반면 모뎀과 같은 주변기기는 DCE이다.두 개의 DTE(또는 DCE) 장치를 함께 연결해야 하는 경우 크로스오버, 롤오버 또는 Null 모뎀 케이블로 알려진 TX 및 RX 회선이 반전된 케이블을 사용해야 한다.
성별
일반적으로 직렬 포트 커넥터는 gender로 되어 있어 커넥터와 성별이 다른 커넥터만 결합할 수 있다.D-보조 커넥터로 수 커넥터에는 돌출된 핀이 있고 암 커넥터에는 그에 상응하는 둥근 소켓이 있다.[2]두 가지 유형의 커넥터는 장비나 패널에 장착하거나 케이블을 종료할 수 있다.
DTE에 장착된 커넥터는 수성 커넥터일 가능성이 높고 DCE에 장착된 커넥터는 암 커넥터일 가능성이 높다(케이블 커넥터는 반대).그러나 이는 보편적인 것과는 거리가 멀다. 예를 들어 대부분의 직렬 프린터는 DB25 커넥터가 여성용이지만 DTE이다.[3]이러한 상황에서 케이블의 적절한 gendered 커넥터 또는 성별 변경기를 사용하여 불일치를 해결할 수 있다.
커넥터
원래의 RS-232 표준에 명시된 유일한 커넥터는 25핀 D-보조소형이었지만, 다른 이유들 중에서도 많은 다른 커넥터들은 비용을 절약하거나 물리적 공간을 절약하기 위해 사용되어 왔다.특히 표준으로 정의한 20개의 신호를 모두 사용하지 않는 기기가 많아 핀이 적은 커넥터가 많이 사용된다.구체적인 예를 따르는 동안, RS-232 연결에는 수많은 다른 커넥터가 사용되어 왔다.
9핀 DE-9 커넥터는 PC-AT용 직렬/병렬 어댑터 옵션 이후 대부분의 IBM 호환 PC에서 사용되어 왔으며, 9핀 커넥터가 동일한 카드에 직렬 및 병렬 포트를 장착할 수 있도록 허용하였다.[4]이 커넥터는 RS-232에 대해 TIA-574로 표준화되었다.
일부 소형 전자제품, 특히 그래프로 계산기와[5] 핸드헬드 아마추어 및 양방향 무선 장비에는 전화 커넥터를 사용하는 직렬 포트가 있으며, 일반적으로 소형 2.5mm 또는 3.5mm 커넥터와 가장 기본적인 3-와이어 인터페이스인 전송, 수신 및 접지가 있다.[6]
8P8C 커넥터는 많은 장치에서도 사용된다.EIA/TIA-561 표준은 이 커넥터를 사용하여 핀아웃을 정의하며, 롤오버 케이블(또는 Yost 표준)은 Cisco 시스템s의 장비와 같은 Unix 컴퓨터와 네트워크 장치에서 일반적으로 사용된다.[7]
Macintosh의 많은 모델들은 관련 RS-422 표준을 선호하며, 대부분 원형 미니 DIN 커넥터를 사용한다.매킨토시에는 프린터와 모뎀 연결을 위한 두 개의 표준 포트 세트가 포함되었지만, 일부 PowerBook 노트북은 공간을 절약하기 위해 하나의 결합 포트만 가지고 있었다.[8]
10P10C 커넥터는 일부 장치에서 찾을 수 있다.[9]
또 다른 일반적인 커넥터는 마더보드와 추가 카드에서 공통적으로 사용되는 10 × 2 핀 헤더로, 일반적으로 리본 케이블을 통해 보다 표준적인 9핀 DE-9 커넥터(그리고 종종 자유 슬롯 플레이트 또는 하우징의 다른 부분에 장착됨)로 변환된다.[10]
하드웨어 추상화
운영 체제는 일반적으로 프로그램이 하드웨어 주소로 이들을 참조하도록 요구하는 것이 아니라 컴퓨터의 직렬 포트에 대한 상징적인 이름을 만든다.
Unix와 유사한 운영 체제에서는 일반적으로 직렬 포트 디바이스에 레이블을 지정함/dev/tty*.TTY는 초기 컴퓨터의 직렬 포트에 일반적으로 부착되는 장치인 텔레타입의 일반적인 상표 없는 약어로 *는 특정 포트를 식별하는 문자열을 나타낸다. 그 문자열의 구문은 운영 체제와 장치에 따라 다르다.Linux에서 8250/16550 UART 하드웨어 직렬 포트의 이름은 /dev/ttyS*이고, USB 어댑터는 /dev/tty로 표시됨USB* 및 다양한 유형의 가상 직렬 포트의 이름이 tty로 시작하는 것은 아니다.
DOS 및 Windows 환경은 직렬 포트를 COM 포트(COM1, COM2, 등)라고 한다.[11]
직렬 포트에 대한 일반 애플리케이션
이 목록에는 PC의 직렬 포트에 연결된 몇 가지 일반적인 장치가 포함되어 있다.모뎀이나 직렬 마우스와 같은 이 중 일부는 사용하지 않는 반면 다른 것들은 쉽게 사용할 수 있다.직렬 포트는 대부분의 유형의 마이크로컨트롤러에서 매우 흔하며, PC 또는 다른 직렬 장치와 통신하는 데 사용할 수 있다.
- 전화 접속 모뎀
- 라우터, 스위치, 방화벽, 로드 밸런서와 같은 네트워킹 장비의 구성 및 관리
- GPS 수신기(일반적으로 NMEA 0183(초 4,800비트/초)
- 바코드 스캐너 및 기타 판매 지점 장치
- LED 및 LCD 텍스트 디스플레이
- 위성 전화, 저속 위성 모뎀 및 기타 위성 기반 송수신기 장치
- 외부 컴퓨터, 기타 AV 구성 요소 또는 리모컨으로 화면 기능을 제어하는 평면 디스플레이
- 디지털 멀티미터 및 계량 시스템과 같은 테스트 및 측정 장비
- 다양한 소비자 장치의 펌웨어 업데이트
- CNC 컨트롤러
- 무정전 전원 공급 장치 관리 및 상태 보고
- 속기 또는 스테노타이프 기계
- 보조 컴퓨터에서 실행되는 소프트웨어 디버거
- 산업현장버스
- 프린터
- 컴퓨터 단말기, 텔레타이프
- 네트워킹 (230.4 kbit/s에서 RS-422를 사용하는 Macintosh AppleTalk)
- 직렬 마우스
직렬 포트의 제어 신호는 디지털 신호에 의해 구동될 수 있기 때문에, 일부 애플리케이션은 직렬 포트의 제어 라인을 사용하여 직렬 데이터를 교환하지 않고 외부 장치를 모니터했다.이 원칙의 일반적인 상업적 적용은 전원 상실, 배터리 부족 및 기타 상태 정보를 신호하기 위해 제어 라인을 사용한 무정전 전원 공급기의 일부 모델에 대한 것이었다.최소한 일부 Morse 코드 교육 소프트웨어는 실제 코드 사용을 시뮬레이션하기 위해 직렬 포트에 연결된 코드 키를 사용했으며, 직렬 포트의 상태 비트는 매우 빠르고 예측 가능한 시간에 샘플링될 수 있어 소프트웨어가 Morse 코드를 해독하는 것이 가능했다.
설정
비트 전송률(비트/s) | 비트당 시간(μs) | Windows 미리 정의된 직렬 포트 속도[12][13] | 공통 애플리케이션 |
---|---|---|---|
75 | 13333.3 | 네 | |
110 | 9090.9 | 네 | 벨 101 모뎀 |
134.5 | 7434.9 | 네 | |
150 | 6666.6 | 네 | |
300 | 3333.3 | 네 | Bell 103 모뎀 또는 V.21 모뎀 |
600 | 1666.7 | 네 | |
1,200 | 833.3 | 네 | 벨 202, 벨 212A 또는 V.22 모뎀 |
1,800 | 555.6 | 네 | |
2,400 | 416.7 | 네 | V.22bis 모뎀 |
4,800 | 208.3 | 네 | V.27터 모뎀 |
7,200 | 138.9 | 네 | |
9,600 | 104.2 | 네 | V.32 모뎀 |
14,400 | 69.4 | 네 | V.32bis 모뎀 |
19,200 | 52.1 | 네 | |
31,250 | 32 | 아니요. | MIDI 포트 |
38,400 | 26.0 | 네 | |
56,000 | 17.9 | 네 | V.90/V.92 모뎀 |
57,600 | 17.4 | 네 | V.42bis 압축 기능이 있는 V.32bis 모뎀 |
76,800 | 13.0 | 아니요. | BACnet MS/TP 네트워크[14] |
115,200 | 8.68 | 네 | V.42bis 압축을 사용하는 V.34 모뎀, V.42bis 또는 V.44 압축을 사용하는 저비용 직렬 V.90/V.92 모뎀 |
128,000 | 7.81 | 네 | 기본 속도 인터페이스 ISDN 단말 어댑터 |
230,400 | 4.34 | 아니요. | LocalTalk, V.42bis 또는 V.44 압축을[15][16] 지원하는 하이엔드 직렬 V.90/V.92 모뎀 |
250,000 | 4.0 | 아니요. | DMX512, 무대 조명 및 효과 네트워크 |
256,000 | 3.91 | 네 |
직렬 표준은 다른 작동 조건을 설명하기 위해 프로토콜의 조정뿐만 아니라 많은 다른 작동 속도를 제공한다.가장 잘 알려진 옵션은 속도, 문자당 데이터 비트 수, 패리티, 문자당 정지 비트 수입니다.
UART 집적회로를 사용하는 현대식 직렬 포트에서는 이 모든 설정을 소프트웨어로 제어할 수 있다.1980년대와 그 이전의 하드웨어는 회로 기판에 스위치나 점퍼를 설치해야 할 수 있다.
PC에 연결되도록 설계된 직렬 포트의 구성은 사실상의 표준이 되었으며, 일반적으로 9600/8-N-1로 명시되어 있다.
속도
직렬 포트는 2-레벨(이진) 신호를 사용하기 때문에 초당 비트 전송률은 보드의 기호 전송률과 동일하다.표준 속도 시리즈는 전자기계 텔레프린터 속도의 배수에 기초한다. 일부 직렬 포트는 많은 임의 속도를 선택할 수 있도록 허용하지만, 연결의 양쪽의 속도는 일치해야 한다. 그렇지 않으면 데이터는 횡설수설로 수신될 것이다.
비트 전송률을 설정하는 기능이 작동 중인 연결이 발생한다는 것을 의미하지는 않는다.모든 직렬 포트에서 모든 비트 전송률이 가능한 것은 아니다.계측기 제어를 위한 MIDI와 같은 일부 특수 목적 프로토콜은 텔레프린터 표준 이외의 직렬 데이터 속도를 사용한다.일부 직렬 포트 구현에서는 연결된 장치가 전송하는 내용을 관찰하고 비트 전송률을 동기화하여 비트 전송률을 자동으로 선택할 수 있다.
총 속도는 프레임(정지 비트, 패리티 등)을 위한 비트를 포함하므로 유효 데이터 전송률은 비트 전송률보다 낮다.예를 들어 8-N-1 문자 프레임에서는 비트의 80%만 데이터에 사용할 수 있으며, 8비트 데이터마다 2개의 프레임 비트가 더 전송된다.
일반적으로 지원되는 비트 전송률은 75, 110, 300, 1200, 2400, 4800, 9600, 19200, 38400, 57600 및 115200비트/s이다.[13]이러한 "일반적인" 모뎀 보레이트는 0.9kbps(예: 19200, 38400, 76800) 또는 1.2kbps(예: 57600, 115200)의 배수량이다.[17]
주파수가 1.843200MHz인 크리스털 오실레이터는 이를 위해 특별히 판매된다.이는 가장 빠른 비트 전송률의 16배에 달하며, 직렬 포트 회로는 필요에 따라 이를 낮은 주파수로 쉽게 나눌 수 있다.
데이터 비트
각 문자의 데이터 비트 수는 5개(Baudot code의 경우), 6개(Rarly used), 7개(true ASCII의 경우), 8개(이 크기가 바이트 크기와 일치하므로 대부분의 데이터 종류에 대해), 9개(Rarly used)가 될 수 있다.8개의 데이터 비트는 거의 일반적으로 새로운 애플리케이션에서 사용된다.일반적으로 5~7비트는 텔레프린터와 같은 오래된 장비에서만 의미가 있다.
대부분의 직렬 통신 설계는 각 바이트 LSB(최소 중요 비트) 내의 데이터 비트를 먼저 전송한다.이 표준은 "리틀 엔디안"이라고도 한다.
또한 "빅 엔디안" 또는 MSB(가장 중요한 비트)를 먼저 사용할 수도 있지만 거의 사용되지 않는다. 예를 들어, IBM 2741 인쇄 터미널에서 사용하였다.
비트 순서는 일반적으로 직렬 포트 인터페이스 내에서 구성할 수 없지만 호스트 시스템에 의해 정의된다.로컬 디폴트와 다른 비트 순서가 필요한 시스템과 통신하기 위해 로컬 소프트웨어는 전송 직전과 수신 직후에 각 바이트 내에서 비트를 다시 정렬할 수 있다.
패리티
패리티는 전송 오류를 검출하는 방법이다.패리티를 직렬 포트와 함께 사용할 경우, 패리티 비트를 포함한 각 문자의 1비트 수가 항상 홀수 또는 짝수이도록 배열된 각 데이터 문자와 함께 추가 데이터 비트가 전송된다.바이트가 1s의 잘못된 숫자로 수신되면, 바이트가 손상되었을 것이다.그러나 짝수의 오류가 패리티 검사를 통과할 수 있다.
전자 기계식 텔레프린터는 수신 데이터에 패리티 오류가 있을 때 특수 문자를 출력해 라인 노이즈에 의해 손상된 메시지를 검출할 수 있도록 배치했다.단일 패리티 비트는 각 문자에 대한 오류 수정의 구현을 허용하지 않으며, 직렬 데이터 링크 상에서 동작하는 통신 프로토콜은 데이터 유효성을 보장하고 잘못 수신된 데이터의 재전송을 요청하는 보다 높은 수준의 메커니즘을 갖게 될 것이다.
각 문자의 패리티 비트는 다음 중 하나로 설정할 수 있다.
- 없음(N)은 패리티 비트가 전혀 전송되지 않음을 의미한다.
- 홀수(O)는 패리티 비트가 "논리적 비트"의 수가 홀수여야 함을 의미한다.
- 짝수 (E)는 패리티 비트가 "논리적 비트"의 수가 짝수여야 함을 의미한다.
- 마크(M) 패리티는 패리티 비트가 항상 마크 신호 조건(논리적 1)으로 설정되어 있음을 의미한다.
- 공간(S) 패리티는 항상 공간 신호 조건(논리적 0)에서 패리티 비트를 전송한다.
어떤 형태의 어드레싱이나 특수 신호에 대해 마지막 비트(보통 9번째)를 사용하는 흔하지 않은 애플리케이션 외에, 오류 감지 정보를 추가하지 않기 때문에 마크나 공간 패리티는 흔하지 않다.
홀수 패리티는 각 문자에서 적어도 하나의 상태 전환이 발생하도록 보장하므로 직렬 포트 속도 불일치로 인해 발생할 수 있는 오류와 같은 오류를 감지하는 데 더 신뢰성이 높기 때문에 짝수 패리티보다 더 유용하다.그러나 가장 일반적인 패리티 설정은 "없음"이며, 오류 감지는 통신 프로토콜에 의해 처리된다.
정지 비트
모든 문자의 끝에 전송되는 정지 비트는 수신 신호 하드웨어가 문자의 끝을 감지하고 문자 스트림과 다시 동기화하도록 허용한다.전자 장치들은 보통 하나의 정지 비트를 사용한다.느린 전자기계 텔레프린터를 사용할 경우 1과 1/2 또는 2개의 정지 비트가 필요하다.
재래식 표기법
데이터/패리티/정지(D/P/S) 재래식 표기법은 직렬 연결의 프레임을 명시한다.마이크로컴퓨터의 가장 일반적인 용도는 8/N/1(8N1)이다.이것은 8개의 데이터 비트, 패리티 없음, 1개의 정지 비트를 지정한다.이 표기법에서 패리티 비트는 데이터 비트에 포함되지 않는다. 7/E/1 (7E1)은 짝수 패리티 비트가 7 데이터 비트에 추가되어 시작 비트와 정지 비트 사이의 총 8비트가 된다.7/E/1 스트림의 수신기가 8/N/1 스트림을 예상하는 경우, 가능한 바이트의 절반은 높은 비트 세트로 해석된다.
흐름 제어
흐름 제어는 송신기가 수신자가 데이터를 처리할 수 있는 것보다 더 빨리 데이터를 전송할 수 있는 상황에서 사용된다.이에 대처하기 위해 직렬 회선은 대개 하드웨어와 소프트웨어 핸드셰이킹으로 구분되는 핸드셰이킹 방법을 통합하는 경우가 많다.
하드웨어 핸드셰이킹은 추가 신호, 흔히 RS-232 RTS/CTS 또는 DTR/DSR 신호 회로로 이루어진다.일반적으로 RTS와 CTS는 데이터 흐름을 제어하기 위해 대체 끝에서 꺼졌다 켜졌다 켜졌다 한다(예: 버퍼가 거의 찼을 때).DTR과 DSR은 대개 항상 켜지며, RS-232 표준과 그 후속 장치에 따라 다른 장비가 실제로 존재하고 전원이 켜졌다는 신호를 각 끝에서 보내는 데 사용된다.그러나 제조업체는 수년간 표준에 비표준 변형을 구현하는 많은 장치를 구축했다. 예를 들어, DTR을 흐름 제어로 사용하는 프린터와 같다.
소프트웨어 핸드셰이킹은 예를 들어 데이터 흐름을 제어하는 ASCII 제어 문자 XON/XOFF로 이루어진다.XON과 XOFF 문자는 수신자가 송신자에게 전송하여 송신자가 데이터를 송신할 때, 즉, 이 문자는 송신되는 데이터와 반대 방향으로 간다.회로는 "송부 허용" 상태에서 시작한다.수신기의 버퍼 용량이 접근하면 수신기는 XOFF 문자를 보내 송신자에게 데이터 전송을 중지하도록 지시한다.이후 수신기가 버퍼 비운 후 XON 문자를 보내 송신자에게 전송을 재개하라고 알려준다.데이터와 동일한 채널을 통해 제어 정보가 전송되는 인밴드 신호의 예다.
하드웨어 핸드셰이킹의 장점은 매우 빠를 수 있다는 것, 전송된 데이터에 ASCII와 같은 특별한 의미를 부여하지 않는다는 것, 그리고 상태 비저장이라는 것이다.하드웨어와 케이블이 더 필요하다는 단점이 있으며, 양끝에서 호환이 가능해야 한다.
소프트웨어 핸드셰이킹의 장점은 하드웨어 핸드셰이킹 회로와 케이블이 없거나 호환되지 않는 상태에서 할 수 있다는 것이다.모든 대역 내 제어 신호에 공통적인 단점은 a) 제어 메시지가 차단되어도 통과하도록 하는 데 있어 복잡성을 야기하고, b) 데이터를 제어 신호로 결코 오인할 수 없다는 점이다.전자는 일반적으로 운영 체제나 장치 드라이버에 의해 처리되며, 후자는 제어 코드가 (예: Kermit 프로토콜에서) "탈출"되거나 (ANSI 터미널 제어에서와 같은) 설계에 의해 누락되도록 보장함으로써 처리된다.
핸드셰이킹을 사용하지 않는 경우 오버런 수신기는 송신기로부터 데이터를 수신하지 못할 수 있다.이를 방지하기 위한 접근법에는 수신기가 항상 따라잡을 수 있도록 연결 속도 감소, 장기간 평균을 유지할 수 있도록 버퍼 크기 증가, 시간 소모적인 작업 후 지연 사용(예: termcap) 또는 손상된 데이터를 재전송하는 메커니즘(예: TCP)이 포함된다.
참고 항목
- 블루투스 프로필 목록 § 직렬 포트 프로필(SPP)
- 직렬 over LAN – IP를 통해 관리되는 시스템의 직렬 포트를 리디렉션할 수 있는 메커니즘
- 텔레프린터
- 가상 COM 포트 – 직렬 포트의 소프트웨어 표현
참조
- ^ Beal, Vangie (September 1996). "Serial Port Definition & Meaning". Webopedia. Retrieved 2021-03-08.
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- ^ "SX1272/73 - 860 MHz to 1020 MHz Low Power Long Range Transceiver Datasheet" (PDF). Semtech. January 2019.
추가 읽기
- 직렬 포트 완료: COM 포트, USB 가상 COM 포트 및 임베디드 시스템용 포트, 2판, 얀 액셀슨, 레이크뷰 리서치, 380페이지, 2007; ISBN 978-1-931-44806-2.
외부 링크
![]() | 위키북스는 '프로그래밍:직렬 데이터 통신 |
Wikimedia Commons의 직렬 포트 관련 미디어
- RS-232 및 기타 직렬 포트 핀아웃 목록
- 25핀 남성 직렬 포트가 표시된 오래된 데스크톱 컴퓨터의 뒷면.