Puerto serie

Las señales individuales en un puerto serie son unidireccionales y, al conectar dos dispositivos, las salidas de uno deben conectarse a las entradas del otro. Los dispositivos se dividen en dos categorías: equipos terminales de datos (DTE) y equipos de terminación de circuitos de datos (DCE). Una línea que es una salida en un dispositivo DTE es una entrada en un dispositivo DCE y viceversa; por lo tanto, un dispositivo DCE se puede conectar a un dispositivo DTE con un cable directo, en el que cada pin de un extremo se conecta al pin del mismo número en el otro extremo.

Por convención, los ordenadores y terminales son DTE, mientras que los periféricos como los módems son DCE. Si es necesario conectar dos dispositivos DTE (o DCE), se debe utilizar un cable con las líneas TX y RX invertidas, conocido como cable cruzado , de inversión o módem nulo .

Generalmente, los conectores de puerto serie tienen género , lo que permite que solo se acoplen con conectores del género opuesto. En los conectores D-subminiatura , los conectores macho tienen pines que sobresalen y los conectores hembra tienen receptáculos redondos correspondientes. ^{[ 2 ]} Cualquiera de los dos tipos de conector se puede montar en un equipo o en un panel, o bien, terminar un cable.

Los conectores montados en DTE suelen ser machos, y los montados en DCE suelen ser hembras (y los conectores del cable son opuestos). Sin embargo, esto no es universal; por ejemplo, la mayoría de las impresoras seriales tienen un conector DB25 hembra, pero son DTE. ^{[ 3 ]} En este caso, se pueden usar los conectores del cable con el género adecuado o un adaptador de género para corregir la incompatibilidad.

El único conector especificado en el estándar RS-232 original era el D-subminiatura de 25 pines; sin embargo, se han utilizado muchos otros conectores para ahorrar dinero o espacio físico, entre otras razones. En particular, dado que muchos dispositivos no utilizan las 20 señales definidas por el estándar, se suelen usar conectores con menos pines. Si bien a continuación se presentan ejemplos específicos, se han utilizado innumerables conectores para conexiones RS-232.

El conector DE- 9 de 9 pines ha sido utilizado por la mayoría de las PC compatibles con IBM desde la opción de adaptador serie/paralelo para PC-AT , donde el conector de 9 pines permitía que un puerto serie y un puerto paralelo cupieran en la misma tarjeta. ^{[ 4 ]} Este conector ha sido estandarizado para RS-232 como TIA-574 .

Algunos dispositivos electrónicos miniaturizados, en particular las calculadoras gráficas ^{[ 5 ]} y los equipos de radioaficionados y de dos vías portátiles , ^{[ 6 ]} tienen puertos serie que utilizan un conector telefónico , por lo general los conectores más pequeños de 2,5 o 3,5  mm y la interfaz más básica de 3 cables: transmisión, recepción y tierra.

Los conectores 8P8C también se utilizan en muchos dispositivos. El estándar EIA/TIA-561 define una configuración de pines que utiliza este conector, mientras que el cable de conexión cruzada (o estándar Yost) se usa comúnmente en computadoras Unix y dispositivos de red, como equipos de Cisco Systems . ^{[ 7 ]}

Muchos modelos de Macintosh prefieren el estándar RS-422 relacionado, utilizando principalmente conectores mini-DIN circulares . El Macintosh incluía un conjunto estándar de dos puertos para la conexión a una impresora y un módem, pero algunos portátiles PowerBook tenían solo un puerto combinado para ahorrar espacio. ^{[ 8 ]}

Los conectores 10P10C se pueden encontrar en algunos dispositivos. ^{[ 9 ]}

Otro conector común es un cabezal de 10 × 2 pines, común en placas base y tarjetas de expansión, que generalmente se convierte mediante un cable plano al conector DE-9 de 9 pines más estándar (y frecuentemente se monta en una placa de ranura libre u otra parte de la carcasa). ^{[ 10 ]}

Los sistemas operativos suelen crear nombres simbólicos para los puertos serie de un ordenador, en lugar de exigir que los programas se refieran a ellos mediante la dirección de hardware.

Los sistemas operativos tipo Unix suelen etiquetar los dispositivos de puerto serie como /dev/tty* . TTY es una abreviatura común y libre de marca registrada para teletipo , un dispositivo que se conectaba habitualmente a los puertos serie de los primeros ordenadores, y * representa una cadena que identifica el puerto específico; la sintaxis de esa cadena depende del sistema operativo y del dispositivo.

En Linux , los puertos serie destinados a la comunicación general tienen nombres que comienzan con /dev/tty seguidos de un prefijo de tipo que consta de letras mayúsculas y termina con un número de secuencia que comienza con 0. Por ejemplo, los puertos serie UART 8250/16550 se denominan /dev/ttyS* ( /dev/ttyS0 , /dev/ttyS1 , ...etc); los adaptadores USB aparecen como /dev/ttyUSB* , /dev/ttyACM* o /dev/ttyHS* ; otros tipos tienen otros prefijos. Algunos puertos serie virtuales no destinados a la comunicación general tienen nombres que intencionadamente no coinciden con este patrón.

Los entornos DOS y Windows se refieren a los puertos serie como puertos COM y se denominan COM seguido de un número de secuencia que comienza con 1 : COM1 , COM2 , ...etc. ^{[ 15 ]}

Los puertos serie utilizan señalización binaria (de dos niveles), por lo que la velocidad de datos en bits por segundo es igual a la velocidad de símbolos en baudios . La velocidad total incluye bits para la trama (bits de parada, paridad, etc.), por lo que la velocidad de datos efectiva es menor que la velocidad de transmisión de bits. Por ejemplo, con la trama de caracteres 8-N-1, solo el 80 % de los bits están disponibles para datos; por cada ocho bits de datos, se envían dos bits de trama adicionales.

Una serie estándar de velocidades se basa en múltiplos de las velocidades para teleimpresoras electromecánicas ; algunos puertos serie permiten seleccionar muchas velocidades arbitrarias, pero las velocidades en ambos lados de la conexión deben coincidir para que los datos se reciban correctamente. Las velocidades de bits comúnmente admitidas incluyen 75, 110, 300, 1200, 2400, 4800, 9600, 19 200, 38 400, 57 600 y 115 200 bit/s . ^{[ 19 ]} Muchas de estas velocidades de bits de módem estándar son múltiplos de 1,2 kbit/s (p. ej., 19 200, 38 400, 76 800) o 0,9 kbit/s (p. ej., 57 600, 115 200). ^{[ 22 ]} Los osciladores de cristal con una frecuencia de 1,843 200  MHz se venden específicamente para este propósito. Esta es 16 veces la velocidad de transmisión de datos más rápida, y el circuito del puerto serie puede dividirla fácilmente a frecuencias más bajas según sea necesario.

La posibilidad de configurar la velocidad de bits no garantiza una conexión estable. No todas las velocidades de bits son compatibles con todos los puertos serie. Algunos protocolos específicos, como MIDI para el control de instrumentos musicales, utilizan velocidades de datos serie distintas a las de los estándares de teletipo. Algunas implementaciones de puertos serie pueden seleccionar automáticamente la velocidad de bits observando la señal que envía el dispositivo conectado y sincronizándose con ella.

El número de bits de datos en cada carácter puede ser 5 (para el código Baudot ), 6 (poco frecuente), 7 (para ASCII puro ), 8 (para la mayoría de los tipos de datos, ya que este tamaño coincide con el de un byte ) o 9 (poco frecuente). En las aplicaciones más recientes, se utilizan casi universalmente 8 bits de datos. Generalmente, 5 o 7 bits solo tienen sentido con equipos más antiguos, como las teleimpresoras.

La mayoría de los diseños de comunicación serie envían los bits de datos dentro de cada byte comenzando por el bit menos significativo . También es posible, aunque raramente se utiliza, enviar primero el bit más significativo ; esto se empleaba, por ejemplo, en la terminal de impresión IBM 2741. El orden de los bits no suele ser configurable en la interfaz del puerto serie, sino que lo define el sistema anfitrión. Para comunicarse con sistemas que requieren un orden de bits diferente al predeterminado local, el software local puede reordenar los bits dentro de cada byte justo antes de enviar y justo después de recibir.

La paridad es un método para detectar errores en la transmisión. Cuando se utiliza con un puerto serie, se envía un bit de datos adicional con cada carácter, de forma que el número de bits a 1 en cada carácter, incluyendo el bit de paridad, sea siempre impar o siempre par. Si se recibe un byte con un número incorrecto de bits a 1, significa que está dañado. Una paridad correcta no garantiza la ausencia de errores, ya que una transmisión dañada con un número par de errores superará la comprobación de paridad. Un solo bit de paridad no permite la corrección de errores en cada carácter, y los protocolos de comunicación que operan sobre enlaces de datos serie suelen contar con mecanismos de nivel superior para garantizar la validez de los datos y solicitar la retransmisión de los datos recibidos incorrectamente.

El bit de paridad de cada carácter puede configurarse con uno de los siguientes valores:

• Ninguno (N) significa que no se envía ningún bit de paridad y la transmisión se acorta.
• Impar (O) significa que el bit de paridad está configurado de manera que el número de bits 1 sea impar.
• Even (E) significa que el bit de paridad está configurado de manera que el número de bits 1 sea par.
• La paridad de marca (M) significa que el bit de paridad siempre se establece en la condición de señal de marca (valor de bit 1).
• La paridad de espacio (S) siempre envía el bit de paridad en la condición de señal de espacio (valor de bit 0).

Aparte de las aplicaciones poco comunes que utilizan el último bit (normalmente el noveno) para algún tipo de direccionamiento o señalización especial, la paridad de marca o espacio es poco común, ya que no añade información para la detección de errores.

La paridad impar es más útil que la par, ya que garantiza que se produzca al menos una transición de estado en cada carácter, lo que la hace más fiable para detectar errores como los que podrían ser causados ​​por desajustes en la velocidad del puerto serie. Sin embargo, la configuración de paridad más común es ninguna , y la detección de errores la gestiona un protocolo de comunicación.

Para permitir la detección de mensajes dañados por ruido en la línea , se dispusieron teletipos electromecánicos para imprimir un carácter especial cuando los datos recibidos contenían un error de paridad.

Los bits de parada que se envían al final de cada carácter permiten que el hardware receptor de la señal detecte el final del carácter y se sincronice con el flujo de caracteres. Los dispositivos electrónicos suelen usar un bit de parada. Si se utilizan teletipos electromecánicos lentos , puede ser necesario usar uno y medio o dos bits de parada.

La notación convencional de datos/paridad/parada (D/P/S) especifica el formato de una conexión en serie. La configuración más común para los dispositivos informáticos personales es 8-N-1 (también escrita como 8N1, 8-None-1 ^{[ 23 ]} ), en la que hay un bit de inicio, ocho ("8") bits de datos, ningún ("N") bit de paridad y un ("1") bit de parada. ^{[ 24 ]} En esta notación, el bit de paridad no se incluye en el recuento de bits de datos. Por ejemplo, 7/E/1 (7E1) significa que se añade un bit de paridad par a los 7 bits de datos para un total de 8 bits entre los bits de inicio y parada.

La abreviatura suele ir acompañada de la velocidad de línea en bits por segundo , como en "9600–8-N-1". La velocidad (o velocidad en baudios ) incluye bits para el tramado (bits de parada, paridad, etc.), por lo que la velocidad de datos efectiva es inferior a la velocidad en baudios. Para la codificación 8-N-1, solo el 80 % de los bits están disponibles para datos (por cada ocho bits de datos, se envían diez bits a través del enlace serie : un bit de inicio, los ocho bits de datos y el bit de parada). ^{[ 23 ]} 

El control de flujo se utiliza en situaciones donde un transmisor puede enviar datos más rápido de lo que el receptor puede procesarlos. Para solucionar esto, las líneas serie suelen incorporar un método de control de flujo . Existen métodos de control de flujo tanto por hardware como por software .

El control de flujo por hardware se realiza mediante señales adicionales, a menudo los circuitos de señales RS-232 RTS/CTS o DTR/DSR. RTS y CTS se utilizan para controlar el flujo de datos, indicando, por ejemplo, cuando un búfer está casi lleno. Según el estándar RS-232 y sus sucesores, DTR y DSR se utilizan para indicar que el equipo está presente y encendido, por lo que suelen estar siempre activas. Sin embargo, existen implementaciones no estándar, como por ejemplo, impresoras que utilizan DTR para el control de flujo.

El protocolo de enlace por software se realiza, por ejemplo, con los caracteres de control ASCII XON/XOFF para controlar el flujo de datos. El receptor envía los caracteres XON y XOFF al emisor para controlar cuándo este último enviará datos; es decir, estos caracteres se transmiten en sentido contrario a los datos que se envían. El sistema comienza en el estado de envío permitido . Cuando los búferes del receptor se acercan a su capacidad máxima, el receptor envía el carácter XOFF para indicar al emisor que deje de enviar datos. Posteriormente, una vez que el receptor ha vaciado sus búferes, envía un carácter XON para indicar al emisor que reanude la transmisión. Este es un ejemplo de señalización en banda , donde la información de control se envía por el mismo canal que los datos.

La ventaja del protocolo de enlace por hardware es que puede ser extremadamente rápido, funciona independientemente del significado impuesto, como el código ASCII en los datos transferidos, y no tiene estado . Su desventaja es que requiere más hardware y cableado, y ambos extremos de la conexión deben ser compatibles con el protocolo de enlace por hardware utilizado.

La ventaja del protocolo de enlace por software es que puede implementarse incluso con circuitos y cableado de hardware inexistentes o incompatibles. La desventaja, común a toda señalización de control en banda, es que introduce complejidades para garantizar que los mensajes de control lleguen incluso cuando los mensajes de datos están bloqueados, y que los datos nunca se confundan con señales de control. El sistema operativo o el controlador del dispositivo suelen solucionar el primer problema; el segundo, el segundo, normalmente, se resuelve asegurándose de que los códigos de control se escapen (como en el protocolo Kermit ) o ​​se omitan por diseño (como en el control de terminal ANSI ).

Si no se utiliza el protocolo de enlace, un receptor sobrecargado podría simplemente no recibir datos del transmisor. Para evitar esto, se pueden reducir las velocidades de conexión para que el receptor pueda mantenerse al día, aumentar el tamaño de los búferes para que pueda mantener el ritmo durante un período de tiempo más prolongado, usar retrasos después de operaciones que consumen mucho tiempo (por ejemplo, en termcap ) o emplear un mecanismo para reenviar los datos que no se han recibido correctamente (por ejemplo, TCP ).