Rs232 ошибка задержки приема первого байта

Эта идиотская проблема отняла два дня моей жизни, так что оставлю это тут, для тех кто будет гуглить также как это делал я и ничего не найдет.

Ключевые слова для поиска:
— Задержки при чтении из ком порта и рс-232
— Низкая скорость обмена по ком порту и рс-232
— read delays com port RS-232
— winapi c# serialport port driver
— COMMPROP COMMTIMEOUTS FTDI Latency time

Суть проблемы — писал программу по общению железки с компьютером через виртуальный ком порт (FTDI). Общение — небольшими пактами по несколько байт. На прием каждого пакета уходило около 20 мс. При этом мне необходимо передавать около 200 пакетов в секунду, что значит, что задержка на один пакет не должна превышать 5мс, а лучше — меньше. Стал смотреть в чем дело — задержка возникала при чтении из ком порта с помощью стандартного класса serial port .NET Стал копаться дальше — стало понятно, что проблема с буферизацией и таймаутами. В драйвере есть некоторый софтверный буфер и о принятых байтах драйвер сообщает не сразу, а когда этот буфер заполняется или когда проходит таймаут после последнего принятого байта. Стал копать в сторону таймаутов. Функционал класса serialport далеко не безупречен и не позволяет полностью контролировать настройки драйвера, в то время как стандартные функции winapi позволяют. Стал копать в сторону реализации класса для работы с ком портом на основе импортированных из winapi функций. С учетом того что я на C#, да и вообще под винду на PC прогаю вторую неделю как — это было не очень просто для понимания. Нашел сторонний класс, прикрутил к своей программе и, ничего не изменилось. Стал смотреть дальше — в настройках ком порта, если нажать на кнопочку «дополнительно» то можно увидеть такое окошко:

Поначалу я больше обращал внимание на размер буфера, но потом увидел, что если поменять «Время ожидания» на 1мс, то передача становится практически мгновенной. Отлично, осталось найти, как это значение поменять из программы. написал импорт функций винапи, которые позволили загрузить и посмотреть все структуры для настройки ком порта. Посмотрел — нигде нет этих пресловутых 16мс. Стал гуглить на русском — ноль информации, кроме как советы снизить «время ожидания» вручную. Нашел как окошко выглядит на английском, поле называется Latency time. Это очень быстро привело к ответу на все вопросы. Оказывается это поле есть только у ком портов FTDI. Настроить ее через винапи и тем более класс serialport .NET нельзя!

Зато можно вот так:

В самом FTDI пишут:
http://www.ftdichip.com/Support/Knowledgebase/index.html?an232b_04adjlatency.htm
FTDI’s R, C and BM series chips allow the latency timer to be changed from 16 milliseconds to any value from 1 to 255 milliseconds, in 1 millisecond increments. When using the FTDI Virtual COM Port driver the latency timer can be set in the port properties page. In Windows, the port properties page is accessed via the Control Panel > System > Device Manager. For Windows 2000 and XP, the initial value of the latency timer can also be pre-configured in ftdiport.inf by changing the value of the last number in the following line:

Есть ли такая радость у других преобразователей — не знаю, если кто проверит на CP2102 и прочих — скажу спасибо

Итого:

Плюсы:
-решил проблему;
-узнал много нового про то как работает винда, идет взаимодействие с драйверами и т.п.;
-немного поработал с winapi:

Минусы:
-чуть не сломал мозг;
-потратил на эту хрень два дня жизни.

П.С. Что интересно — если гуглить про задержки при работе с ком портом — можно найти несколько подобных проблем, возникавших у людей, причем практически все они без решения. Но нигде, нигде я не видел упоминаний про FTDI или про latency timer.

П.С.2 особенно доставили некоторые комментаторы, толком не разбирающиеся в вопросах, но пишущие на форумах что-то вроде «ком порт — очень медленное устройство, при работе с современными компьютерами проблем с задержками быть не может». Ха-ха. Компьютер конечно быстрее, но только сделано все слишком уж громоздко. МК отвечает на запрос компьютера за несколько десятков микросекунд максимум. Компьютер с виндой, которой до реального времени как до луны — отвечает в течение миллисекунд — минимум!

П.С.3 Попробуйте создать файл с именем com1.txt, на рабочем столе, например

UPD: Грязный хак! Как гласит документация на FTDI — сигналом для отправки буфера кроме всего вышеописанного является изменение одной из хардверных линий — CTS/DSR/DCD/RI. Соответственно достаточно дергать одну из этих линий в конце каждого пакета или же, поступить еще брутальнее — просто закоротить эту линию с RX. Проверенно, работает

Эволюция от RS232 до USB
В старые времена персональных компьютеров одним из основных доступных соединений был последовательный порт RS232. Помимо параллельного порта, он был основным средством подключения внешнего устройства. Разъем был уменьшен с 25-контактного до 9-контактного (D-sub 9 pin), но порты RS232 оставались на каждом компьютере в течение многих лет. Встроенные в ПК COM порты имеют прямое отображение на память и работают с высоким приоритетом. Данные практически перетекали непосредственно в программное обеспечение, которое осуществляло доступ к последовательному порту, и из него. В 1996 году стандарт универсальной последовательной шины (USB) был введен в качестве замены последовательного разъема и других типов разъемов, которые обычно находились на задней панели компьютеров. USB обеспечивает меньшие размеры разъемов и большую пропускную способность, чем последовательный и параллельный интерфейсы, которые он заменил. Устройства USB имеют высокую пропускную способность, но они используют общую шину данных. Данные упаковываются и передаются в пакетах. Для обработки пакетов и перемещения данных в программу, обращающуюся к USB-устройству, и из нее, необходим программный драйвер. Драйвер программного обеспечения находится между аппаратным обеспечением и компьютерной программой, которую Вы используете, и он должен быть установлен и работать правильно.

Необходимость адаптера
• Благодаря широкому распространению USB большинство компьютеров, продаваемых в настоящее время, не имеют COM порта. Поэтому для подключения устройства RS232 (такого как, например, CR1000) к компьютеру необходимо использовать переходник USB-RS232, такой как адаптер KS-is KS-141. Хотя адаптеры USB RS232 выполняют необходимую функцию, у них есть некоторые ограничения. Например, существует три типа проблем, с которыми Вы можете столкнуться при использовании переходника USB-RS232:
• Проблемы с драйверами
• Аппаратные проблемы
• Проблемы с производительностью

Проблема № 1: Драйвер
Самая частая проблема, с которой наши клиенты сталкиваются при переходе с USB на RS232, — это установка правильного драйвера. Драйвер должен соответствовать микросхеме внутри переходника, а не его производителю. Для чипов USB-RS232 существует два основных производителя: Prolific и FTDI. Поскольку нестандартные микросхемы с плохими драйверами ненадежны, мы рекомендуем использовать переходники USB KS-is RS232:
• KS-141 (на микросхеме FTDI)
• KS-213 (на микросхеме Prolific)

2. В раскрывающемся меню выберите Свойства.
3. В диалоговом окне «Свойства» выберите вкладку «Сведения».
4. В поле «Свойства» выберите «Аппаратные идентификаторы» в раскрывающемся меню.
5. В поле «Значение» указаны VID (идентификатор поставщика) и PID (идентификатор продукта). Эти идентификаторы соответственно указывают производителя и модель чипа.

Проблема № 2: Аппаратное обеспечение

Переходники USB-RS232 являются стандартными компонентами компьютерной техники. Как бы нам ни хотелось, чтобы все было так же надежно, как KS-is KS-141, все адаптерные кабели в конечном итоге выходят из строя. Хотя есть две основные компании, которые производят чипы для переходников с USB на RS232, есть много производителей адаптеров, которые предлагают различные уровни качества кабелей. Промышленные модели более высокого качества должны работать дольше, но со временем они изнашиваются, как и любой полевой инструмент. В плохо сконструированном переходнике могут быть компоненты, которые выходят из строя в течение короткого периода времени — возможно, даже к моменту получения адаптера. Мы видели несколько случаев, когда старые переходники больше не могли обрабатывать 115200 бод, но они все еще работали на низких скоростях. Было еще много случаев, когда USB-кабель перестал работать на полпути в полевых условиях. Совет. Если Ваш полевой участок находится далеко от офиса, возьмите с собой два переходника USB-RS232. Потерянное время в поле может быть намного дороже, чем цена покупки второго кабеля.

Проблема № 3: Производительность
Как упоминалось ранее, USB использует общую шину данных с пакетной связью. Пакетная связь привнесла некоторое время ожидания (время передачи данных), которого не было со встроенными портами RS232. К сожалению, задержка имеет заметное значение, когда Вы загружаете большие объемы данных или загружаете новую операционную систему. Драйвер для чипов FTDI позволяет снизить время ожидания пакетов. Для этого Вы можете использовать поле таймера задержки, доступ к которому осуществляется через диспетчер устройств Windows. Следуй этим шагам:
1. В диспетчере устройств Windows щелкните правой кнопкой мыши свое устройство из списка.
2. В раскрывающемся меню выберите Свойства.
3. Перейдите на вкладку «Настройки порта».
4. Нажмите кнопку Дополнительно …
5. В окне «Дополнительные параметры» перейдите к полю «Таймер задержки» и уменьшите значение параметра до 1 для достижения максимальной производительности.

В дополнение к снижению времени задержки, мы также рекомендуем отключить опцию Selective Suspend для Вашего переходника. Параметр «Выборочная приостановка» позволяет Windows перевести оборудование в спящий режим, что может привести к повреждению пакетов данных. Чтобы отключить параметр «Выборочная приостановка», снимите флажок «Включить выборочную приостановку» в окне «Дополнительные параметры» для вашего устройства.

Примечание: параметр «Выборочная приостановка» по умолчанию уже отключен в драйвере FTDI.

Вывод
Новые конструкции регистраторов данных, такие как, например, CR6, предназначенных для считывания, обработки и передачи сигналов электрических датчиков, имеют встроенное USB-соединение. Однако многие устройства будут иметь интерфейс RS232 на долгие годы, и нам для работы с ними нужно будет продолжать использовать переходники USB-RS232.

Добрый день.

Попробую еще раз задать вопрос на форуме, хотя уже и без особой надежды на ответ.

Есть задача — научиться подавать в ПЛИС длинные последовательности бит (от 10^6 байт по 6 бит).

Имеется отладочная плата Actel, на которой установлена микросхема USB->RS232, а на PC установлен виртуальным COM-порт. Таким образом физически RS232 нигде не существует, однако для всех приложений существует COM-порт, в который я могу писать данные, а для ПЛИС существует 2 контакта RX и ТХ для передачи данных.

Теперь собственно к проблеме.

Поскольку физические ограничения на скорость существует только по USB, я пишу данные со скорость 1.5МБит секунду.

В среде Матлаб это выглядит так

s = serial('COM2');
s.BaudRate=1.5*10^6;
fopen(s);
fwrite(s,'!&!');
fclose(s);

Данные пишутся как надо, на осциллографе я вижу требуемые сигналы, длительной одного байта — 4.8 мкс.

Пакеты данных так же передаются как надо, без трудностей,байт за байтом

fwrite(s,'ABCDEFGHIJKLM');

Далее, задача состоит в том, чтобы организовать обмен данными между ПЛИС и PC

Прием->Передача->Прием->Передача

Для чистоты опыта задача прием пока выключен, то есть я пробую выполнить 2 команды передачи последовательно

fwrite(s,'A');

fwrite(s,’B’);

И вот тут случается странное. Длительность байт не меняется, однако между самими байтами возникает интервал в 80мс. То есть 4мкс порт занят передачей, потом 80мс ждет, потом передает следующий байт.

Откуда возникает эта задержка и как с ней бороться? Одно из временных решений — увеличить размер входного буфера до 1024 бит, и тогда передача будет идти не 4 мкс, а 4 мс, пауза сохранится прежней 80мс. Но КПД по прежнему просто несерьезный.

Где узкое место и чего дожидается система?