串口服务器通信时间试验

　　试验使用USR-N520串口服务器，从COM1发送"hello"到COM2,形成一个TCP-COM-TCP的转发通道。转发的时间由两个TCP传输时间、一个COM传输时间和串口服务器及上位机软件运行时间。上位机和单片机的软件运行是非常快的，因此可以认为这个时间主要是由线路消耗。

　　本试验的默认时间单位为ms。如果是与波特率有关，则以字节或节拍为单位。

　　以下是不同波特率下的转发时间记录表和COM波特周期-总时间散点图。

　　由图可知，通信时间近似于直线。

　　对数据进行线性回归：

 
 
		double[] xs = new double[] {
				0.004340278,
				0.008680556,
				0.017361111,
				0.026041667,
				0.052083333,
				0.104166667,
				0.208333333,
				0.416666667,
				0.833333333,
				1.666666667,
		};
		double[] ys = new double[] {
				3.1,
				3.4,
				3.7,
				4.3,
				6.5,
				11.1,
				20.3,
				38.8,
				76.6,
				151.3,
 
		};
		DoublePolynomialTransformer fun = StaticMathUtils.regressAxisFunction(xs, ys, 1);
		System.out.println(fun);
		fun = StaticMathUtils.regressLinearAxisFunction(xs, ys);
		System.out.println(fun);
 

　　计算得方程：

f(x) = 89.42724395637012x + 2.0621047652936966
f(x) = 89.4272439563701x + 2.0621047652936997

　　上面两个方程分别是由多项式回归函数和线性回归函数计算的。结果非常接近。

　　由于TCP的波特率不可调整，因此常数项对应的就是TCP传输两次的时间。可以粗略计算出TCP传送5个字节需要的时间约为1ms。需要注意的是，TCP的一个包最多可以传输2500个字节。5字节和2500字节的时间是非常接近的。

　　由于USR-N520一次串口通信可转换的包长度为512字节，所以再做一次512字节的测试。测试结果出下：

　　计算得回归方程为：

f(x) = 5159.123501379577x + 2.282298649633958
f(x) = 5159.123501379577x + 2.2822986496340576

　　可以看到长度512时，一次项系数接近于每个字节10个节拍，而之前的长度为5时，一次项系数接近于每个字节18个节拍。这是串口服务器内部的组包机制造成的。由8位字节的串口通信帧格式可知1个字节需要10个节拍，那么可以算出尾部超时约为3.9个字节的时间（39个节拍）。

　　常数项似乎变大了一点点，多出来的部分一方面是第二次试验精度更高，一方面是数据增多上位机的运算需要更多的时间，但是回归计算本身也是有一定的误差的，常数项并没有成比例地变大，即可认为是不受影响。

　　常数项的成分还包括0.16ms×2次的线程信号传递时间。这个时间是用阻塞队列测量得到的，是操作系统线程调度的特性。TCP通信的API函数内部也可能不止一级信号传递。512个字节在内存中的复制时间小于1us，可以忽略。

　　再次进行UDP发送512字节的测试，回归方程为：

f(x) = 5159.298633803901x + 1.831656314981592
f(x) = 5159.298633803901x + 1.8316563149818328

　　一次项几乎没有变化，常数项小了一些。说明UDP发送512个字节的时间略小于1ms，UDP确实比TCP快一些。

　　再次进行通过USR-VCOM虚拟串口以TCP连接发送512字节的通信测试，回归方程为：

f(x) = 5118.946895231009x + 41.83233469137791

　　使用USR-VCOM虚拟串口以UCP连接发送512字节的通信测试，回归方程为：

f(x) = 5119.266225253171x + 41.20304665027626

　　常数项的差异与直连TCP和UCP时的差异相近，但整体增加了约39ms。TCP与UCP的增量相近，说明USR-VCOM软件处理需要消耗约19.5ms。这是多数工业软件的通病。我原以为是因为Negal算法未关闭导致的。但据查UDP并不经过Negal算法粘包，所以这个时间完全是消耗在软件上。

　　为什么一个简单的转换软件会产生如此大的延时。（我第一次猜错了，以为是USR-VCOM的问题。其实不是，经过下文所述的试验，我发现是串口服务器造成的。）

　　反正已经研究了这么多了，趁着手里有硬件，本篇再多加一项：USR-N520如何利用网络端更改串口参数（这个参数是隐式的，不会在配置页面显示出来）。

　　报文的结构为：55 aa 55 00 25 80 03 a8。

　　报文这么短，我就不加颜色了。

　　55 aa 55是起始符；

　　00 25 80是波特率的16进制，这里是9600bps；

　　03是标志位。

　　　　第0~1比特定义：0：5位、1：6位、2：7位、3：8位；

　　　　第2比特：0：1个停止位、1：1.5个（5位字节）或2个（6~8位字节）停止位；

　　　　第3~5比特：0：无校验；1：奇校验、3：偶校验、5：mark、7：space；

　　a8是校验位。(00 + 25 + 80 + 03) & ff = a8。

　　撤销的报文是：55 aa 55 00 00 00 ff ff。如果不撤消，则配置网页中的配置参数是不起作用的。

　　一般不会在自己的软件正式运行时还去改串口服务器的参数。但是要小心自己的报文不要和串口服务器的动态配置报文重合了。

　　由我的程序动态配置波特率再进行的测试中，最终确定了为什么使用USR-VCOM会这么慢的原因了。原来问题出在串口服务器上，如果使用报文配置参数，则转换的过程会变慢。这是产品的特性，与我的程序及USR-VCOM都无关。至于为什么要这么长时间，目前看来已经超出了我可以研究的范围了。