本文介绍了一个基于Java的多功能串口设备服务器。本服务器能够实现如下功 能：(1) 接受从指定串口发送来的信号并将其转发到另外的串口、广播到局域网、 或者是通过TCP/IP链接转发给局域网内的其它设备，从而实现局域网内部的信息共 享；(2) 通过TCP/IP链接或者是串口接受其他设备发送给该串口设备的控制信息， 从而实现设备的远程控制。
本文的第一部分对串口设备服务器进行简单介绍，并且详细描述了本多功能串 口设备服务器的系统设计。关于本多功能串口设备服务器的程序设计和功能测试将 在第二部分中进行介绍。
介绍
随着网络技术的高速发展，基于IP技术的局域网已经成为最简单有效的数据交 换与共享手段。但是，对于很多遗留设备（譬如说单片机和数据采集设备）来说， 唯一可用的通讯通道就是串口（通常是RS-232）。这些设备一般都配备有专门的数 据采集和控制软件，这些软件安装在被称为主控系统的终端或者是PC机上，通过串 口与该设备进行通讯。从串口设备发送来的数据被存储在主控系统的文件系统上， 其它设备通过网络访问该主控系统，从而实现数据的共享。对串口设备的配置和控 制，只能够通过主控系统来进行。
这些遗留设备的特征，就是其“设备--控制终端--网络”体系。在涉及到数据 交换与共享的时候，主控系统实质上相当于一个缓冲区。这个缓冲过程使用了效率 低下的磁盘操作，从而使主控系统成为整个数据交换过程中的瓶颈。主控系统的唯 一功能是配置和控制该串口设备，用户也只能够通过主控系统来配置和控制该串口 设备，这不仅在使用上给用户带来极大的不便，也带来了硬件资源的浪费。
串口设备服务器的功能，就是接受串口设备发送来的信息，实时的将其通过串 口、网络广播、或者是TCP/IP链接转发给需要这些信息的设备。同时，串口设备服 务器还接受从其它串口或者是网络发送来的信息并将其转发给串口设备。与传统的 “设备--控制终端--网络”体系相比较，串口设备服务器具有如下优势：
- 串口设备服务器并不将所交换的数据保留到本地文件系统上，从而消除了“设备--控制终端--网络”体系中的瓶颈（磁盘操作），从而提高了数据交换与共享的效率，保证了数据的实时性。
- 网络广播技术使得多个设备能够同时利用一个串口设备所提供的数据，从而提高了设备利用率。
- 一台串口设备服务器能够同时为多个设备提供服务。
- 远程设备能够通过网络获取串口设备所提供的数据，使得远程数据采集与处理成为可能。
- 远程设备能够通过网络向串口设备发送数据，因此能够从远程对该设备进行控制和配置。
- 用户能够从远程对串口设备服务器进行控制和配置。
由于以上技术上的优势，串口设备服务器在任何涉及到数据采集与处理的系统 中都能够得到广泛的应用。在实验室中采用串口设备服务器，使得科研人员在家里 也能够实时监测实验仪器的运行情况，采集和处理实验数据甚至调整实验条件。在 医院里采用串口设备服务器，使得医护人员在办公室里就可以得到各个病人的心电 图和脉搏等数据，这不但提高了医护人员及时发现突发情况的能力，还减轻了医护 人员的劳动强度。在航天器上采用串口设备服务器，地面控制人员能够通过无线网 络直接获取传感器数据，修正系统的错误，甚至上载新的任务模块。
本文利用Java实现了一个简单的多功能串口设备服务器。这个服务器能够实现如下功能：
- 接受从指定串口发送来的信号并将其转发到另外的串口、广播到局域网、或者是通过TCP/IP链接转发给局域网内的其它设备。
- 通过TCP/IP链接或者是串口接受其他设备发送的控制信息并将其转发给该串口设备。
- 通过TCP/IP链接接受用户的控制指令，从而改变自身的运行参数。
系统设计
根据一上所述系统需求，这个简单的串口设备服务器包括如下功能模块：主控模块，远程控制模块，以及数据交换模块。
主控模块的功能是初始化各项运行参数，同时启动远程控制模块。
远程控制模块通过TCP/IP链接接受用户指令并根据指令实现如下功能：改变串 口参数，与指定串口设备进行通讯，启动或者终止指定数据交换模块。
数据交换模块接受串口设备的输出数据并转发给其他设备，同时从其它设备接 受控制信号并转发给串口设备。根据系统需求我们设计了三个数据交换模块：
- 数据广播模块，接受串口设备的输出数据并将其广播到局域网；
- TCP/IP数据服务模块，接受串口设备的输出数据并通过TCP/IP链接将其转发到指定客户机，同时接受该客户机发送的控制指令并将其转发给串口设备；
- 串口数据服务模块，接受串口设备的输出数据并通过另一串口转发给其他设备，同时接受其他设备发送的控制指令并将其转发给串口设备。
根据以上设计，将各个功能模块命名如下：
主控模块 -- DeviceServer 远程控制模块 -- RemoteControl 数据广播模块 -- Broadcast TCP/IP数据服务模块 -- ServeTcp 串口数据服务模块 -- ServeCom
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以上所述功能模块，在程序设计中分别作为一个Java类进行实现。功能模块与 Java源代码文件之间的一一对应关系如下：
结论
本文介绍了串口设备服务器在数据采集与处理中的技术优势和应用范围，并且 详细描述了本多功能串口设备服务器的系统设计。关于本多功能串口设备服务器的 程序设计和功能测试将在第二部分中进行介绍。
