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시리얼 통신 개발자를 위한 완벽 가이드

『시리얼 포트 완전정복』은 임베디드 개발자를 위한 시리얼 통신 프로그래밍에 대한 정보를 담은 책이다. PC용 COM 포트와 USB 가상 COM 포트 시리얼 통신 기술, 임베디드 시스템과 PC간, 임베디드 시스템 간의 데이터 송수신을 위한 시리얼 포트 활용 방법을 자세하게 들려준다. 또한 요구 사항에 적합한 하드웨어 인터페이스 선택 방법, 1.2km 반경 시리얼 통신이 가능한 RS-485 시리얼 네트워크 구축 방법, 시리얼 통신에서의 무선 통신 기술 활용 방법 등에 대해서도 설명한다.

시리얼 포트는 아직 건재하다! 시리얼 통신 개발자를 위한 완벽 가이드

다양한 용도로 활용할 수 있는 시리얼 통신과 네트워크 구축, 프로그래밍을 위한 지침서. PC용 COM 포트와 USB 가상 COM 포트 시리얼 통신 기술. 임베디드 시스템과 PC 간, 임베디드 시스템 간의 데이터 송수신을 위한 시리얼 포트 활용 방법

★ 이 책에서 다루는 내용 ★

■ PC에서 COM 포트 통신을 위한 닷넷 SerialPort 클래스 활용 방법
■ PC에서 가상 COM 포트 형식의 USB 디바이스 설계와 프로그래밍
■ 임베디드 시스템에서 사용되는 마이크로컨트롤러용 시리얼 포트 통신 프로그래밍
■ 요구 사항에 적합한 하드웨어 인터페이스 선택 방법
■ PC의 소프트웨어나 장치의 펌웨어 변경 없이 RS-232를 USB로 변환하는 방법
■ 1.2km까지 시리얼 통신이 가능한 RS-485 시리얼 네트워크 구축 방법
■ 시리얼 통신에서의 무선 통신 기술 활용 방법

★ 이 책의 대상 독자 ★

하드웨어에 관심이 있건, 소프트웨어에 관심이 있건, PC 관련 업무를 하건, 임베디드 시스템 관련 업무를 하건, 또는 둘 다와 관련된 일을 하는 경우 등 해당 분야에 종사하는 사람들이라면 이 책에서 도움이 될 만한 내용을 많이 발견할 것이다.

■ 프로그래머: USB 가상 COM 포트를 포함한 다양한 시리얼 포트를 통해 PC와 임베디드 시스템에서 어떻게 통신이 이루어지는지 배울 수 있다. 베이직과 C/C#로 준비된 PC와 마이크로컨트롤러용 예제는 간단하고 빠르게 다양한 애플리케이션에 적용할 수 있다.

■ 회로 설계자: RS-232, RS-485 컨버터와 3V/5V 논리 레벨 컨버터 등의 다양한 애플리케이션의 디자인을 발견할 것이다. 에러 방지 회로, 노이즈 방지와 저전력 설계에 대한 내용도 들어있다.

■ 취미나 발명가: 새로운 개발에 대한 영감과 정보를 얻는 데 도움이 될 것이다.
■ 교육자나 학생: 시리얼 포트를 공부하고 이 책의 예제를 사용하면 개념을 이해하는 데 도움이 될 것이다.

이 책은 독자가 기본적인 전자 공학, 베이직/비주얼 베이직, C/C# 프로그래밍을 이해하고 있다고 전제한다. 그리고 시리얼 포트 하드웨어와 프로그래밍에 대한 지식과 경험은 전혀 없다는 가정하에 내용을 설명할 것이다.

★ 이 책의 구성 ★

이 책은 하드웨어와 소프트웨어를 포함한 PC와 임베디드 시스템의 포트, RS-232, RS-485, 무선(Wireless) 인터페이스까지 폭넓고 다양한 분야를 다룬다. 처음부터 차례로 읽기를 원하지 않는다면 앞부분은 건너뛰고 관심 있는 특정 부분만 찾아 읽어도 될 것이다.

첫 장은 하드웨어와 인터페이스에 초점을 맞췄다. 1장과 2장은 시동기 시리얼 통신(asynchronous serial communications)을 소개한다. 3장은 PC의 시리얼 포트를 다루며, 4장부터 8장까지는 RS-232, RS-485, 무선 통신 기술 등 인터페이스 전반을 다룬다.

그 다음은 프로그래밍에 대한 내용들이다. 9장과 10장은 PC에서 비주얼 베이직 닷넷과 C# 닷넷을 이용한 시리얼 포트 프로그래밍을 어떻게 하는지 보여준다.

11장에서는 microEngineering Labs 사의 PICBASIC PRO 컴파일러와 Microchip Technology 사의 MPLAB? C18 C 컴파일러를 이용한 예제를 통해 어떻게 임베디드 시스템용 시리얼 포트 프로그램을 작성하는지 보여준다.

12장과 13장은 RS-485 시리얼 네트워크용 하드웨어와 프로그래밍에 대한 내용이다. 14장부터 16장까지는 일반 USB 컨트롤러와 전용 컨트롤러를 이용한 USB 가상 COM 포트를 어떻게 구현하는지 설명한다.

예제가 필요하다면 찾아보기에서 임베디드 코드 예제와 PC 코드 예제를 찾아보면 된다.

1장 옵션과 선택
___시리얼 포트 사용
______장점
______한계
___시스템 구성 요소
______컴퓨터 시스템
______물리적 연결
______프로그래밍
___애플리케이션
______시스템 구성 사례
______통신 제어
______특별한 용도의 모듈

2장 통신 포맷과 프로토콜
___시리얼 데이터 전송
______비동기 통신과 동기 통신
______워드 형식
______비트레이트와 보레이트
______시스템에서 지원되는 로우레벨 프로토콜
___비트 전송
______형식
______정확한 타이밍의 필요성
______비트레이트 자동 감지
______COM 포트 자동 감지
___데이터 포맷
______2진 데이터
______텍스트 데이터
______아스키 16진수
______애플리케이션 고유 프로토콜
___데이터 손실 방지
______흐름 제어
______버퍼
______이벤트 처리와 폴링 방식 프로그래밍
______응답 신호
______에러 체크

3장 PC용 COM 포트
___포트 구조
______장치 관리자
______포트 리소스
______시리얼 서버
___포트 사용
______드라이버
______포트 구별
______COM 포트 GUID
______장치 설정 GUID
______INF 파일
______애플리케이션 프로그래밍 선택

4장 RS-232 구조
___하드웨어 연결
______시그널
______전압
______타이밍 제한
___전압 변환
______인터페이스 칩
______단거리 통신 회로
___포트 전력 구동
______전력 공급용 출력
______전압 레귤레이팅
___기타 연결 방법
______직접 연결
______기타 언밸런스드 인터페이스

5장 RS-232 연결
___커넥터와 어댑터
______커넥터 선택
______어댑터
______마이크로컨트롤러 개발 보드 활용
___케이블
______한계 길이
______써지 보호
___신호선 분리
______분리 방법
______그라운드
______전원 그라운드
______광 분리
___디버깅 툴
______브레이크아웃 모듈
______테스터
______오실로스코프와 로직 애널라이저

6장 RS-485
___RS-485 표준
______밸런스드와 언밸런스드 신호
______전압 요구 사양
______전류와 전력
______통신속도
______내부 보호 회로
___연결 옵션
______통신 칩
______PC용 RS-485 포트
______3.3/5V 전압 변환
______RS-232 신호 변환
___드라이버 활성화 제어
______드라이버 재활성화
______소프트웨어를 이용한 제어
______하드웨어 제어 방식

7장 RS-485 통신과 네트워크 설계
___긴 연결과 짧은 연결
______긴 연결의 경우
______선로 길이 계산
______드라이버 칩 선정
___라인 터미네이션
______임피던스 특성
______터미네이션 추가
______터미네이션의 효과
______반사
______연속 터미네이터
______짧은 통신선의 터미네이터
______AC 터미네이션
______네트워크 구성 형태
___신호 바이어싱
______오픈 회로 보호
______쇼트 회로 보호
___케이블 종류
______케이블이 노이즈를 줄이는 방법
______트위스트 페어 케이블
______케이블 선택
___접지와 차동 신호선
______공통 접지 유지
______분리된 신호선
___다중 버스 이용
______리피터 추가
______별 형태 구성하기

8장 무선 연결
___연결 매체와 변조 방식
______전송 주파수
______확산 스펙트럼 기술
______전송 신뢰성
___적외선
______송신과 수신
______IrDA
___무선 주파수
______전파 규정 준수
______주파수 선택
______연결 구성
______기타 RF 표준

9장 닷넷 SerialPort 클래스
___포트 사용하기
______포트 찾기
______포트 열기
______타임아웃
______수신 드레숄드
______포트 닫기
___데이터 전송
______바이트 전송
______텍스트 전송
___Stream 객체 사용
______BinaryReader 클래스와 BinaryWriter
______StreamReader와 StreamWriter 클래스
___포트 설정 저장하기
______애플리케이션 설정 구조
______콤보박스 예제

10장 닷넷을 활용한 포트 제어와 전송
___데이터 수신
______타임아웃 설정
______수신 데이터 감지
______수신 데이터 모으기
______효율적인 전송 방법
___데이터 전송
______타임아웃 방지
______애플리케이션 블록킹 없이 전송하기
______버퍼 오버플로우 방지
______효율적인 전송 방법
___흐름 제어
______메소드 선택
______흐름 제어 신호 제어와 감시
___에러 처리
______예외
______ErrorReceived 이벤트
______수신 데이터 확인
___애플리케이션 구조
______ComPort 클래스 정의
______포트 설정용 콤보 박스
______애플리케이션 고유 이벤트

11장 임베디드 시스템용 포트
___마이크로컨트롤러의 시리얼 포트
______PIC18F4520 칩
______Enhanced UART
___레지스터
______포트 제어와 구동
______통신 속도 설정
______인터럽트
______기본 순서
___포트 구동
______포트 설정
______데이터 전송
______데이터 수신
______인터럽트 활용
______흐름 제어
___포트 추가
______여러 개의 온칩 UART 사용
______펌웨어 UART 사용
______외장 UART 칩 사용

12장 네트워크 프로그래밍
___전송 관리
______메시지 전송 순서
______프로토콜
______다양한 프로토콜 활용
______디버깅 팁
___주소
______주소 할당
______주소 감지
______주소 값 유보
______메시지 형식 선정
______9비트 포맷

13장 RS-485 네트워크
___노드 연결
______트랜시버
______터미네이팅과 바이어싱
______케이블 연결
___프로토콜 연습
______주소
______메시지 포맷
___명령
______바이트 수신
______바이트 쓰기
___노드 폴링
______드라이버 활성화 신호 설정
______명령 전송
___폴링 응답
______기타 함수
______수신 데이터 디코딩

14장 USB 구조
___호스트와 디바이스
______호스트상의 드라이버 설정
______요구 사양
______호스트의 역할
______디바이스의 역할
______속도
______엔드포인트
___USB 전송
______전송 방식
______트랜잭션
______데이터 토글

15장 USB 컨트롤러 활용
___칩의 내부 구조
______시리얼 인터페이스 칩(TF232R)
______패러럴 인터페이스 칩(FT245R)
______개발용 모듈
___컨트롤러 이용
______드라이버
______제조사 고유 데이터 추가
______가상 COM 포트 구현
______RS-232에서 USB로 변환

16장 범용 USB 컨트롤러 활용
___통신 디바이스 클래스
______표준 문서
______기본 개념
______디바이스 컨트롤러
______호스트 드라이버
___추상화 제어 모델 사용
______POTS 모델
______가상 COM 포트
______요청
______통지
______성능 최대화
___디스크립터와 INF 파일
______디바이스 디스크립터
______설정 디스크립터
______통신 클래스 인터페이스 디스크립터
______데이터 클래스 인터페이스 디스크립터
______문자열 디스크립터
______INF 파일
______복합 디바이스

★ 저자 서문 ★

내가 이 책의 초판을 쓸 때만 해도 RS-232 시리얼 포트가 PC 인터페이스의 가장 핵심적인 역할을 담당했었다. 모뎀과 그 외 PC와 연결되는 주변기기들은 대부분 시리얼 포트를 통해 연결됐고, 시리얼 포트는 거의 모든 PC에서 볼 수 있었다.

1990년대 후반에 USB(Universal Serial Bus)가 보편화되며 수많은 사람이 시리얼 포트는 곧 사라질 것이라 예언했었다. 이전에 시리얼 포트를 사용하던 많은 주변기기도 USB 방식으로 교체됐다. 그러나 일부 디바이스는 USB를 사용할 수 없거나 대부분 임베디드 시스템은 시리얼 포트를 사용하는데, 시리얼 포트는 값이 싸고 USB에 비해 프로그래밍하기 덜 복잡하기 때문이다. 시리얼 포트는 USB보다 더 긴 케이블을 사용할 수도 있다. 그리고 RS-485 시리얼 인터페이스는 네트워크 방식의 연결로 모니터링이나 제어 애플리케이션에 사용할 수 있다.

대부분의 PC에 더 이상 시리얼(COM) 포트가 내장돼 있지 않지만 USB 컨버터를 이용해 쉽게 포트를 추가할 수 있다. 컨버터를 이용하면 PC 확장 슬롯 개수와 상관없이 원하는 만큼 시리얼 포트를 시스템에 추가할 수 있다. 마이크로소프트의 닷넷 프레임워크에 포함돼 있는 SerialPort 클래스는 PC 애플리케이션이 어떻게 COM 포트를 찾고 이용하는지 보여준다.

★ 옮긴이의 말 ★

10년 전 Jan Axelson의 『Serial Port Complete』를 인터넷서점 아마존에서 구입해 처음 읽었을 때의 반가움이 아직도 기억에 생생하다. 정말 황량한 사막에서 맑고 시원하게 샘솟는 오아시스를 발견한 느낌이 그것과 같을 것이다.

시리얼 포트와 관련해 간단한 하드웨어적인 인터페이스 방법이나 단순한 프로그래밍 기술은 대부분의 컴퓨터 인터페이스나 프로그래밍 책에서 다루고 있지만, 내용이 너무 간략하고 단순해 막상 하드웨어나 소프트웨어적인 시리얼 통신 문제가 발생했을 때 문제 해결엔 도움을 받지 못하는 경우가 많았다.

『시리얼 포트 완전정복』은 10년 만에 새로 출간된 개정판인 『Serial Port Complete Second Edition』의 번역서로, 시리얼 포트에 대한 다양한 하드웨어 기술과 프로그래밍 기법을 자세하고 깊이 있게 다루고 코드 예제를 제공한다. 여기엔 RS-232 뿐만 아니라 RS-485, 적외선, USB, 무선 통신 기술을 활용한 시리얼 포트 인터페이스 기술과 PIC 마이크로컨트롤러용 C 코드, 마이크로소프트 닷넷 기반의 VB, C# 코드 예제까지 폭넓은 프로그래밍 코드 예제를 다룬다.

대부분 컴퓨터 인터페이스 기술과 마찬가지로 시리얼 포트 또한 기술에 대한 깊이 있는 이해를 위해선 하드웨어와 소프트웨어 모두를 알아야 하는데, 이 책은 두 분야 모두를 아주 상세히 기초부터 응용까지 설명한다. MAX232 컨버터 IC 칩부터 닷넷 프레임워크의 SerialPort 클래스까지 시리얼 포트 기술에 대한 HW에서 SW까지 모든 부분에 대한 정보를 얻을 수 있을 것이다.

이 책을 읽는 독자라면 최신 무선 통신 기술과 네트워크 기술의 범람에도 왜 아직 시리얼 포트 기술이 필요한지 알고 있거나 이미 문제 해결을 위한 노력을 기울이고 있는 분들일 것이다.

현재 대부분의 PC나 일반 컴퓨팅 장치들에선 시리얼 포트를 보기 힘들어졌지만 그 속을 들여다보면 모든 컴퓨터와 스마트폰, 게임기, 임베디드 시스템들을 구성하는 임베디드 프로세서와 시스템 보드는 아직도 시리얼 포트 기술을 반드시 탑재하고 있다. 그만큼 시리얼 포트는 컴퓨터와 역사를 거의 함께했으며, 결코 미래에도 사라지지 않을 기술이라 믿어 의심치 않는다.