CN108132902B

CN108132902B - 一种可自适应电压的uart转usb系统和方法

Info

Publication number: CN108132902B
Application number: CN201810026479.4A
Authority: CN
Inventors: 王培培; 杨学总
Original assignee: Suzhou Inspur Intelligent Technology Co Ltd
Current assignee: Suzhou Inspur Intelligent Technology Co Ltd
Priority date: 2018-01-11
Filing date: 2018-01-11
Publication date: 2020-10-23
Anticipated expiration: 2038-01-11
Also published as: CN108132902A

Abstract

本申请公开了一种可自适应电压的UART转USB系统和方法，该系统包括依次连接的UART连接器、电压确定模块、UART转USB模块以及USB连接器。该方法包括：首先检测服务器板卡上UART的工作电压；然后根据服务器板卡上UART的工作电压确定UART转USB系统的工作模式；最后进行UART信号与USB信号的转换。该系统结构简单，能够自适应多种不同电压，从而使得同一个系统可以用于连接不同的服务器板卡，使得个人电脑与服务器板卡之间的通信连接更加便捷，有利于提高用户体验。

Description

一种可自适应电压的UART转USB系统和方法

技术领域

本申请涉及芯片设计技术领域，特别是涉及一种可自适应电压的UART转USB系统和方法。

背景技术

服务器或个人电脑的集成微处理器内部运行的是并行数据，这些并行数据不能直接由微处理器发送至外部设备，而是通过UART(Universal Asynchronous ReceiverTransmitter，通用异步收发传输器)进行数据的异步传输。具体地，通过UART能够将微处理器内部的并行数据转换为串行数据输出给外部设备，也能够将来自外部设备的串行数据转换为字节，供微处理器内部的器件使用。UART通常以UART接口的形式存在，服务器主板和服务器其他板卡的集成微处理器上均设置有UART接口，而个人电脑常用的是USB接口，为实现UART接口与USB接口之间的通信，就需要UART转USB接口工具。

目前的UART转USB接口工具主要是针对某一种UART电平来实现的，例如：针对3.3VUART的为3.3V UART转USB接口工具，该接口工具只能用于3.3V的UART；而针对5.0VUART的为5.0V UART转USB接口工具，该接口工具只能用于5.0V的UART。通过这种UART转USB接口芯工具，将服务器与具有USB接口的外部设备连接起来，从而进行诊断、调试等工作。

然而，由于目前的UART转USB接口工具只是针对某一种UART电平来实现的，同一个UART转USB接口芯工具只能应用于一种电平的UART接口，当更换其他板卡的UART接口时，需要更换相应的UART转USB接口工具，才能实现个人电脑与服务器板卡之间的通信连接，这种结构设计使的个人电脑与服务器各种板卡之间的通信连接不够便捷、不利于提高用户体检。而且USB接口与不同的UART接口通信连接时，需要多个UART转USB接口工具，不利于降低成本。

发明内容

本申请提供了可自适应电压的UART转USB系统和方法，以解决现有技术中的个人电脑与服务器各种板卡之间的通信连接不够便捷、不利于提高用户体验的问题。

为了解决上述技术问题，本申请实施例公开了如下技术方案：

一种可自适应电压的UART转USB系统，用于连接服务器板卡上的UART接口和服务器外接设备的USB接口，所述UART接口上集成有UART，所述系统包括依次连接的UART连接器、电压确定模块、UART转USB模块以及USB连接器；

所述UART连接器经由排线与所述UART接口连接，所述USB连接器经由USB连接线与所述USB接口连接；

所述电压确定模块，用于确定当前服务器板卡上UART的工作电压，并根据当前服务器板卡上UART的工作电压选定系统当前的工作模式；

所述UART转USB模块，用于将来自所述UART接口的UART信号转换为USB信号，或者，将来自所述USB接口的USB信号转换为UART信号；其中，

所述电压确定模块包括：UART电压检测单元、UART电压锁存单元以及电压转换单元；

所述UART电压检测单元，用于获取当前服务器板卡上UART的工作电压；

所述UART电压锁存单元，用于锁存第一次触发UART电压锁存单元的服务器板卡上UART的工作电压，并根据所述工作电压驱动所述电压转换单元；

所述电压转换单元，用于UART电压锁存单元驱动后，根据所述工作电压输出相应的电压至所述UART转USB模块。

可选地，所述UART电压检测单元包括多个TL331比较器，所述UART电压锁存单元为74LS系列锁存器，所述电压转换单元为MPQ8632GLE-4-Z稳压器。

可选地，所述系统还包括UART指示模块，用于显示所述电压确定模块所选定的系统当前的工作模式。

可选地，所述系统通过服务器的USB接口或者服务器外接设备的USB接口供电。

可选地，所述UART转USB模块为FT232R芯片。

可选地，与所述系统连接的UART接口发生变化时，通过所述电压确定模块重新确定当前服务器板卡上UART的工作电压。

一种可自适应电压的UART转USB的方法，所述方法包括如下步骤：

检测服务器板卡上UART的工作电压；

根据所述服务器板卡上UART的工作电压确定UART转USB系统的工作模式；

进行UART信号与USB信号的转换；其中，

根据所述服务器板卡上UART的电压确定UART转USB系统的工作模式，包括如下步骤：

锁存第一次触发UART转USB系统的服务器板卡上UART的工作电压；

根据所述工作电压，驱动电压转换单元输出相应的电压至UART转USB模块，确定UART转USB系统的工作模式。

可选地，根据所述服务器板卡上UART的工作电压确定UART转USB系统的工作模式之后，所述方法还包括：

对UART转USB系统当前的工作模式进行显示。

本申请的实施例提供的技术方案可以包括以下有益效果：

本申请实施例提供一种可自适应电压的UART转USB系统，连接于服务器板卡上的UART接口和外接设备的USB接口之间。该系统中设置有电压确定模块，用于确定当前服务器板卡上UART的工作电压，并根据当前服务器板卡上UART的工作电压选定系统当前的工作模式。通过电压确定模块的设置，能够使系统自适应多种不同电压的UART，从而使得同一个系统可以用于连接不同的服务器板卡，进而使个人电脑与服务器板卡之间的通信连接更加便捷。这种使用同一个UART转USB系统即可实现个人电脑对服务器上多种板卡的通信的结构设计，有利于提高用户体验。

电压确定模块又包括UART电压检测单元、UART电压锁存单元和电压转换单元，UART电压检测单元获取当前服务器板卡上的UART的工作电压后，电压锁存单元将第一次触发电压锁存单元的UART的工作电压锁存起来，并触发电压转换单元输出相应电压至UART转USB模块，从而实现自适应服务器板卡上UART的电压。UART电压检测单元、UART电压锁存单元和电压转换单元的设置，使得电压确定模块能够更好地检测服务器板卡上UART的工作电压到并依据该工作电压确定系统相应的工作模式，从而更好地实现本系统自适应服务器板卡上UART电压的功能。而且，将不同的转换电路合在一起，有利于降低成本，便于推广使用。

另外，UART转USB系统中还设置有UART指示模块，能够直观地显示当前与系统连接的UART的工作状态，有利于进一步提高用户体验。

本申请实施例还提供一种可自适应电压的UART转USB的方法，该方法首先检测服务器板卡上UART的工作电压；然后根据服务器板卡上UART的工作电压确定UART转USB系统的工作模式；最后进行UART信号与USB信号的转换。检测到当前服务器板卡上UART的工作电压后，锁存第一次触发UART转USB系统的服务器板卡上UART的工作电压，根据该第一次触发UART转USB系统的服务器板卡上UART的工作电压，驱动电压转换单元输出相应的电压至UART转USB模块，从而确定UART转USB系统的工作模式，进而实现自适应服务器板卡上UART的工作电压。这种电路设计方法，使得本方法所设计的电路能够识别多种不同的服务器板卡的UART工作电压，从而使得个人电脑与服务器板卡之间的通信连接更加便捷，有利于提高用户体验。

应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本申请。

附图说明

了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本申请实施例所提供的一种可自适应电压的UART转USB系统的结构示意图；

图2为本申请实施例所提供的一种可自适应电压的UART转USB系统的电路原理示意图；

图3为本申请实施例中74LS系列锁存器的的电路原理图；

图4为本申请实施例中UART指示模块的电路原理图；

图5为本申请实施例所提供的一种可自适应电压的UART转USB的方法的流程示意图。

符号表示：

1-UART连接器、2-电压确定模块、21-UART电压检测单元、22-UART电压锁存单元、23-电压转换单元、3-UART转USB模块、4-USB连接器、5-UART指示模块。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本申请中的技术方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本申请保护的范围。

服务器主板上通常设置有UART接口，用来传输BMC(Baseboard ManagementController，基板管理控制器)和系统运行的各种信息，服务器其他板卡上也设置有UART接口，不同板卡的UART接口中UART工作电压通常不同，常见的UART工作电压包括1.8V、2.5V、3.3V和5V等。而个人电脑中最常用的是USB接口，为实现服务器板卡与个人电脑之间的通信连接，就需要用到UART转USB系统，本申请实施例中的UART转USB系统为自适应电压的UART转USB系统，一个系统能够用于连接不同UART工作电压的服务器板卡。

服务器板卡与个人电脑之间进行通信连接后，能够通过个人电脑对服务器进行诊断、调试等各项工作。为方便描述，本申请实施例中以通过个人电脑对服务器进行功能诊断为例，来阐述可自适应电压的UART转USB系统和方法。当通过个人电脑对服务器进行功能诊断时，该可自适应电压的UART转USB系统可以理解为一种可自适应电压的UART转USB诊断卡。

为了更好地理解本申请，下面结合附图来详细解释本申请的实施方式。

实施例一

参见图1，图1为本申请实施例所提供的一种可自适应电压的UART转USB系统的结构示意图。由图1可知，该UART转USB系统主要包括：依次连接的UART连接器1、电压确定模块2、UART转USB模块3以及USB连接器4共四个部分。

其中，UART连接器1与服务器板卡上的UART接口连接，USB连接器4与服务器外接设备的USB接口连接。电压确定模块2用于确定当前服务器板卡上UART的工作电压，并根据当前服务器板卡上UART的工作电压选定系统当前的工作模式。UART转USB模块3将来自UART接口的UART信号转换为USB信号，或者，将来自USB接口的USB信号转换为UART信号。

UART连接器1和USB连接器4可以采用接口的形式。如UART转USB诊断卡与服务器之间是诊断卡的UART接口通过排线与服务器板卡上的UART接口连接；UART转USB诊断卡与个人电脑之间是诊断卡的USB接口通过USB连接线与个人电脑的USB接口连接。

服务器不同板卡上UART的工作电压不同，常见的UART工作电压包括1.8V、2.5V、3.3V和5V等。通过电压确定模块2的设置，能够使该UART转USB系统适用于不同的服务器板卡。具体地，通过UART连接器1连接不同的服务器板卡时，首先通过电压确定模块2确定当前所连接的服务器板卡上UART的工作电压，根据当前服务器板卡上UART的工作电压来调整UART转USB系统的工作模式，确定UART转USB系统的工作模式后，通过UART转USB模块3进行UART信号与USB信号的转换。本实施例中UART转USB系统的工作模式，也就是UART转USB系统针对不同电压的UART所进行的UART信号与USB信号的转换。UART转USB系统的工作模式由系统所连接的服务器板卡的UART的工作电压来决定。

电压确定模块2可以通过电压比较器、锁存器以及电压转换模块组成的电路，来实现当前服务器板卡上UART电压的检测、确定以及驱动电压转换模块输出相应的电压至UART转USB模块3中。也可以通过其他方式实现当前服务器板卡上UART电压的检测、确定以及驱动电压转换模块输出相应的电压。例如：如果服务器板卡上UART设置有电压信号时，将UART的电压信号接入电压比较器，确定当前服务器板卡上UART的电压，然后通过终端由人工控制电压的Enable(使能)信号，从而输出不同电压。

电压确定模块2包括：UART电压检测单元21、UART电压锁存单元22以及电压转换单元23共三个部分。其中，UART电压检测单元21用于获取当前服务器板卡上UART的工作电压。UART电压锁存单元22用于锁存第一次触发UART电压锁存单元22的服务器板卡上UART的工作电压，并根据第一次触发UART电压锁存单元22的服务器板卡上UART的工作电压，驱动电压转换单元。当UART电压锁存单元22被驱动后，电压转换单元23用于根据第一次触发UART电压锁存单元22的服务器板卡上UART的工作电压，输出相应的电压至UART转USB模块3。

UART转USB模块3可以采用专用的UART转USB接口芯片，如PL2303、CP2103、FT232R等。本实施例中可自适应电压的UART转USB系统的电路原理示意图，可以参见图2所示。本申请实施例以可自适应电压的UART转USB系统作为诊断卡为例进行阐述。

由于UART转USB系统与服务器外接设备的USB接口连接，因此可以通过服务器外接设备的USB接口对系统供电。当然，也可以通过服务器的USB接口对系统进行供电。

综上所述，通过电压确定模块2的设置，能够使UART转USB系统自适应多种不同电压的UART，从而使同一个系统可以用于连接不同的服务器板卡。采用该UART转USB系统通过个人电脑对多个服务器板卡进行诊断时，将个人电脑通过USB接口连接到UART转USB系统后，仅更换UART接口即可实现个人电脑与不同服务器板卡之间的连接，而不必更换整个UART转USB系统，这种结构设计使得个人电脑与服务器板卡之间的通信连接更加便捷，有利于提高用户体验。

进一步地，UART电压检测单元21可以采用多个TL331比较器，UART电压锁存单元22可以采用74LS系列锁存器，电压转换单元23可以采用MPQ8632GLE-4-Z稳压器。

通过多个TL331比较器和74LS系列锁存器实现服务器板卡上USRT工作电压的锁存的原理，可以参见图3，图3为本申请实施例中74LS系列锁存器的的电路原理图。图3中以常见的四种UART工作电压为例，选择四个TL331比较器：1.8V比较器、2.5V比较器、3.3V比较器和5V比较器。通过比较器TL331获取当前的UART工作电压，由74LS系列锁存器记住所获取的当前UART的电平状态，并触发MPQ8632GLE-4-Z稳压器对应的输入输出，从而驱动MPQ8632GLE-4-Z稳压器，使得MPQ8632GLE-4-Z稳压器输出相应的电压至UART转USB模块的引脚，设置UART转USB系统的工作模式，从而实现自适应UART模式的功能。

其中，通过比较器TL331获取当前的UART工作电压的过程为：UART本质上为高低变化的低速信号，当UART转USB系统所连接的服务器板卡上UART的工作电压为1.8V时，对应的通过1.8V的TL331比较器输出到74LS系列锁存器的输入输出端口的电压为高电平，而2.5V比较器、3.3V比较器和5V比较器输出到74LS系列锁存器的输入输出端口的电压为低电平，只有高电平的1.8V的TL331比较器才会触发74LS系列锁存器。

需要注意的是，由于锁存器会保持当前电平状态不变，会锁定第一次对其进行触发的电压，因此，当更换服务器板卡的UART接口时，需要对锁存器进行断电，即：将UART转USB系统与服务器，以及UART转USB系统与个人电脑之间都断电，并通过比较器重新确定服务器板卡上UART的工作电压。

继续参见图2可知，UART转USB模块3采用FT232R芯片来实现。FT232R芯片与UART连接器之间的引脚中，TXD(Transmit Data，发送数据)为数据发送端引脚，RXD(ReceiveData，接收数据)为数据接收端引脚，GND为接地引脚，CTS(Clear to Send，允许发送)引脚表示允许发送数据，DTR(Data Terminal Ready，数据终端就绪)引脚表示数据终端已准备好。以可自适应电压的UART转USB系统作为诊断卡为例，由于诊断卡可以通过USB接口进行供电，无需使用板载的电压，可以只将FT232R芯片的TXD、RXD、GND三个引脚通过UART连接器经由排线连接到服务器板卡的UART接口上。

FT232R芯片通过USB连接器与个人电脑的USB接口之间利用USB连接线进行连接。USB连接线上传输的信号为USB信号，通常采用USB2.0信号，主要包括个人电脑向FT232R芯片传输的USB2.0 TX信号和FT232R芯片向个人电脑传输的USB2.0 RX信号。

FT232R芯片所采用的UART协议可支持7或8个数据比特，1或2个结束比特。针对RS422/RS485串口以及在TTL电平的层级，可以支持300-3M波特，针对RS232串口可以支持300-1M波特。FT232R具有内部12MHZ时钟，可为USB信号提供时钟参考，UART信号通过FT232R芯片内部的UART FIFO控制模块转换成USB2.0信号，可支持转换300-115200等多种波特率UART信号。而且FT232R芯片可直接使用个人电脑或者服务器端USB接口供电，使用方便。

继续参见图2可知，该UART转USB系统还包括UART指示模块5，UART指示模块5可以采用LED指示灯。通过UART指示模块，能够直观地显示当前与系统连接的UART的工作状态，有利于进一步提高用户体验。UART指示模块5的电路原理图可以参见图4。根据比较器负相输入端电阻分压不同，分别设置1.8V比较器、2.5V比较器、3.3V比较器和5V比较器，UART指示模块5采用LED灯，LED灯与UART电压锁存单元22连接，当UART电压锁存单元22输出高电平时，LED灯被点亮，以显示当前所连接的服务器板卡UART的工作状态。

该实施例未详细描述的部分可参照图1所示的实施例一，两者之间可以互相参照，在此不再详细阐述。

参见图5，图5为本申请实施例所提供的一种可自适应电压的UART转USB的方法的流程示意图。由图5可知，该方法主要包括如下步骤：

S1：检测服务器板卡上UART的工作电压。

首先，确定服务器板卡上UART的工作电压，以便后续根据不同的工作电压确定UART转USB系统的工作模式。通过步骤S1，使得本方法能够用于识别不同服务器板卡，在实际设计中可以把不同的转换电路合在一起，并进行判断，能够灵活调整UART转USB系统的工作电压，应用便捷，而且有利于降低成本，便于推广使用。

S2：根据服务器板卡上UART的工作电压确定UART转USB系统的工作模式。

具体地，步骤S2又包括：

S21：锁存第一次触发UART转USB系统的服务器板卡上UART的工作电压。

S22：根据第一次触发UART转USB系统的服务器板卡上UART的工作电压，驱动电压转换单元输出相应的电压至UART转USB模块，确定UART转USB系统的工作模式。

进一步地，执行步骤S2之后，本方法还包括：对UART转USB系统当前的工作模式进行显示。

通过对系统当前的工作模式进行显示，可以直观地查看当前与当前系统连接的UART的工作电压，从而得知与当前系统连接的服务器板卡，有利于进一步提高用户体验。

S3：进行UART信号与USB信号的转换。

本申请实施例的方法中所用到的可自适应电压的UART转USB系统的工作原理，在图1-图4所示的实施例一和实施例二中已经详细阐述，三者之间可以互相参照，在此不再赘述。

以上所述仅是本申请的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本申请。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本申请的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本申请将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims

1.一种可自适应电压的UART转USB系统，用于连接服务器板卡上的UART接口和服务器外接设备的USB接口，所述UART接口上集成有UART，其特征在于，所述系统包括依次连接的UART连接器(1)、电压确定模块(2)、UART转USB模块(3)以及USB连接器(4)；

所述UART连接器(1)经由排线与所述UART接口连接，所述USB连接器(4)经由USB连接线与所述USB接口连接；

所述电压确定模块(2)，用于确定当前服务器板卡上UART的工作电压，并根据当前服务器板卡上UART的工作电压选定系统当前的工作模式；

所述UART转USB模块(3)，用于将来自所述UART接口的UART信号转换为USB信号，或者，将来自所述USB接口的USB信号转换为UART信号；其中，

所述电压确定模块(2)包括：UART电压检测单元(21)、UART电压锁存单元(22)以及电压转换单元(23)；

所述UART电压检测单元(21)，用于获取当前服务器板卡上UART的工作电压；

所述UART电压锁存单元(22)，用于锁存第一次触发UART电压锁存单元(22)的服务器板卡上UART的工作电压，并根据所述工作电压驱动所述电压转换单元；

所述电压转换单元(23)，用于UART电压锁存单元(22)驱动后，根据所述工作电压输出相应的电压至所述UART转USB模块(3)。

2.根据权利要求1所述的一种可自适应电压的UART转USB系统，其特征在于，所述UART电压检测单元(21)包括多个TL331比较器，所述UART电压锁存单元(22)为74LS系列锁存器，所述电压转换单元(23)为MPQ8632GLE-4-Z稳压器。

3.根据权利要求1所述的一种可自适应电压的UART转USB系统，其特征在于，所述系统还包括UART指示模块(5)，用于显示所述电压确定模块(2)所选定的系统当前的工作模式。

4.根据权利要求1所述的一种可自适应电压的UART转USB系统，其特征在于，所述系统通过服务器的USB接口或者服务器外接设备的USB接口供电。

5.根据权利要求1-4中任意一项所述的一种可自适应电压的UART转USB系统，其特征在于，所述UART转USB模块(3)为FT232R芯片。

6.根据权利要求1-4中任意一项所述的一种可自适应电压的UART转USB系统，其特征在于，与所述系统连接的UART接口发生变化时，通过所述电压确定模块(2)重新确定当前服务器板卡上UART的工作电压。

7.一种可自适应电压的UART转USB的方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：

检测服务器板卡上UART的工作电压；

进行UART信号与USB信号的转换；其中，

8.根据权利要求7所述的一种可自适应电压的UART转USB的方法，其特征在于，根据所述服务器板卡上UART的工作电压确定UART转USB系统的工作模式之后，所述方法还包括：

对UART转USB系统当前的工作模式进行显示。