XPort

Was ist der XPort?

Der XPort ist ein Embedded Device Server des US-amerikanischen Herstellers Lantronix. Das Bauteil integriert einen vollständigen Netzwerk-Stack in einem Gehäuse, das kaum größer ist als eine RJ45-Buchse mit integriertem Transformator. Entwickler setzen den XPort ein, um Geräte mit einer seriellen Schnittstelle ohne großen Hardwareumbau netzwerkfähig zu machen. Der XPort übernimmt sämtliche Aufgaben der Netzwerkkommunikation und entlässt das Hostgerät aus der Komplexität von TCP/IP-Implementierungen.

Aufbau und technische Eigenschaften

Im Inneren des kompakten Gehäuses arbeiten ein leistungsfähiger Mikrocontroller, ein TCP/IP-Stack, Flash-Speicher für die Firmware und ein webserverbasiertes Konfigurationsinterface. Der XPort verfügt über eine 10/100-MBit-Ethernet-Schnittstelle sowie eine asynchrone serielle Schnittstelle, die mit Datenraten von 300 Baud bis 921,6 KBaud betrieben werden kann. Die serielle Seite unterstützt RS-232, RS-422 und RS-485, je nach Variante auch galvanisch getrennt. Der XPort lässt sich direkt auf eine Platine löten oder in eine Buchsenleiste stecken. Die Spannungsversorgung erfolgt mit 3,3 Volt Gleichspannung, die Stromaufnahme liegt bei etwa 270 Milliampere unter Volllast.

Funktionsweise

Der XPort kapselt serielle Datenströme in TCP- oder UDP-Pakete und umgekehrt. Ein angeschlossener Mikrocontroller sendet seine Daten wie gewohnt über die serielle Leitung an den XPort. Dieser verpackt die Daten transparent in Netzwerkpakete und sendet sie an einen konfigurierten Zielrechner. Eingehende Netzwerkdaten entpackt der XPort und leitet sie als seriellen Strom an das Hostgerät weiter. Das Hostgerät benötigt keinerlei Kenntnis über IP-Adressen, Ports oder Netzwerkprotokolle. Der gesamte Netzwerkverkehr wird vollständig vom XPort abgewickelt.

Konfiguration und Inbetriebnahme

Die Konfiguration des XPort erfolgt über den integrierten Webserver. Nach dem Anschluss an die Spannungsversorgung und das Netzwerk bezieht der XPort per DHCP eine IP-Adresse oder nutzt eine fest vergebene Adresse. Über einen Browser greift der Administrator auf die Weboberfläche zu und stellt Parameter wie IP-Adresse, Subnetzmaske, Gateway, Baudrate, Datenbits, Parität und Stoppbits ein. Alternativ unterstützt der XPort die Konfiguration per Telnet, serieller Konsole oder über das hauseigene Tool DeviceInstaller. Einmal konfiguriert, speichert der XPort die Einstellungen nichtflüchtig und arbeitet nach jedem Neustart sofort mit den hinterlegten Parametern.

Einbindung in Windows und andere Betriebssysteme

Für Windows stellt Lantronix einen virtuellen COM-Port-Treiber bereit. Dieser Treiber registriert einen oder mehrere COM-Ports im Betriebssystem, die in Wirklichkeit über das Netzwerk mit dem XPort kommunizieren. Anwendungen, die auf serielle Kommunikation angewiesen sind, können den virtuellen COM-Port wie eine physische serielle Schnittstelle ansprechen. Die Treiberlösung funktioniert mit nahezu jeder Standardsoftware, ohne dass diese netzwerkfähig sein muss. Für Linux und andere Betriebssysteme existieren ebenfalls Treiber und Hilfsprogramme, die die Einbindung serieller Geräte über das Netzwerk ermöglichen.

Varianten des XPort

Lantronix bietet den XPort in mehreren Varianten an, die sich in Funktionsumfang und Schnittstellen unterscheiden.

• XPort Standard: Die Basisvariante mit einem seriellen Kanal und Standard-Temperaturbereich für kommerzielle Anwendungen von 0 bis 70 Grad Celsius.
• XPort Pro: Erweiterte Version mit erhöhtem Temperaturbereich von minus 40 bis plus 85 Grad Celsius, zusätzlichen Sicherheitsfeatures und erweitertem Flash-Speicher.
• XPort Industrial: Robuste Ausführung für industrielle Umgebungen mit erweitertem Temperaturbereich, galvanisch getrennten Schnittstellen und erhöhter Störfestigkeit.
• XPort Edge: Besonders kompakte und stromsparende Variante für mobile und batteriebetriebene Anwendungen.
• XPort AR: Ausführung mit zusätzlichem Prozessor für kundenspezifische Applikationen, die direkt auf dem XPort ausgeführt werden können.

Alle Varianten sind pinkompatibel und können in bestehende Designs eingebaut werden.

Entwicklung und Evaluation

Für Entwickler bietet Lantronix das XPort Evaluation Kit an. Das Kit enthält zwei XPort-Module, ein Entwicklungsboard mit seriellem Anschluss und Netzwerkbuchse, ein Netzteil, serielle Kabel sowie eine umfassende Dokumentation. Mit dem Kit lassen sich die verschiedenen Betriebsarten testen, der Datendurchsatz messen und die Konfigurationsmöglichkeiten evaluieren. Lantronix stellt zudem Softwarebibliotheken, Schaltpläne und Layout-Empfehlungen zur Verfügung, um die Integration in eigene Produkte zu beschleunigen. Das Evaluation Kit dient als Referenzdesign und verkürzt die Entwicklungszeit erheblich.

Praktische Anwendungsszenarien

Der XPort kommt in einer Vielzahl von industriellen und kommerziellen Produkten zum Einsatz. Typische Anwendungen sind die Vernetzung von Messgeräten und Sensoren, die Anbindung von medizinischen Geräten an Krankenhausinformationssysteme, die Fernwartung von Maschinen und Anlagen, die Einbindung von Kassensystemen und Waagen in Warenwirtschaftssysteme sowie die Netzwerkanbindung von älteren Laborgeräten mit serieller Schnittstelle. Überall dort, wo ein Gerät eine RS-232- oder RS-485-Schnittstelle besitzt und netzwerkfähig gemacht werden soll, bietet der XPort eine bewährte und kostengünstige Lösung.

Grenzen des XPort

Der XPort ersetzt keine vollwertige CPU und eignet sich nicht für Anwendungen, die eine hohe Rechenleistung auf dem Netzwerkmodul selbst erfordern. Die serielle Datenrate ist nach oben hin begrenzt, für hochvolumige Datenströme kann ein Single-Port-Device-Server an seine Grenzen stoßen. Die Konfiguration über den Webserver setzt einen Browser und Grundkenntnisse in IP-Netzwerken voraus, was in stark abgeschotteten Produktionsnetzen zusätzlichen Aufwand bedeuten kann. Der XPort ist ein Embedded-Bauteil und nicht als Endgerät für den direkten Einsatz am Arbeitsplatz konzipiert.