Terminal für serielle Schnittstellen: Kommunikation, Protokollierung und Debugging für RS-232 / RS-485 und VT-100

Zuletzt aktualisiert am von Oliver Reed

SerialTool ist eine professionelle, plattformübergreifende Software (Windows, macOS und Linux), die für das Testen, Debuggen und die fortgeschrittene Analyse von seriellen Schnittstellen entwickelt wurde, die mit elektronischen, industriellen und eingebetteten Geräten verbunden sind. Es ist derzeit die umfassendste Lösung für die serielle Kommunikation und bietet sowohl Low-Level- (byte-orientiert) als auch erweiterte Terminal-Modi (VT-100).

Wenn Sie eine Verbindung zu einem Gerät über eine serielle Schnittstelle herstellen müssen, ist SerialTool das unverzichtbare Werkzeug: Es ermöglicht Ihnen, die Kommunikation professionell zu überwachen, zu protokollieren, zu debuggen und zu analysieren.

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Volle Unterstützung für VT-100 Terminal

SerialTool unterstützt die VT-100-Emulation, die in professionellen und infrastrukturellen Geräten weit verbreitet ist. In diesen Kontexten ist das serielle Terminal oft der einzige zuverlässige "Service"-Zugangskanal, der auch dann verfügbar bleibt, wenn das Netzwerk ausgefallen ist.

Typische Beispiele für Geräte, die VT-100 verwenden:

  • Netzwerkhardware: Router, Switches, Hardware-Firewalls, Enterprise-WLAN-Access-Points.
  • Serversysteme: Enterprise-Server (BIOS/UEFI-Konfigurationen, iDRAC/iLO-Module auch ohne Netzwerk).
  • Infrastruktur: USV, DVR (Digitaler Videorekorder), NAS.
  • Industrielle/Wissenschaftliche Instrumentierung: SPS, Präzisionswaagen, GPS-Empfänger, PCBs und kundenspezifische Geräte.

Nützliche Wikipedia-Links: BIOS · UEFI · SPS · GPS

In der Welt der eingebetteten Elektronik ist die Verwendung eines Terminals für das Firmware-Debugging von grundlegender Bedeutung. Wenn Sie Plattformen wie Arduino, ESP32, STM32 oder Raspberry Pi verwenden, ist SerialTool das ideale Werkzeug zur Überwachung von Ausgaben und Systemprotokollen.

Unterschied zwischen serieller Software und seriellem Terminal

Herkömmliche Software für serielle Schnittstellen überträgt und empfängt einfach rohe Bytes über TX (Senden), RX (Empfangen) und Masse (GND). In diesem Fall wird der Datenstrom nicht als Textschnittstelle interpretiert: Er wird lediglich "wie er ist" angezeigt.

  • ASCII (druckbare Zeichen)
  • Hexadezimal (Byte-für-Byte-Analyse)
  • Binär (wenn eine Bit-Ebene-Ansicht benötigt wird)

Ein VT-100-Terminal hingegen muss auch ANSI-Escapesequenzen (ESC) interpretieren, um Cursor, Farben, Bildschirmreinigung und Formatierung korrekt zu verwalten. Hier reicht das Drucken von Bytes nicht aus: Emulation ist erforderlich.

Ein wesentlicher praktischer Unterschied zwischen den beiden Terminaltypen ist zum Beispiel das Erstellen einer neuen Zeile auf dem Bildschirm.
In einem VT-100-Terminal wird konventionell eine neue Zeile eingefügt, wenn die Byte-Sequenz 0x0D 0x0A empfangen wird, die dem Terminal mitteilt, dass es Zeit ist, eine neue Zeile zur Anzeige hinzuzufügen.
Dieser Standard wird bei proprietären seriellen Protokollen nicht unbedingt eingehalten.
Da Daten im industriellen Modbus-Kommunikationsprotokoll roh sind und nicht für die ASCII-Anzeige bestimmt sind, enden Pakete nicht mit einer bestimmten Sequenz.
Aus diesem Grund ermöglicht SerialTool das Setzen einer neuen Zeile im klassischen Terminal bei Ankunft eines Pakets durch Verwendung der auswählbaren Option "Packet Mode" (Paketmodus), die im folgenden Screenshot gezeigt wird.

serial port terminal vt-100

Auswahl des klassischen Terminalmodus im Paketmodus

Auf diese Weise generiert das Terminal bei Empfang einer Byte-Sequenz von einer bestimmten seriellen Schnittstelle eine neue Zeile, wenn das Paket beendet ist.
Um zu bestimmen, wann ein Paket beendet ist, ist es wichtig, den "Last Byte Timeout" (Zeitüberschreitung des letzten Bytes) im Bildschirm für die verwendete serielle Schnittstelle einzustellen (typischerweise 50ms).

Hinweis: Wenn Sie den unten erwähnten VT-100-Terminalmodus verwenden möchten, hat der eingehende Datenverkehr kein spezifisches Timeout und hängt vom Master-Gerät ab, mit dem Sie verbunden sind.
Aus diesem Grund ist es wichtig, den "Last Byte Timeout" auf 1ms einzustellen, um eine flüssige Visualisierung zu gewährleisten. In diesem Fall wird jeder eingehende Byte-Strom sofort zur Interpretation an das VT-100-Terminal gesendet.
Es passiert nichts, wenn das Timeout bei 50ms bleibt, aber es besteht die Gefahr, dass einige Animationen verlangsamt werden oder nicht dem vom Entwickler beabsichtigten Effekt entsprechen.
Ein Beispiel ist die Simulation eines Fortschrittsbalkens mit ANSI-Zeichen, der auf dem Bildschirm falsch dargestellt würde, wenn das Timeout zu hoch wäre.
Diese Beispiele sind kleine Anpassungen, die etwas Erfahrung erfordern, aber SerialTool wurde speziell entwickelt, um jede Art von Betrieb der seriellen Schnittstelle zu ermöglichen. Sie haben daher die Möglichkeit, bis zur Analyse einzelner Bytes zu gehen und verschiedene Zeitabläufe zu bewerten, mit denen die serielle Schnittstelle arbeitet.

SerialTool und Low-Level-Debugging (Byte-orientiert)

Mit SerialTool ist es möglich, seriellen Datenverkehr auf niedriger Ebene mit dem klassischen Terminal zu überwachen, zu protokollieren und zu debuggen, wobei die realen Bytes im Transit angezeigt werden. Die Visualisierung kann in ASCII, Hexadezimal oder kombiniert (ASCII + HEX) erfolgen.

Dieser Modus ist grundlegend, wenn es notwendig ist:

  • jedes einzelne Byte (und bei Bedarf einzelne Bits) zu analysieren
  • Prüfsummen/CRC zu überprüfen
  • Frames und Pakete zu studieren
  • Kommunikationsfehler zu diagnostizieren

Beispiel: Modbus-Protokoll

Ein typischer Fall ist Modbus, wo Master- und Slave-Geräte mit strengen Frames kommunizieren, oft über RS-485. In diesem Szenario ist ein "reines" Terminal (nur VT-100) nicht ideal: Sie müssen exakte Bytes sehen und verifizieren, einschließlich CRC und Antwortzeiten.

01 03 00 00 00 02 C4 0B

Im klassischen Modus macht SerialTool die Frame-Analyse, Adress-/Funktionsüberprüfung und Byte-für-Byte-Analyse sofort möglich.

VT-100 Terminal: Erweiterte Mensch-Maschine-Interaktion (ANSI/ESC)

Wenn ein Gerät eine benutzerfreundliche Interaktion (Menüs, Shells, Tabellen, Hervorhebungen) bietet, wird oft ein VT-100-Terminal verwendet: Die Daten sind typischerweise lesbares ASCII, angereichert durch ESC-Sequenzen. Diese Sequenzen beginnen normalerweise mit dem ESC-Zeichen (0x1B) und befehlen "grafische" Aktionen.

Typische Aktionen, die durch ESC-Sequenzen gesteuert werden:

  • Cursorbewegung
  • Löschen des Bildschirms oder von Zeilen
  • Ändern der Textfarbe / Attribute (fett, unterstrichen)
  • Positionieren des Cursors an bestimmten Koordinaten

Beispiele für ANSI/ESC-Sequenzen

  • \x1B[2J: Löscht den gesamten Bildschirm.
  • \x1B[H: Bewegt den Cursor nach oben links (Home).
  • \x1B[31m: Ändert die Textfarbe in Rot.
  • \x1B[5;10H: Bewegt den Cursor zu bestimmten Koordinaten (Zeile 5, Spalte 10).

In diesem Modus zeigt SerialTool nicht nur Bytes an: Es interpretiert die Sequenzen und zeigt dem Benutzer eine saubere, farbige und navigierbare Oberfläche, wie von den VT-100/ANSI-Standards vorgesehen.

Vergleichende Analyse: Modbus (Low-Level) vs. VT-100 Konsole

Um den Nutzen beider Modi in derselben Software zu verstehen, betrachten wir zwei entgegengesetzte Szenarien:

Beispiel 1 — Modbus (Low-Level)

In einem RS-485-Netzwerk fragt ein Master einen Slave ab. Die Kommunikation besteht aus binären Paketen (Frames) wie: 01 03 00 00 00 02 C4 0B. Hier werden Hexadezimalanzeige, CRC-Überprüfung und Byte-für-Byte-Analyse benötigt.

Lösung: SerialTool Klassisches Terminal (byte-orientiert).

Beispiel 2 — Router/Embedded Linux Konsole (VT-100)

Beim Verbinden mit einem Router oder einem eingebetteten System sendet das Gerät ASCII-Tabellen, Menüs und Farben über ANSI/ESC-Sequenzen. "Einfache" serielle Software würde verwirrende Zeichenfolgen voller ^[ anzeigen. Ein korrektes VT-100-Terminal interpretiert die Codes und zeigt die Schnittstelle wie entworfen an.

Lösung: SerialTool VT-100-Modus (volle ANSI-Emulation).

Legacy-Software wie PuTTY oder Tera Term wurde fast ausschließlich für die Terminalemulation entwickelt und ist daher nicht ideal für das byte-orientierte Debugging von Protokollen wie Modbus. SerialTool vereint das Beste aus beiden Welten.

Visualisierung des ESP32-Boots

Um besser zu verstehen, wie dieselben Daten je nach gewählter SerialTool-Konfiguration unterschiedlich visualisiert werden, analysieren wir den Boot eines ESP32-S3-Moduls über den Debug-Port.
In verschiedenen Bildschirmen wird dieselbe Standard-Bootsequenz wiederholt (gemeinsam für viele Master-Geräte), was ideal für die Visualisierung mit einem VT-100-Terminal ist.
Zum Vergleich wird dieselbe Sequenz mit dem klassischen Terminal von SerialTool und auch dem Hexadezimal-Terminal gezeigt.

Wählen Sie zuerst den Terminalmodus aus dem Hauptmenü, wie im folgenden Bild gezeigt.

serial port terminal selection

Auswahl des Terminal-Visualisierungsmodus

Wählen Sie den VT-100-Terminalmodus aus den Terminaleinstellungen.

serial port terminal vt-100

Auswahl des VT-100-Terminalmodus

Sobald der VT-100 serielle Terminalmodus ausgewählt ist, werden die Optionen für das klassische Terminal von SerialTool deaktiviert.
Durch Zurücksetzen des ESP32-Moduls beobachten wir den eingehenden Bootloader-Datenverkehr vom Modul.

boot esp32 serial port

ESP32-S3 Boot im VT-100-Terminalmodus

An diesem Punkt versuchen wir denselben ESP32-Modul-Bootvorgang mit Visualisierung durch das klassische Terminal von SerialTool.
Wählen Sie zuerst den klassischen Terminalmodus und wählen Sie die Byte-Darstellung im ASCII-Format.
Die Optionen für das klassische Terminal von SerialTool erscheinen wieder.

boot esp32 serial port ascii selection

Auswahl des klassischen SerialTool-Terminalmodus - ASCII

Durch Zurücksetzen des ESP32-Moduls beobachten wir den eingehenden Bootloader-Datenverkehr vom Modul.

boot esp32 serial port ascii

ESP32-S3 Boot im klassischen SerialTool-Terminalmodus - ASCII

Lassen Sie uns dasselbe Experiment durchführen, indem wir die Datenverkehrsvisualisierung im Hexadezimalmodus verwenden, indem wir den Datenanzeigemodus auf Hexadezimal einstellen.

boot esp32 serial port hex selection

Auswahl des klassischen SerialTool-Terminalmodus - Hexadezimal

Durch Zurücksetzen des ESP32-Moduls beobachten wir den eingehenden Bootloader-Datenverkehr vom Modul.

boot esp32 hex terminal

ESP32-S3 Boot im klassischen SerialTool-Terminalmodus - Hexadezimal

Als letzten Test verwenden wir den anderen Typ von seriellem Terminal von SerialTool, nämlich das reine Hexadezimal-Terminal.
In dieser Darstellung wird der serielle Portverkehr auf demselben Bildschirm sowohl als Hexadezimal als auch als ASCII in zwei verschiedenen Abschnitten angezeigt.
Diese Art der Visualisierung ist sehr geeignet, wenn Sie den Datenverkehr in Bytes (eingehend und ausgehend) gleichzeitig klar sehen müssen.
Die Wahl des Hexadezimal-Terminals richtet sich typischerweise an Entwickler in eingebetteten Umgebungen.

Wählen Sie zuerst das Hexadezimal-Terminal vom Hauptbildschirm aus.

serial port terminal hex selection

Auswahl des Hexadezimal-Terminalmodus

Durch Zurücksetzen des ESP32-Moduls beobachten wir den eingehenden Bootloader-Datenverkehr vom Modul über das Hexadezimal-Terminal.

boot esp32 hex terminal

ESP32-S3 Boot im HEX-Terminal

Warum SerialTool wählen?

SerialTool ist die beste Software für serielle Schnittstellen, weil sie das Low-Level klassische Terminal und die vollständige VT-100-Emulation zusammen mit fortschrittlichen Protokollierungs- und Analysetools in einer einzigen Lösung integriert.

  • Öffnen Sie mehrere serielle Schnittstellen gleichzeitig.
  • Wechseln Sie sofort von der Byte-für-Byte-Ansicht (ASCII/HEX/BIN) zum VT-100-Modus.
  • Führen Sie erweiterte Protokollierung und Datenintegritätsanalyse durch (CRC/Prüfsumme, Antwortzeiten).
  • Verwenden Sie eine einzige Anwendung auf Windows, macOS und Linux für eingebettete, industrielle und Unternehmens-Infrastrukturen.

Nützliche Wikipedia-Links: Serielle Schnittstelle · RS-232 · RS-485 · UART · VT-100 · ANSI-Escapesequenz · Modbus