Мониторинг, сниффинг, отладка и логирование последовательного порта

На этой странице вы узнаете три способа анализа последовательной связи между устройствами (ПК, контроллеры, встраиваемые платы) и почему COM Sniffer от SerialTool часто является лучшим решением: только программный метод, без проводов, прозрачный и пригодный для monitor/sniff/debug/logger даже на протяжении нескольких дней.

Что вы найдёте

• Глава 1: что значит мониторить порт COM, как устроены байты/биты и как последовательный интерфейс их передаёт (start/data/parity/stop), плюс TX/RX и baud rate.
• Глава 2: классический метод физического сниффинга с двумя USB↔serial-адаптерами: подключать только RX к линиям TX обоих устройств и объединить земли. Идеально для простого мониторинга/логирования.
• Глава 3: тот же подход для Master-ПК, общающегося с Целевым устройством через преобразователи USB↔serial/RS-232/RS-485 (один и тот же протокол, разные физические уровни). Включает обзор Modbus RTU/ASCII и промышленных/CNC/встраиваемых сценариев (отладка, прошивка, реверс-инжиниринг).
• Глава 4: почему часто выгоднее использовать COM Sniffer от SerialTool: это монитор последовательного порта на базе драйвера ядра Windows, перехватывающий данные, IOCTL, сигналы и параметры портов, уже открытых другим ПО. Без кабелей, точные фильтры, экспорт в pcap/pcapng (например, для Wireshark) и стабильность для длинных захватов.

Если цель — быстро проанализировать стороннее ПО или непрерывно мониторить ваше приложение, начните с Главы 4 – COM Sniffer: это самый быстрый способ мониторить, сниффить, отлаживать и логировать без сборки стенда.

Глава 1 – Мониторинг данных с порта COM

1.1 Что означает «мониторинг последовательного порта»

Мониторинг COM- (последовательного) порта — это наблюдение в реальном времени за байтами, идущими по линиям связи между ПК и устройством. Обычно различают два направления: TX (передача от ПК к устройству) и RX (приём от устройства к ПК). Хороший монитор показывает данные и как текст (ASCII/UTF-8-интерпретация), и как шестнадцатеричные (HEX) — т. е. сырые байты.

1.2 Байты и биты: логическое представление vs. передача по линии

Когда мы пишем Hello, пять символов преобразуются в пять ASCII-байтов: 48 65 6C 6C 6F в шестнадцатеричном виде. Визуализатор байтов, как в SerialTool, позволяет увидеть логическую форму сигнала отдельных битов внутри каждого байта.

Как читать байты в логическом виде

• Диаграмма выделяет 8 информационных битов на байт (b7…b0). В памяти их можно перечислять как MSB→LSB (от старшего к младшему).
• Это представление ещё не включает элементы последовательного протокола (start, parity, stop) и не отражает порядок передачи «по проводу».

Как байты передаются по последовательному порту

На физической линии RS-232/TTL каждый байт инкапсулируется в соответствии с серийным кадром:

Старт (1 бит, логический «0») → Данные (7/8 бит, отправка с LSB вперёд) → Чётность (опц.) → Стоп (1 и более бит, логическая «1»).

• Простой: линия TX стабильно в логической «1» (mark). Так и остаётся до прихода старт-бита.
• Старт-бит: переход к «0» (space) обозначает начало байта.
• Биты данных: передаются в порядке LSB-first (сначала младший бит).
• Стоп-бит: возврат к «1» на 1 и более бит; гарантирует восстановление простоя.
• Baud rate: определяет длительность бита (например, при 9600 бод бит ≈ 104,17 мкс).

Примечание о RS-232 и TTL

• На уровне TTL (UART 3,3/5 В) «1» — высокий уровень, «0» — низкий.
• На уровне RS-232 уровни напряжения инвертированы (логическая «1» ≈ отрицательное напряжение, «0» ≈ положительное), но последовательность start/data/stop одинакова.

Быстрый пример: время передачи «Hello»

В конфигурации 8N1 (1 старт, 8 данных, 1 стоп) каждый байт занимает на линии 10 бит. При 9600 бод это ~960 байт/с. Для 5 байт («Hello») требуется ~5,21 мс.

Глава 2 – Мониторинг/сниффинг, отладка и логирование последовательной связи с двумя USB-to-serial адаптерами

2.1 Цель

Создать неинвазивный последовательный монитор/сниффер для наблюдения, отладки и логирования байтов, обмениваемых между Устройством 1 и Устройством 2, не прерывая их связь.

2.2 Электрические соединения (пассивное подключение)

• COM5 (USB-to-serial №1): подключить RX-контакт адаптера к TX Устройства 1 (сниффинг данных, посылаемых Устройством 1).
• COM6 (USB-to-serial №2): подключить RX-контакт адаптера к TX Устройства 2 (сниффинг данных, посылаемых Устройством 2).
• Общий GND: соединить землю обоих USB-to-serial адаптеров с землёй обоих устройств (общая опорная точка уровней).
• Не подключать TX адаптеров к шине: мы остаёмся в режиме «только приём» с высоким входным сопротивлением, не мешая линии.
• Не питать устройства от 5В/3,3В адаптеров (VCC при пассивном подключении не используется).

Примечание по уровням: метод применим к UART/TTL (3,3/5 В) или шинам с совместимыми драйверами. Для RS-232 (±12 В) нельзя напрямую подключать TTL-RX: нужен RS-232↔USB-преобразователь или специализированный RS-232-тап/монитор. Иными словами, чтобы логировать линию RS-232, используйте подходящее железо.

2.3 Поиск и установка скорости (baud rate)

Для корректной декодировки baud rate и параметры должны совпадать с параметрами устройств (например, 9600/8N1). Если неизвестно:

• Проверьте документацию устройства или протокола.
• Пробуйте самые распространённые скорости (9600, 19200, 38400, 57600, 115200...).
• Измерьте осциллографом/логическим анализатором: длительность бита Tbit=1/baud (например, при 9600 бод ≈ 104,17 мкс на бит).

2.4 Открытие двух COM-портов в SerialTool

1. Подключите адаптеры: система увидит два порта (в примере COM5 и COM6).
2. В SerialTool откройте две сессии:
   • Сессия A → COM5, установите скорость/чётность/стоп как у устройств (например, 115200/8N1).
   • Сессия B → COM6, те же параметры, что в сессии A.
3. Переведите обе в режим монитора (только RX): на COM5 будут байты, посылаемые Устройством 1, на COM6 — Устройством 2.
4. Для отладки используйте вид HEX и таймстемпы; для логирования сохраняйте в файл (CSV/pcap/raw) для последующего анализа.

В этом сценарии вы — пассивный физический «man-in-the-middle»: мониторите/сниффите электрически, не изменяя сигналов.

2.5 Контактные сигналы, исключённые в этом примере

Диаграмма сосредоточена на данных TX/RX и не мониторит управляющие контакты (например, RTS/CTS, DTR/DSR, DCD, RI). Во многих случаях они не нужны; однако, если используется аппаратное управление потоком, имеет смысл «снять» и эти линии специальными пробниками.

Дополнительно: RS-232 (Wikipedia), RS-232 – сигналы, Аппаратное управление потоком, UART.

2.6 Практические советы для стабильного мониторинга/сниффинга

• Используйте короткие кабели и надёжный общий GND; избегайте петель по земле.
• Большинство UART-драйверов допускают два RX-входа (fan-out) на одной TX-линии, но лишнюю нагрузку лучше избегать.
• Всегда выравнивайте параметры порта в обеих сессиях (baud, данные, чётность, стоп).
• Для RS-485 или дифференциальных шин нужны специальные адаптеры и иные правила «снятия» сигналов.

С этой техникой вы можете надёжно мониторить, сниффить, отлаживать и логировать последовательную связь между двумя устройствами, используя доступные средства: два USB-to-serial адаптера + SerialTool.

Глава 3 – Сниффинг/мониторинг последовательной линии между «Master-ПК» и «Целевым устройством»

3.1 Цель и концепции

Мы хотим мониторить и сниффить байты, идущие между ПО на Master-ПК и целевым устройством, не вмешиваясь в связь. Это типичный пассивный физический «man-in-the-middle»: два USB-to-serial адаптера, подключённые только по RX, «читают» каждое направление. Полезно для отладки, анализа протокола и как логер для аудита или реверса.

3.2 Подключения (пошагово)

1. COM5 (ПК для сниффинга) → подключить RX адаптера к TX устройства (слушать, что посылает Target).
2. COM6 (ПК для сниффинга) → подключить RX адаптера к TX ПК (слушать команды Master-ПК).
3. Общий GND между двумя адаптерами и двумя устройствами (общая ссылка).
4. Не подключать TX адаптеров ПК для сниффинга: остаёмся только приём (высокая импеданс), не мешая линии.

В SerialTool откройте две сессии: COM5 и COM6. В обеих задайте скорость и формат идентичные Master/Device (например, 115200-8N1). Не знаете скорость? Попробуйте типовые значения или измерьте длительность бита осциллографом/логическим анализатором.

3.3 Один протокол — разные уровни: UART/TTL, RS-232, RS-485

Асинхронный последовательный протокол (старт, 7/8 бит данных с LSB вперёд, опциональная чётность, 1+ стоп) одинаков. Меняется лишь физический уровень, по которому бегут биты:

• UART/TTL (3,3/5 В): однотактные сигналы, «1» — высокий / «0» — низкий.
• RS-232: инвертированные и ±-уровни (обычно ±3…±12 В), тоже однотактные.
• RS-485: дифференциальная пара A/B, часто полудуплекс с несколькими узлами; общая земля рекомендуется.

Поэтому используйте подходящий адаптер: USB↔TTL для UART, USB↔RS-232 для RS-232, USB↔RS-485 для RS-485. Кадр один и тот же, а уровни и топология (дифференциал/терминация) отличаются.

3.4 Где применяется (CNC, промышленность и др.)

Такой сетап типичен для CNC, промышленного оборудования, PLC/HMI, робототехники, весов, POS, датчиков, приборов, систем автоматизации зданий — в целом там, где ПК/ПЛК управляет устройством по «последовательке». Описанный метод сниффинга позволяет мониторить/сниффить/отлаживать/логировать трафик для функционального анализа, диагностики, трассировки команд и валидации.

3.5 Modbus поверх последовательной линии

Часто по COM идёт Modbus RTU/ASCII — широко используемый в индустрии протокол мастер/слейв (ныне клиент/сервер). Master посылает запросы (чтение/запись катушек и регистров), устройство отвечает. В SerialTool есть Modbus-клиент для быстрого опроса регистров (диагностика/тесты), а также монитор/HEX-вид для сырых кадров (адрес, функция, данные, CRC).

3.6 Обновление прошивки и параметрирование

В встраиваемом мире «последователька» широко используется для обновления прошивок и передачи параметров в Target. Примеры: загрузчики на кастомных платах, экосистемы Arduino, разные МК. Тут разработчику обычно нужны две вещи:

1. Отладить приложение, которое общается с Target (проверить команды, тайминги, ошибки).
2. Реверс-инжиниринг существующего протокола (есть «закрытое» мастер-ПО, общающееся с платой; я сниффлю, чтобы понять сообщения и затем воспроизвести их в своём ПО).

3.7 Практические заметки и инструменты

• Обычно нужны два ПК (Master и ПК для сниффинга) и как минимум два USB-to-serial преобразователя для двунаправленного сниффинга.
• Для RS-232 используйте RS-232-тап/преобразователь; для RS-485 подключайте приёмный интерфейс к клеммам A/B (с соблюдением терминации и полярности). В полудуплексе RS-485 направление можно понять по таймингу.
• Управляющие контакты (RTS/CTS, DTR/DSR, DCD, RI) не рассматриваются; если есть аппаратный флоу-контроль, подумайте о специальных пробниках.
• В SerialTool включайте HEX-вид, таймстемпы и сохраняйте как логер (текст/CSV/pcap) для последующего анализа.

Итог: одинаковый последовательный протокол (асинхронные кадры), разные физические уровни (TTL/RS-232/RS-485). С пассивным «двойным RX» и софтом вроде SerialTool вы можете надёжно мониторить, сниффить, отлаживать и логировать связь между Master-ПК и целевым устройством.

Глава 4 – COM Sniffer: монитор/сниффер/отладчик/логер без физического подключения

4.1 Что делает COM Sniffer

COM Sniffer — это монитор последовательного порта, который перехватывает связь на COM-порту, уже открытом другой программой, позволяя мониторить, сниффить, отлаживать и логировать весь трафик (TX/RX) без касания кабелей, без дополнительного железа и без влияния на работу Master-ПК или целевого устройства.

4.2 Как это работает: драйвер ядра

В основе — драйвер ядра для Windows, который встраивается в стек последовательного порта и выборочно наблюдает:

• Буферы данных при чтении/записи (TX ↔ RX) с чётким разделением направлений;
• IOCTL (Input/Output Control): открытия/закрытия, настройки скорости/чётности/стоп-битов, тайм-ауты, управляющие сигналы (RTS/DTR/CTS/DSR/DCD/RI) и т. п.;
• События/сигналы и состояние порта (line status, modem status).

Драйвер мощный, но интерфейс простой: можно фильтровать по типу (только данные, только конфигурационные IOCTL, только сигналы и т. д.), чтобы сосредоточиться на важном. Он рассчитан на длительные захваты (часы/дни) — стабильно, для мониторинга вашей или сторонней программы. Примечание: работает только в Windows, так как опирается на драйверы в режиме ядра.

4.3 Почему это часто лучше, чем физическое подключение

• Не нужен «лабораторный» набор из двух ПК + двух USB-to-serial: экономия времени и меньше точек отказа.
• Нулевое электрическое воздействие: линии не нагружаются, нет риска петель по земле.
• Видно всё между приложением и драйвером: данные, IOCTL, сигналы, причём сразу на нескольких портах.

4.4 Логирование и экспорт для анализа протоколов

Можно сохранять прямо в файл как логер (text/CSV) или экспортировать в pcap/pcapng для анализа в Wireshark. Это крайне удобно для промышленных протоколов, таких как Modbus RTU/ASCII: по кадрам и таймстемпам удобно проверять тайминги, CRC, последовательности функций и т. д.

4.5 Что можно наблюдать

• Данные TX/RX раздельно, в ASCII и HEX, с отметками времени;
• Параметры порта, устанавливаемые программой (скорость, 7/8 бит, чётность, стоп, тайм-ауты);
• Управляющие сигналы и IOCTL (RTS, DTR, CTS, DSR, DCD, RI) и изменения состояния;
• События open/close и ошибки (переполнение, фрейминг, чётность).

4.6 Когда использовать

• Отладка вашего последовательного приложения без изменений кода/проводов;
• Долговременный мониторинг сторонних приложений для аудита/диагностики;
• Реверс-инжиниринг проприетарных протоколов (в рамках закона) для воспроизведения функций в своём ПО;
• Валидация стандартных протоколов (например, Modbus) и сигналов рукопожатия.

4.7 Заметки и дополнительные материалы

COM Sniffer работает на уровне системы, опираясь на логику асинхронного последовательного протокола (start/data/parity/stop). Если приложение использует разные физические уровни (UART/TTL, RS-232, RS-485), захват остаётся тем же, потому что он происходит выше электрического уровня — внутри стека COM-порта Windows.

Полезные ссылки: Serial port · UART · RS-232 · RS-485 · IOCTL · Драйверы ядра Windows · Wireshark · Modbus.

Коротко: COM Sniffer от SerialTool — это «чисто программное» решение для мониторинга, сниффинга, отладки и логирования последовательного порта, открытого другими программами, с надёжным драйвером ядра, точными фильтрами и экспортом для продвинутого анализа.