用软件“接一根串口线”：零成本实现双程序通信的实战指南

你有没有遇到过这样的场景？

手头正在开发一个基于 Modbus 协议的温控设备上位机软件，但下位机固件还没写完；或者想测试两个独立程序之间的串口交互逻辑，却发现电脑连个物理 COM 口都没有。更头疼的是，团队协作时每个人硬件环境不一致，调试结果对不上。

别急——我们不需要真的去买 USB 转串口线、Null Modem 交叉线，甚至不用插任何外设。只要装个驱动，就能在 Windows 上凭空“变出”一对相互连接的虚拟串口，让两个程序像通过真实串口一样通信。

这就是今天要讲的核心技术：Serial Null Modem Driver（虚拟空猫驱动）。

它不是什么黑科技，也不是复杂的模拟器，而是一种轻量级、高可靠、纯软件实现的串口通道桥接方案。掌握它之后，你会发现很多原本需要等硬件才能进行的调试工作，现在可以提前一周完成。

什么是 Serial Null Modem？从一根线说起

先来搞清楚一个概念：什么叫 “Null Modem”？

在传统的 RS-232 标准中，设备分为 DTE（数据终端）和 DCE（数据通信设备）。比如 PC 是 DTE，调制解调器是 DCE。它们之间用直连线连接即可：PC 的 TX 发送到 Modem 的 RX。

但如果要把两台 DTE 设备（比如两台电脑或两个工控主机）直接连起来怎么办？TX 对 TX 显然是不通的。

于是就有了Null Modem Cable（空猫线）——一种内部交叉了发送与接收引脚的特殊串口线：

设备A (COM3) 设备B (COM4) TXD ───────────────→ RXD RXD ←─────────────── TXD RTS ←─────────────── CTS CTS ←─────────────── RTS

这根线的作用，就是让两边都能“以为自己连着对方的外部设备”。

而Serial Null Modem Driver干的事，就是用软件完全模拟这根线的功能。它在系统里创建两个虚拟 COM 端口（例如 COM10 和 COM11），并把它们“内部焊死”成一条交叉通路。你往其中一个写的字节，会立刻出现在另一个的接收缓冲区中。

✅ 换句话说：你在代码里打开 COM10 发数据，另一个程序打开 COM11 就能收到，反之亦然。整个过程就像真的用一根 Null Modem 线把两个设备连起来了。

为什么开发者越来越依赖虚拟串口？

在过去，做串口调试必须配一堆硬件：USB 转 TTL 模块、电平转换芯片、万用表测信号……但现在情况变了。

最关键的一点是：虚拟串口剥离了硬件干扰，让你专注验证协议逻辑本身。

当你怀疑是不是 CRC 校验错了、帧格式不对、超时机制有问题的时候，你可以先在一个纯净的虚拟通道里排除掉线路噪声、波特率漂移、接触不良这些“脏因素”，快速定位问题根源。

哪些工具能创建虚拟串口？选型建议

目前主流的解决方案有几类，按平台划分如下：

Windows 平台推荐组合

✅ 推荐新手：VSPD Pro（Virtual Serial Port Driver）

• 图形界面友好，拖拽式操作
• 支持创建多对端口、网络映射、端口重定向
• 商业软件，但提供功能完整的试用版
• 安装即用，无需命令行

✅ 推荐进阶用户：com0com（开源免费）

• SourceForge 上的经典项目，稳定运行十余年
• 命令行控制，适合自动化脚本调用
• 内核级驱动，性能接近原生
• 缺点是界面简陋，初次使用稍有门槛

💡 实战建议：初学者可用 VSPD 快速上手，理解原理后切换到 com0com 实现批量部署。

Linux / macOS 方案

• tty0tty：Linux 内核模块，类似 com0com
• socat：强大的命令行工具，可实现/dev/tnt0 <-> /dev/tnt1的虚拟桥接
• 示例命令：
  bash socat PTY,link=/dev/virtualcom1,raw,echo=0 PTY,link=/dev/virtualcom2,raw,echo=0

这类方案更适合服务器端仿真或 CI 流水线集成。

手把手教你建一对虚拟串口（Windows 下实操）

下面我们分别演示如何用com0com和VSPD Pro创建一对互联的虚拟 COM 口。

方法一：使用 com0com（开源免费）

第一步：下载安装

前往 https://sourceforge.net/projects/com0com/
下载最新版本的setup-com0com-x.x.exe

⚠️ 注意事项：
- 必须以管理员身份运行安装程序
- 若提示“驱动未签名”，需临时关闭 Secure Boot 或禁用驱动签名强制（仅限开发机）

第二步：运行 Setup Console

安装完成后会弹出一个黑色控制台窗口（Setup Commands），输入以下命令：

install PortName=COM10 PortName=COM11

这条命令的意思是：“创建两个虚拟端口，命名为 COM10 和 COM11，并将它们互连”。

回车后你会看到类似输出：

Installed: Name=CNCA0, PortName=COM10 Installed: Name=CNCB0, PortName=COM11

此时打开【设备管理器】→【端口(COM 和 LPT)】，就能看到新增的两个 COM 口。

第三步：验证通信

打开两个串口助手（推荐 XCOM、SSCOM 或 Tera Term）：

• 左边打开 COM10，设置波特率为 115200，8-N-1
• 右边打开 COM11，同样设置
• 在左边发送字符串 “Hello”
• 观察右边是否收到

✅ 成功标志：消息实时双向可达。

补充技巧：删除端口对

如果想清理环境，可在同一控制台执行：

remove CNCA0 CNCB0

或者直接在设备管理器中右键卸载设备。

方法二：使用 VSPD Pro（图形化操作，强烈推荐新手）

第一步：安装软件

从 Eltima 官网下载 VSPD Pro 安装包，安装过程中勾选“Install Virtual Serial Ports”。

第二步：添加端口对

1. 启动主程序界面
2. 点击顶部按钮“Add Pair”
3. 弹窗中左侧设为COM5，右侧设为COM6
4. 点击 Start → OK

瞬间你就有了一个打通的虚拟通道！

第三步：热插拔支持

VSPD 还支持动态启停、重命名、断开连接再重连等高级功能，非常适合模拟异常通信场景（如突然断线重连）。

实战案例：用 Python 模拟 Modbus 主从通信

假设你要开发一款工业温控系统的上位机软件，协议是 Modbus RTU over 串口。现在下位机还没做好，你能开始吗？

当然可以！我们来分两步走：

步骤一：写一个 Modbus 主机（运行在 COM3）

import serial import time # 连接到虚拟主端口 ser = serial.Serial( port='COM10', baudrate=9600, bytesize=serial.EIGHTBITS, parity=serial.PARITY_NONE, stopbits=serial.STOPBITS_ONE, timeout=2 ) def send_request(): # Modbus 功能码 0x03，读保持寄存器 #0，长度1 request_frame = bytes([0x01, 0x03, 0x00, 0x00, 0x00, 0x01, 0x85, 0xC9]) ser.write(request_frame) print("➡️ 发送请求:", ' '.join(f'{b:02X}' for b in request_frame)) response = ser.read(100) if response: print("⬅️ 收到响应:", ' '.join(f'{b:02X}' for b in response)) else: print("❌ 超时无响应") if __name__ == "__main__": try: while True: send_request() time.sleep(2) except KeyboardInterrupt: ser.close() print("串口已关闭")

步骤二：写一个简单的从机模拟器（监听 COM4）

import serial # 监听虚拟从端口 slave_ser = serial.Serial( port='COM11', baudrate=9600, bytesize=serial.EIGHTBITS, parity=serial.PARITY_NONE, stopbits=serial.STOPBITS_ONE, timeout=1 ) print("Modbus 从机模拟器启动，等待请求...") while True: data = slave_ser.read(100) if len(data) >= 8 and data[1] == 0x03: # 是读保持寄存器请求 print("📥 收到主机请求:", ' '.join(f'{b:02X}' for b in data)) # 构造响应：返回值为 0x0014（假设温度20℃） response = bytes([0x01, 0x03, 0x02, 0x00, 0x14, 0x75, 0x9A]) slave_ser.write(response) print("📤 发送模拟响应:", ' '.join(f'{b:02X}' for b in response))

步骤三：运行测试

1. 先确保com0com已建立COM10 ↔ COM11通道
2. 分别运行上面两个脚本
3. 观察输出日志

你会看到主机每隔 2 秒发一次请求，从机立即返回伪造的数据帧。整个流程完全脱离硬件，却完整复现了实际通信行为。

开发中的常见坑点与避坑秘籍

别看这个技术简单，实际使用中很多人踩过坑。以下是我在多个项目中总结的经验：

❌ 坑一：端口号冲突

现象：程序报错Access is denied或打不开串口
原因：其他程序（尤其是旧版串口助手）占用了端口
解决：
- 使用更高编号的 COM 口（如 COM10+）
- 关闭所有可能占用串口的工具
- 任务管理器查handle.exe或重启电脑最干脆

❌ 坑二：波特率不一致

现象：收到乱码或根本收不到数据
原因：两端设置的波特率、校验位不同
解决：统一参数！建议初期都用9600 8-N-1，稳定后再改高速率

❌ 坑三：忘记关闭串口句柄

现象：下次启动时报错“端口被占用”
解决：务必在程序退出前调用ser.close()，最好用上下文管理器：

with serial.Serial(...) as ser: # 自动关闭

✅ 秘籍一：统一团队端口规范

建议制定内部标准，例如：
- 虚拟主端口：COM10、COM12、COM14…
- 虚拟从端口：COM11、COM13、COM15…
这样避免混乱，也方便文档说明。

✅ 秘籍二：配合串口监视工具抓包

推荐使用HHD Serial Monitor或Serial Studio，它可以“中间人”方式监听虚拟通道中的原始数据流，帮助分析协议时序、延迟、重传等问题。

更进一步：自动化测试与 CI 集成

如果你在做持续集成（CI），完全可以把虚拟串口纳入自动化流程。

例如，在 GitHub Actions 中运行测试前，先执行批处理脚本自动创建端口对：

@echo off echo Creating virtual COM pair... "C:\Program Files\com0com\setupc.exe" install PortName=COM20 PortName=COM21 timeout /t 3 >nul echo Done.

然后启动你的测试程序，结束后再自动清除：

"C:\Program Files\com0com\setupc.exe" remove CNCA1 CNCB1

这样一来，哪怕是在无物理串口的云服务器上，也能跑通串口通信的单元测试。

写在最后：这不是“玩具”，而是专业工具链的一环

有些人觉得“虚拟串口只是临时替代方案”，其实不然。

在航天、医疗、轨道交通等行业，很多系统级测试都是在全虚拟环境下完成的。因为真实设备昂贵、不可控、难以复现故障状态。

而 Serial Null Modem Driver 正是构建这种“可控仿真环境”的基础组件之一。

它让我们能够：
- 在没有硬件的情况下提前开发
- 快速验证通信协议逻辑
- 实现跨平台、跨地域的标准化调试流程
- 将串口通信纳入自动化测试体系

未来，随着边缘计算和容器化的发展，我们甚至可以看到 Docker 容器之间通过虚拟串口进行隔离通信的设计模式——这已经不是设想，而是已有实践。

如果你刚开始接触嵌入式开发或工业通信协议，我强烈建议你今晚就动手试试：

1. 下载 com0com
2. 创建一对虚拟串口
3. 用两个串口助手互发消息

当你亲眼看到“自己发出去的文字，在另一个窗口跳出来”的那一刻，你就真正理解了“通信”的本质。

而这，仅仅是个开始。

欢迎在评论区分享你的使用经验：你是用 VSPD 还是 com0com？有没有遇到奇葩问题？我们一起排雷。