徹底解説：COMポート（シリアル通信）の仕組み、設定、実践とトラブルシューティング

2025年12月12日 最終更新日時 : 2025年12月12日 エバープレイ編集部

はじめに：COMポートとは何か

COMポートは、一般にパソコンや組み込み機器間で使われるシリアル通信の論理的な接続点を指します。歴史的にはRS-232と呼ばれる物理層仕様（EIA/TIA-232）に基づいていましたが、現在ではTTLレベルのUARTやUSB経由の仮想シリアル（CDC、FTDIなど）も含めて「COMポート」と総称されることが多いです。小型機器のデバッグ、組み込み系開発、産業用機器の制御、コンソールアクセスなど用途は多岐にわたります。

歴史と規格の概要

RS-232（EIA-232）は1960年代に策定されたシリアル通信の電気的特性やピン配置を定義する規格です。標準的なPCのシリアルコネクタはDB9（9ピン）やDB25が使われ、信号レベルは±3V以上（一般的には±12Vなど）で定義されています。一方、マイコンやモジュールでよく使われるTTLシリアルは0V〜3.3V/5Vの論理レベルで、物理的に互換性がないためレベル変換（MAX232など）が必要です。

信号線とピン配列（DB9の代表例）

  • ピン1：DCD（データキャリア検出）
  • ピン2：RxD（受信データ）
  • ピン3：TxD（送信データ）
  • ピン4：DTR（データ端末準備）
  • ピン5：GND（接地）
  • ピン6：DSR（データセット準備）
  • ピン7：RTS（送信要求）
  • ピン8：CTS（送信許可）
  • ピン9：RI（呼び出し指示）

実際に使うのはTxD、RxD、GND、RTS/CTS、DTR/DSRあたりが中心です。

シリアル通信の基本パラメータ

COMポートを使う上で理解が不可欠なパラメータ：

  • ボーレート（baud）: 通信速度（例：9600、115200）
  • データビット（7bit/8bit）
  • パリティ（None, Even, Odd）
  • ストップビット（1, 1.5, 2）
  • フロー制御（ハードウェアRTS/CTS、ソフトウェアXON/XOFF）

これらが一致していないと通信は正しく行えません。多くのデバイスは115200、8N1（8ビット、パリティなし、ストップビット1）で動作しますが、マニュアルで確認が必要です。

電気レベルの違いとレベル変換

RS-232は±電圧、TTLは0〜Vccの論理レベルという違いがあり、直接接続すると機器を破損する恐れがあります。代表的な変換ICにMAX232があり、これを使えばTTLレベルとRS-232の電圧レベルを安全に変換できます。さらに近年は3.3V TTLが主流なので、レベルシフタや抵抗分圧、レシーバICの使用を適切に判断してください。

USB時代の仮想COMポート

近年では直接のシリアルポートが無いPCが多く、USB経由でシリアルを実現するICが広く使われます。代表的なチップはFTDI、Silicon Labs（CP210x）、Prolific（PL2303）など。USB側はCDC（Communications Device Class）や独自ドライバで接続され、OS上ではCOMポート（Windows）や/dev/ttyUSB、/dev/ttyACM（Linux）として現れます。

OSごとのデバイス名と特殊ルール

  • Windows: COM1, COM2, ...。COM10以上を利用する場合はAPIで"\\.\COM10"のように名前空間指定が必要な場合があります。
  • Linux/UNIX: /dev/ttyS0（物理シリアル）、/dev/ttyUSB0（汎用USB-シリアルアダプタ）、/dev/ttyACM0（CDC ACMデバイス）
  • Bluetooth: RFCOMMで仮想シリアルポートへマッピングされることがある（例：/dev/rfcomm0）

ツールとデバッグ方法

日常的に使われるツール：

  • Windows: PuTTY、Tera Term、RealTerm
  • Linux/UNIX: screen、minicom、picocom、cu、socat、stty

トラブル時はまずボーレートやパリティ等の設定確認、ケーブル配線（Tx↔Rx、GND共有）、電源やアイソレーション、ドライバの有無をチェックします。ループバックテスト（TxをRxへ短絡）で送受信の基本機能確認ができます。

プログラミングでの扱い（概観）

プログラムからCOMポートを使う場合、OSごとにAPIが異なります。WindowsではCreateFile/SetCommState/ReadFile/WriteFile等のWin32シリアルAPIを、POSIX系（Linuxなど）ではtermiosを使い、tcgetattr/tcsetattrで属性を設定します。非同期I/O、タイムアウト設定、バッファ管理などを適切に設計する必要があります。

仮想化とリダイレクト

仮想マシン環境（VirtualBox, VMware, Hyper-Vなど）ではホストのCOMポートをゲストへパススルーしたり、名前付きパイプで接続したりできます。シリアルコンソールを用いたブートメッセージの取得や組み込み機器のリモート管理に便利です。クラウドやコンテナ環境でもUSBシリアルデバイスのパススルーを行うことがありますが、権限とデバイスアクセスに注意が必要です。

産業用途と堅牢性、アイソレーション

工場や屋外で使う場合はノイズ対策、ガルバニックアイソレーション、防水コネクタ、過電圧保護が重要です。産業用シリアルは長距離伝送やマルチドロップが要求されることがあり、RS-485などの差動信号を使うケースもあります（RS-232は短距離・ポイントツーポイント向け）。

セキュリティと運用上の注意

シリアルコンソールはOSやブートローダの管理インタフェースとして使われるため、不適切に公開すると権限昇格や不正アクセスの手段になり得ます。物理アクセス制御、認証の強化、ログ監視、不要なシリアルアクセスの無効化などの対策が必要です。

よくあるトラブルと対処法

  • 通信が文字化けする：ボーレートやパリティ、データビットが一致しているか確認。
  • 送受信ができない：Tx/Rxの配線（クロス配線）、GND接続をチェック。
  • USB-シリアルが認識しない：ドライバ未導入やチップの互換性問題。デバイスマネージャ（Windows）やdmesg（Linux）で確認。
  • 遅延やバッファ溢れ：USBアダプタのレイテンシ設定やOS側のバッファサイズ、フロー制御の有無を確認。

実用的なベストプラクティス

  • 使用前にデバイスのドキュメントで推奨設定を確認する。
  • TTLとRS-232を混同しない。必要ならレベル変換を入れる。
  • USB-シリアルは信頼性の高いメーカー（FTDI、SiLabs等）を選ぶ。クローンや安価なチップは互換性問題を起こすことがある。
  • 重要な制御系ではガルバニックアイソレーションと適切な配線を行う。
  • OSやライブラリのAPIに合わせたエラーハンドリングとタイムアウト設計を行う。

まとめ

COMポートは古典的ながら現在でも非常に重要なインタフェースです。物理層（RS-232/TTL/RS-485）、仮想化（USB CDC/FTDI）、OS側の扱い（WindowsのCOM名、POSIXの/dev/tty*）、プログラミングAPI、産業用途での堅牢化、セキュリティなど多面的に理解することが、安定したシリアル通信の実現につながります。ハードウェアとソフトウェアの両面で基本を押さえつつ、ツールを活用して確実に検証する運用を心がけてください。

参考文献

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IT
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