第15章 串口通信

15.1 概要

UNIX一直都是支持串口通信的。事实上，早期的UNIX系统就是利用串行线来输入和输出数据的。那时通常的“terminal”包括了一个每秒10个字符的串行打印机和键盘，现在这些已经发生了很大的变化。这章将介绍一些利用FreeBSD进行串行通信的方法。

读完这章，你将了解到：

             如何通过终端连接到你的FreeBSD系统。

             如何使用modem拨号到远程主机。

             如何允许远程用户通过modem登陆到你的系统。

             如何从串行控制台引导你的系统。

阅读这章之前，你应当了解：

             如何配置和安装一个新的内核。（第9章）

             理解UNIX的权限和进程。（第3章）

             通过你喜欢使用的串行设备（modem或多端口卡）访问技术参考手册。

15.2 介绍

15.2.1 术语

bit/s

每秒位——数据的传输速度

DTE

数据终端设备——如你的计算机

DCE

数据通信设备——如你的modem

RS-232

用于硬件串行通信的EIA标准

当讨论通讯数据速度的时候，这节不会使用术语“baud”。Baud指电气标准传输率，它已经使用了很长时间，而“bit/s”（bits per second）才是正确使用的术语（至少它不会打扰那些爱争吵的家伙）。

15.2.2线缆和端口

要连接一个modem或终端到你的FreeBSD系统，你需要有一个串行端口，和连接到你串行设备的适当的线缆。如果你比较熟悉硬件和它要求的线缆，你可以跳过这节。

线缆

有好几种不同的串行线缆。两个最普通的类型是null-modem线缆和标准RS-232线缆。你硬件的规格说明会有详细描述。

Null-modem 线缆

一根null-modem线缆会直接通过像“signal ground”这样的信号，而转换其他的信号。

如果你想自己选择线缆，你可以做一个使用null-modem的线缆。这个线缆在一个DB-25连接器上会显示RS-232C信号名和pin号码。

 

标准RS-232C线缆

一个标准的串行线缆会直接通过所有的RS-232C信号。这是连接一个modem到你的FreeBSD系统的线缆类型，线缆的类型需要针对一些终端。

端口

串行端口是FreeBSD主机与终端传输数据的设备。这节描述了端口的种类和他们在FreeBSD上是如何编址的。

端口的种类

有好几种端口存在。你在购买和做线缆之前，你需要确定它是否适合你机器的终端。

绝大多数的终端有DB25端口。个人计算机包括运行FreeBSD的PC机，有DB25或DB9端口。如果你的计算机有一个多端口的串行卡，你可以使用RJ-12 或RJ-45端口。请仔细看看硬件的说明。

端口名称

在FreeBSD中，你可以通过/dev目录中的一个记录来访问每个串行端口。有两种不同的记录：

             呼入端口被命名为/dev/ttydN，这儿N是端口号，从零开始。通常，你使用呼入端口作为终端。呼入端口要求数据线使用载波检测（DCD）信号来工作。

             呼出端口被命名为/dev/cuaaN。你通常不使用呼出端口作为终端，只使用modem。如果串行线或终端不支持载波检测数据传输，你可以使用呼出端口。

如果你已经连接一个终端到第一个串行端口（在MSDOS上是COM1），那你可以使用/dev/ttyd0来作为终端。如果它是在第二个串行端口（COM2），那就是/dev/ttyd1，等等。

15.2.3内核配置

FreeBSD默认支持4个串行端口。在MS-DOS下，这些是COM1：，COM2：，COM3：和COM4：。FreeBSD当前支持“dumb”多端口串行接口卡，如BocaBoard 1008和2016，与许多Digiboard 和Stallion Technologies制造的智能多接口卡一样好。然而，默认的内核只会寻找标准的COM端口。

要看看你的内核是否支持你的串口，只要在内核启动时查看一下启动信息，或使用/sbin/dmesg命令重新检测内核启动信息。特别的，寻找以sio字符启动的信息。

提示：要看看带有sio字符的信息，可以使用下面的命令：

    # /sbin/dmesg | grep 'sio'

例如，在一个带有4个串口的系统上，这些是串口特定的内核启动信息：

    sio0 at 0x3f8-0x3ff irq 4 on isa

    sio0： type 16550A

    sio1 at 0x2f8-0x2ff irq 3 on isa

    sio1： type 16550A

    sio2 at 0x3e8-0x3ef irq 5 on isa

    sio2： type 16550A

    sio3 at 0x2e8-0x2ef irq 9 on isa

    sio3： type 16550A

如果你的内核没有认出你的所有串口，你需要为你的系统定制一个内核。更多有关配置内核的细节，可以看看第9章。

在你的内核配置文件中相关的设备行是这样的：

    device      sio0    at isa? port “IO_COM1” tty irq 4 vector siointr

    device      sio1    at isa? port “IO_COM2” tty irq 3 vector siointr

    device      sio2    at isa? port “IO_COM3” tty irq 5 vector siointr

    device      sio3    at isa? port “IO_COM4” tty irq 9 vector siointr

你可以注释掉或完全删除你没有的设备。请看看sio的有关如何为你的多端口主板写入配置信息的联机手册。如果你使用了一个不同版本的FreeBSD的配置文件，请小心点，因为设备的标记在两个版本之间已经改变了。

注意：这里端口IO_COM1代替了0x3f8，端口IO_COM2代替了0x2f8，端口IO_COM3代替了0x3e8，端口IO_COM4代替了0x2e8，这些都是各自端口相应的端口地址。中断4，3，5，9都是经常用的中断。也要注意有些正常的串行端口可能无法在一些ISA总线的PC上共享中断（多端口板卡有板载的电子设备，允许在板上所有16550A的设备共享一个或两个中断请求）。

15.2.4设备指定文件

内核中的绝大多数设备可以通过“device special files”来访问，它就在/dev目录下。Sio设备通过/dev/ttydN（拨入）和/dev/cuaaN（拨出）设备来访问。FreeBSD也提供了初始化的设备（/dev/ttyidN和/dev/cuai0N）和锁定的设备（/dev/ttyldN和/dev/cual0N）。初始化的设备在每次端口被打开时被用来初始化设备通信端口参数。例如使用CTS/RTS的流控制信号的crtscts。锁定设备被用来锁定端口的标记以阻止用户或程序改变某个参数。看看termios，sio， 和stty的联机手册了解更多信息。

编译设备指定文件

注意：FreeBSD5.0已把自动创建设备接点的devfs文件系统作为是必需的。如果你在运行启用devfs的FreeBSD版本，你就可以跳过这一节。

一个在/dev目录下的叫做MAKEDEV的shell脚本管理着设备指定文件。要使用MAKEDEV来建立拨号设备指定文件，可以使用COM1：（port 0），cd 进入/dev，然后执行命令MAKEDEV ttyd0。同样地，要建立拨号设备指定文件以使用COM2：（port 1），可以执行MAKEDEV ttyd1。

MAKEDEV不仅仅创建/dev/ttydN设备指定文件，也创建/dev/cuaaN，/dev/cuaiaN， /dev/cualaN，/dev/ttyldN，和/dev/ttyidN节点。

建立完新设备指定文件后，需要检查文件的权限来确定谁可以在这些文件上读写——你可能不想让普通的用户使用你的modem吧。在/dev/cua*文件上的默认权限应该是足够了：

    crw-rw——-    1 uucp     dialer    28， 129 Feb 15 14：38 /dev/cuaa1

    crw-rw——-    1 uucp     dialer    28， 161 Feb 15 14：38 /dev/cuaia1

    crw-rw——-    1 uucp     dialer    28， 193 Feb 15 14：38 /dev/cuala1

这些许可允许用户uucp和在组dialer上的用户使用呼出设备。

15.2.5串行端口配置

ttydN（或cuaaN）设备是你将要打开的应用程序的正常设备。当一个进程打开某个设备时，它将有一个终端I/O设置的默认配置。你可以在命令行看看这些设置：

    # stty -a -f /dev/ttyd1

当你修改了这个设备的设置，这个设置会生效，除非设备被关闭。当它被重新打开时，它将回到默认设置。要修改默认设置，你可以打开和调整“initial state”设备的设置。例如，要为ttyd5打开CLOCAL模式，8位通信和默认的XON/XOFF流控制，键入：

    # stty -f /dev/ttyid5 clocal cs8 ixon ixoff

串行设备的系统初始化是用/etc/rc.serial文件类控制的。这个文件会影响串行设备的默认设置。

要防止某个设置被一个应用程序所修改，需要调整“lock state”设备。例如，要锁定ttyd5的速度为57600 bit/s，键入：

    # stty -f /dev/ttyld5 57600

现在，一个打开ttyd5和设法改变端口速度的应用程序将被固定在57600bit/s。很自然地，你需要确定初始状态，然后只用root帐户锁定状态设备的写入功能。

15.3 终端

当你在计算机控制台或是在一个连接的网络上时，终端提供了一个方便和低成本的访问FreeBSD系统的方法。这节描述了如何在FreeBSD上使用终端。

15.3.1终端的用法和类型

早期的UNIX系统没有控制台。人们通过将终端连接到计算机的串口来登陆和使用程序。它很像用一个modem和一些终端软件来拨号进入一个远程的系统只执行文本的工作。今天的PC已经可以使用高质量的图形了，但与今天的其他UNIX操作系统一样，建立一个登陆会话的能力仍然存在。通过使用一个终端连接到一个没有使用的串口，你就能登陆和运行任何文本程序或在X 视窗系统中运行一个xterm窗口程序。

对于商业用户，你可以配上任何终端连接到FreeBSD系统，然后把它们放在员工的桌面上。对于一个家庭用户，可以使用一台比较老的IBM PC或Macintosh运行一个终端连接到一台运行FreeBSD的高性能机器上。

对于FreeBSD，有三种终端：

             Dumb终端

             充当终端的PC

             X 终端

下面一小节将描述每一种终端。

Dumb终端

Dumb终端需要专门的好几种硬件，让你通过串行线连接到计算机。它们被叫做“dumb”是因为它们只能够用来显示，发送和接收文本。你不能在它上面运行任何程序。

有好几百种dumb终端，包括Digital Equipment Corporation的VT-100和Wyse的WY-75。只有几种可以在FreeBSD上工作。一些高端的终端可以显示图形，但只有某些软件包可以使用这些高级特性。

充当终端的PC

如果一个dumb终端有足够的能力来显示，发送和接收文本，那任何个人计算机都可以作为一个dumb终端。你所需要的只是适当的线缆和一些终端模拟软件。

这样一个配置被广泛运用于家庭。例如，如果你的妻子忙于在你的FreeBSD系统控制台上工作，你也可以从一台低档的个人计算机登陆到FreeBSD系统执行一些文本的工作。

X 终端

X终端是最复杂的终端系统。它们通常需要使用以太网来连接。他们能显示任何X应用程序。我们介绍X终端只是为了感兴趣。然而，这章不会涉及X终端的安装，配置或使用。

15.3.2配置

这节描述了你在一个终端上启用一个登陆会话，需要在FreeBSD系统上配置些什么。假设你已经配置好了内核来支持串行端口，你就可以连接了。

回想起第7章，init进程依赖于系统启动时所有的处理控制和初始化。通过init来执行的一些任务将先读取/etc/ttys文件，然后在可用的终端上启用一个getty进程。getty进程可用来阅读一个登陆名和启动login程序。

然而，要为你的FreeBSD系统配置终端，你需要以root来执行下面的步骤：

1.    如果它不在那儿，你需要为串行端口在/dev目录下添加一行记录到/etc/ttys。

2.    指定/usr/libexec/getty在端口上运行，然后从/etc/gettytab文件指定适当的getty类型。

3.    指定默认的终端类型。

4.    设置端口为on。

5.    确定端口是否为secure。

6.    迫使init重新读取/etc/ttys文件。

作为可选的步骤，你可以通过在/etc/gettytab中建立一个记录，在第2步创建一个定制的getty类型来使用。这章不会介绍如何做。你可以看看gettytab和getty的联机手册了解更多信息。

添加一个记录到/etc/ttys

/etc/ttys文件列出了你FreeBSD系统上允许登陆的所有端口。例如，第一个虚拟控制台ttyv0在这个文件中有一个记录。你可以使用这个记录登陆进控制台。这个文件也包含其他虚拟控制台的记录，串口，和伪ttys终端。对于一个硬连线的终端，只要列出串行端口的/dev记录而不需要/dev部分（例如，/dev/ttyv0可以被列为ttyv0）。

默认的FreeBSD安装包括一个支持最初四个串口ttyd0 到ttyd3的/etc/ttys文件。如果你从那些端口中某一个使用终端，你不需要添加另一个记录。

 

例15-1.添加终端记录到/etc/ttys

假设我们连接两个终端给系统：一个Wyse-50和一个老的运行Procomm终端软件模拟一个VT-100终端的286IBM PC。在/etc/ttys文件中的相应的记录是这样的：

    ttyd1   “/usr/libexec/getty std.38400”   wy50   on   insecure

    ttyd5   “/usr/libexec/getty std.19200”  vt100  on  insecure

·           第一部分指定了终端指定文件的名称，它可以在/dev中找到。