第 27 章 串口通讯

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 "bps" (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)。

要将 modem 或终端与您的 FreeBSD 系统相连， 您的计算机需要一个串口， 以及用于连接串口设备所需的线缆。 如果您比较熟悉硬件及所需要的电缆， 则可以跳过这节。

FreeBSD默认支持4个串口。 在MS-DOS®下，这些是 COM1， COM2， COM3， 和 COM4。 FreeBSD 目前支持 "dumb" 多口串口卡，如 BocaBoard 1008 和 2016， 以及许多 Digiboard 和 Stallion Technologies 制造的智能多接口卡。 不过， 默认的内核只会寻找标准的COM端口。

要看看您的内核是否支持您的串口，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。

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：

如果内核未能认出所有的串口， 可能需要通过修改 /boot/device.hints 文件来进行一些配置。 此外， 也可以注释或完全删除掉您没有的设备。

请参见 sio(4) 联机手册来了解关于串口， 以及多插口卡配置的进一步细节。 如果您正使用一个在不同版本的 FreeBSD 上的文件请务必小心， 因为设备参数和语法发生了变化。

在内核中， 大多数设备都是通过 "设备特殊文件" 来访问的， 这些文件一般位于 /dev 目录中。 sio 是通过 /dev/ttyuN (呼入) 和 /dev/cuauN (呼出) 设备来访问的。 此外， FreeBSD 也提供了初始化设备 （/dev/ttyuN.init 和 /dev/cuauN.init） 以及锁设备 （/dev/ttyuN.lock 和 /dev/cuauN.lock）。 初始化设备用于在打开端口时初始化其通讯参数， 例如使用 RTS/CTS 信号进行流控制的调制解调器的 crtscts。 锁设备则用于在端口上提供一个锁标志， 防止用户或程序改变特定的参数； 请参见 termios(4)、 sio(4)， 以及 stty(1) 的联机手册， 以了解关于终端配置、 锁和初始化设备， 以及配置终端参数的详细信息。

ttyuN (或 cuauN) 设备是您将要打开的应用程序的一般设备。 当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。 您可以在命令行看看这些设置：

当您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，您可以打开和调整 "初始状态" 设备的设置。例如， 要为ttyu5 打开 CLOCAL 模式，8位通讯和默认的 XON/XOFF 流控制， 输入：

串口设备的系统级初始化， 是由 /etc/rc.d/serial 来控制的。 这个文件会影响串口设备的默认设置。

为了防止应用程序修改某些设置， 应修改 "lock state"(锁状态) 设备。 例如， 要把 ttyu5 的速率锁定为 57600 bps， 输入：

现在，一个打开ttyu5 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， 您需要确定初始状态，然后用root帐户锁定状态设备的写入功能。

很显然，您应该只让 root 用户可以初始化或锁定设备的状态。

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录和使用程序。 它很像用 modem 和一些终端软件来拨号进入一个远程的系统， 只能执行文本的工作。

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，建立一个登录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， 您就能登录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，您可以把任何终端连接到 FreeBSD 系统， 然后把它们放在员工的桌面上。 对于家庭用户，则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：

下面一小节将描述每一种终端。

这节描述了您在一个终端上启用一个登录会话时， 需要在 FreeBSD 系统上进行的配置。 假设已经配置好了内核来支持串口， 就可以直接开始连接了。

在 FreeBSD 引导过程 中曾经提到， 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录名和启动 login程序。

然而，要为您的FreeBSD系统配置终端，您需要以 root 身份执行下面的步骤：

作为可选的步骤，您可以通过在 /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。 您可以参考 gettytab(5) 和 getty(8) 的联机手册了解更多信息。

即使您小心翼翼地注意细节，您仍然可能会在设置终端时出错。 这有一个有关问题和解决办法的列表：

外置modem看起来很容易拨号。 因为，外置 modem 可以通过储存在非易失性的RAM中的参数来配置， 它们通常提供指示器来显示重要的RS-232信号的状态。 不停闪光的信号灯能给用户留下比较深刻的印象， 而且指示器也可以用来查看modem是否正常地工作。

内置modem通常缺乏非易失性的RAM， 所以对它们的配置可能会限制在通过 DIP 开关来设置。 如果您的内置modem有指示灯，您也很难看得到。

FreeBSD支持基于 NS8250， NS16450， NS16550 和 NS16550A 的EIA RS-232C通讯接口。 8250和16450设备有单字符缓冲。 16550设备提供了一个 16 个字符的缓冲， 可以提高更多的系统性能。 因为单字符缓冲设备比 16 个字符的缓冲需要更多的系统资源来工作， 所以基于16550A的接口卡可能更好。 如果系统没有活动的串口， 或有较大的负载， 16 字符缓冲的卡对于低错误率的通讯来说更好。

对于终端， init 会在每个配置串口上为每个拨入连接产生一个 getty 进程。 例如， 如果一个 modem 被附带在 /dev/ttyu0 中，用命令ps ax可以显示下面这些：

当用户拨上modem， 并使用它进行连接时， CD 线就会被 modem 认出。 内核注意到载波信号已经被检测到， 需要完成 getty 端口的打开。 getty 发送一个登录：在指定的初始线速度上的命令行。 Getty 会检查合法的字符是否被接收， 在典型的配置中， 如果发现 "垃圾"， getty 就会设法调节线速度，直到它接收到合理的字符。

用户在键入他/她的登录名称后， getty执行/usr/bin/login， 这会要求用户输入密码来完成登录， 然后启动用户的shell。

如果希望允许拨入您的 FreeBSD 系统， 在 /etc 目录中有三个系统配置文件需要您关注。 其一是 /etc/gettytab， 其中包含用于 /usr/libexec/getty 服务的配置信息。 其二是 /etc/ttys， 它的作用是告诉 /sbin/init 哪些 tty 设备上应该运行 getty。 最后， 关于端口的初始化命令， 应放到 /etc/rc.d/serial 脚本中。

关于在 UNIX® 上配置拨入调制解调器有两种主要的流派。 一种是将本地计算机到调制解调器的 RS-232 接口配置为固定速率。 这样做的好处是， 远程用户总能立即见到系统的登录提示符， 而其缺点则是， 系统并不知道用户真实的数据速率是多少， 因而， 类似 Emacs 这样的程序， 也就无法调整它们绘制屏幕的方式， 以便为慢速连接改善响应时间。

另一种流派将调制解调器的 RS-232 接口速率配置为随远程用户的连接速率变化。 例如， 对 V.32bis (14.4 Kbps) 连接， 调制解调器会让自己的 RS-232 接口以 19.2 Kbps 的速率运行， 而 2400 bps 连接， 则会使调制解调器的 RS-232 接口以 2400 bps 的速率运行。 由于 getty 并不能识别具体的调制解调器的连接速率反馈信息， 因此， getty 会以初始速度给出一个 login: 提示， 并检查用户的响应字符。 如果用户看到乱码， 则他们应知道此时应按下 Enter 键， 直到看到可以辨认的提示符为止。 如果数据速率不匹配， 则 getty 会将用户输入的任何信息均视为 "乱码"， 并尝试以下一种速率来再次给出 login: 提示符。 这一过程可能需要令人作呕地重复下去， 不过一般而言， 用户只要敲一两下键盘就能看到正确的提示符了。 显然， 这种登录过程看起来不如前面所介绍的 "锁定速率" 方法那样简单明了， 但使用低速连接的用户， 却可以在运行全屏幕程序时得到更好的交互响应。

这一节将尽可能公平地介绍关于配置的信息， 但更着力于介绍调制解调器速率随连接速率变化的配置方法。

如果您有一个 modem， 它的参数能被存储在非易失性的 RAM 中， 您将必须使用一个终端程序来设置参数 （比如 MS-DOS® 下的 Telix 或者 FreeBSD 下的 tip）。 使用同样的通讯速度来连接 modem 作为初始速度 getty 将使用和配置 modem 的非易失性 RAM 来适应这些要求：

请阅读您 modem 的文档找到您需要用什么命令和 DIP 接口设置。

例如，要在一个 U.S. Robotics® Sportster® 14400 的外置 modem 上设置上面的参数，可以用下面这些命令：

您也可能想要在 modem 上寻找机会调节这个设置， 例如它是否使用 V.42bis 和 MNP5 压缩。

外置 modem 也有一些用来设置的 DIP 开关， 也许您可以使用这些设置作为一个例子：

在拨号 modem 上的结果代码应该被 禁用/抑制， 以避免当 getty 在 modem 处于命令模式并回显输入时错误地给出 login: 提示时可能造成的问题。 这样可能导致 getty 与 modem 之间产生更长的不必要交互。

这儿是几个检查拨号modem的步骤。

事实上， 联机手册对于这个的描述已经过时了。 一个通用的 Hayes拨号已经内建其中。 只要在您的 /etc/remote 文件中使用 at=hayes。

Hayes 驱动不够 "聪明" 只能认出一些比较新的 modem 的高级特性 - 如 BUSY、 NO DIALTONE， 或 CONNECT 115200 的信息将被搞乱。 当您使用的时候， 您必须把这些信息关掉。(通过 ATX0&W)。

另外，拨号的延迟是 60 秒。 您的 modem 可能使用另外的时间或提示认为有其他的通讯问题。 试试 ATS7=45&W。

在 /etc/remote 文件中增加一个 "direct" 项。 举例而言， 如果您的调制解调器挂在第一个串口， 即 /dev/cuau0 上， 则应添加下面这行：

此处应使用您的 modem 所支持的最高 br bps 速率。 接下来， 输入 tip cuau0 就可以连到 modem 上了。

此外， 也可以 root 身份执行 cu 命令：

line 是串口 (例如 /dev/cuau0) 而 speed 则是速率 (如 57600)。 当您输入完 AT 之后， 按 ~. 即可退出。

在电话号码中的 @ 标记告诉计算机在 /etc/phones 文件中查找一个电话号码。 但 @ 标记也是一个在像 /etc/remote 这样的可用文件中的特殊字符。 用一个反斜线符号退出：

在您的 /etc/remote 文件中通常放着一个叫做 "generic" 的记录。 例如：

然后， 可以执行：

如果您更喜欢cu而不是tip，使用一个通用的cu记录：

然后键入：

添加一项 tip1200 或 cu1200， 并将 bps 速率换成更合适的值。 tip 的默认值是1200 bps， 也就是为什么会有 tip1200 这条记录的原因。 虽然您并不需要使用 1200 bps。

除非每次都要等到您连接到主机然后键入 CONNECT host， 否则使用 tip 的 cm 功能。 例如， 在 /etc/remote 中的这些记录：

将让您键入 tip pain 或 tip muffin 连接到主机 pain 或 muffin， 和 tip deep13 连接到终端服务器。

经常有一个问题， 一个大学有几个modem线路， 几千个学生设法使用它们。

在 /etc/remote 中为您的大学添加一个记录， 然后为 pn 功能使用 @ 标记：

接着， 在 /etc/phones 中列出大学的电话号码：

tip 将按顺序试用每一个，然后就停止。 如果想继续测试， 隔一段时间再运行 tip。

Ctrl+P 是默认的"强制"字符，被用来告诉 tip 下一个字符是文字的数据。您可以用 ~s 给任何其他的字符设置强制字符，这意思是 "设置一个变量"。

在新的一行键入 ~sforce=single-char。 single-char 是任何简单的字符。 如果您遗漏了 single-char， 那强制字符就是空字符， 这可以键入 Ctrl+2 或 Ctrl+Space来完成。 更好的 single-char 是 Shift+Ctrl+6， 这只用在一些终端服务器上。

通过在您的 $HOME/.tiprc 文件中指定下面这行， 就可以得到您想要的任何强制字符：

您一定是键入了 Ctrl+A， 即 tip 的 "raise character"， 会临时地指定成坏掉的 caps-lock键。 使用上面的 ~s 来合理地设置各种 raisechar。 事实上， 如果您不想使用这些特性的话，您可以用同样的方法设置强制字符。

这儿有一个很好的示例 .tiprc 文件，对 Emacs用户来说，需要经常按 Ctrl+2 和 Ctrl+A：

^^ 是 Shift+Ctrl+6.

如果您正在与另一台 UNIX® 系统对话， 您可以用 ~p(put) 和 ~t (take) 发送和接收文件。 这些命令可以在远程系统上运行 cat 和 echo 来接收和发送文件。 语法是这样的：

~p local-file [ remote-file ]

~t remote-file [ local-file ]

由于没有错误校验， 所以您需要使用其他协议， 如 zmodem。

要接收这些文件，可以在远程终端启动发送程序。然后，键入 ~C rz 在本地开始接收它们。 要发送文件， 可以在远程终端启动接收程序。 然后， 键入 ~C sz files 把它们发送到远程系统。

FreeBSD可以通过一个串口只使用一个哑 (dumb) 终端就可以启动一个系统。 这样一种配置只有两种人能使用： 希望在机器上安装 FreeBSD 的系统管理员， 他没有键盘或显示器， 还有就是要调试内核或设备驱动程序的开发人员。

就象 FreeBSD 引导过程 描述的， FreeBSD 采用一个三步的启动过程。 最先两步储存在 FreeBSD 启动磁盘的启动 slice 的启动代码块中。 引导块然后就被加载， 接着运行第三步启动引导器 (/boot/loader)。

为了设置串口控制台， 您必须配置启动代码块， 启动引导器代码和内核。

这一节假定您使用默认的配置， 只希望迅速地获得关于配置串口控制台的概览。

如果需要不同的配置， 更进一步的配置讨论可以在 串口控制台的设置 找到。

启动引导器加载完后， 您将进入启动进程的第三步， 您仍然可以在启动引导器通过设定您喜欢的环境来切换内部控制台和串口控制台。 参考 从启动引导器修改控制台。

这是几个在这章要讨论的几个设置和选择的控制台的摘要。

前面一节描述了如何通过调整引导块来设定串口控制台。 这节将讲到在启动引导器中通过键入一些命令和环境变量来指定控制台。 由于启动引导器会被启动进程的第三步所调用， 引导块以后， 在启动引导器中的设置将忽略在引导块中的设置。

这篇文章本意是想告诉人们如何设定没有显示设备或键盘的专用服务器。 不幸的是， 绝大多数系统没有键盘可以让您启动， 而没有显示设备就不让您启动。 使用 AMI BIOS 的机器可以通过在 CMOS 中将 "graphics adapter" 项设为 "Not installed" 来在启动时不要求显示适配器。

然而， 许多机器并不支持这个选项， 如果您的系统没有显示硬件就拒绝启动。 对于这些机器， 即使您没有显示器， 也必须在机器上插上显示适配器。 建议您试试采用 AMI BIOS 的机器。