第 29 章 串行通信

有几种不同类型的串行电缆。其中最常见的两种类型是空模拟电缆和标准 RS-232 电缆。硬件的文档应该描述所需的电缆类型。

这两种类型的电缆在连接线缆到连接器的方式上有所不同。每根线代表一个信号，定义的信号总结在 RS-232C 信号名称 中。标准的串行电缆直接传递所有的 RS-232C 信号。例如，电缆一端的“传输数据”引脚连接到另一端的“传输数据”引脚。这种类型的电缆用于将调制解调器连接到 FreeBSD 系统，并且也适用于某些终端。

空模拟电缆将一个端口上的“传输数据”引脚与另一个端口上的“接收数据”引脚进行切换。连接器可以是 DB-25 或 DB-9。

可以使用在 DB-25 到 DB-25 空调制模电缆、DB-9 到 DB-9 的空模线缆 和 DB-9 到 DB-25 空模拟电缆 中总结的引脚连接来构建一个空调制电缆。虽然标准要求使用直通的引脚 1 到引脚 1 的“保护地”线，但通常会省略。一些终端只使用引脚 2 、 3 和 7 ，而其他终端则需要不同的配置。如果有疑问，请参考硬件的文档。

串口是在 FreeBSD 主机和终端之间传输数据的设备。存在几种类型的串口。在购买或制作电缆之前，请确保它适配终端和 FreeBSD 系统上的串口。

大多数终端设备都有 DB-25 端口。个人电脑可能有 DB-25 或 DB-9 端口。多端口串行卡可能有 RJ-12 或 RJ-45 端口。请查看随附硬件的文档，以了解端口类型的规格，或者通过目视确认端口类型。

在 FreeBSD 中，每个串口通过 /dev 中的一个条目进行访问。有两种不同类型的条目：

FreeBSD 还提供了初始化设备（/dev/ttyuN.init 和 /dev/cuauN.init 或 /dev/cuadN.init）和锁定设备（ /dev/ttyuN.lock 和 /dev/cuauN.lock 或 /dev/cuadN.lock）。初始化设备用于在每次打开端口时初始化通信端口参数，例如对于使用 RTS/CTS 信号进行流量控制的调制解调器，可以使用 crtscts。锁定设备用于锁定端口上的标志，以防止用户或程序更改某些参数。有关终端设置、锁定和初始化设备以及设置终端选项的信息，请参阅 termios(4) 、uart(4) 和 stty(1)。

默认情况下，FreeBSD 支持四个串口，通常被称为 COM1、COM2、COM3 和 COM4。FreeBSD 还支持一些简单的多串口接口卡，如 BocaBoard 1008 和 2016，以及一些更智能的多串口卡，如 Digiboard 制造的卡。然而，默认内核只会寻找标准的 COM 端口。

要查看系统是否识别串口，请查找以 uart 开头的系统引导消息。

如果系统无法识别所有所需的串口，可以将其他条目添加到 /boot/device.hints 文件中。该文件已经包含了针对 COM1 的 hint.uart.0. 条目和针对 COM1 的 hint.uart.1. 条目。当为 COM3 添加串口条目时，请使用 0x3E8 ，而对于 COM4，请使用 0x2E8。常见的 IRQ 地址是 COM3 的 5 和 COM4 的 9。

要确定端口使用的默认终端 I/O 设置集，请指定其设备名称。此示例确定了 COM2 上呼入端口的设置。

系统范围内的串行设备初始化由 /etc/rc.d/serial 控制。该文件影响串行设备的默认设置。要更改设备的设置，请使用 stty 命令。默认情况下，更改的设置在设备关闭之前有效，当设备重新打开时，它会恢复到默认设置。要永久更改默认设置，请打开并调整初始化设备的设置。例如，要为 ttyu5 打开 CLOCAL 模式、 8 位通信和 XON/XOFF 流控制，请输入：

为了防止应用程序更改某些设置，请对锁定设备进行调整。例如，要将 ttyu5 的速度锁定为 57600 bps ，请输入：

现在，任何打开 ttyu5 并尝试更改端口速度的应用程序都将被困在 57600 bps。

本节介绍了如何配置 FreeBSD 系统以在串行终端上启用登录会话。它假设系统能够识别终端所连接的串行端口，并且终端使用了正确的连接线缆。

在 FreeBSD 中，init 读取 /etc/ttys 文件并在可用的终端上启动一个 getty 进程。 getty 进程负责读取登录名并启动 login 程序。允许登录的 FreeBSD 系统上的端口在 /etc/ttys 文件中列出。例如，第一个虚拟控制台 ttyv0 在该文件中有一个条目，允许在控制台上登录。该文件还包含其他虚拟控制台、串口和伪终端的条目。对于硬连线终端，串口的 /dev 条目被列为不带 /dev 部分的形式。例如，/dev/ttyv0 被列为 ttyv0。

默认的 /etc/ttys 配置支持前四个串口，即 ttyu0 到 ttyu3。

当连接终端到其中一个端口时，修改默认条目以设置所需的速度和终端类型，打开设备，并且如果需要，更改端口的安全设置。如果终端连接到另一个端口，添加一个端口的条目。

配置终端条目 配置了两个终端在 /etc/ttys 中。第一个条目配置了一个连接到 COM2 的 Wyse-50 终端。第二个条目配置了一台运行 Procomm 终端软件模拟 VT-100 终端的旧计算机。该计算机连接到多端口串行卡的第六个串行端口。

在对 /etc/ttys 文件进行任何更改后，向 init 进程发送 SIGHUP（hangup）信号，强制其重新读取配置文件。

由于 init 始终是系统上运行的第一个进程，因此它的进程 ID 始终为 1 。

如果一切设置正确，所有电缆都已连接好，终端已经启动，那么每个终端现在应该运行着一个 getty 进程，并且每个终端上都应该有登录提示符可用。

即使在对细节极为细致入微的情况下，设置终端时仍然可能出现问题。以下是一些常见症状和一些建议的解决方法。

如果没有出现登录提示，请确保终端已插好并已开机。如果终端是个人电脑充当的，确保它在正确的串口上运行终端仿真软件。

确保电缆牢固地连接到终端和 FreeBSD 计算机上。确保它是正确类型的电缆。

确保终端和 FreeBSD 在波特率和奇偶校验设置上达成一致。对于视频显示终端，请确保对比度和亮度控制已调高。如果是打印终端，请确保纸张和墨水充足。

使用 ps 命令确保 getty 进程正在运行并为终端提供服务。例如，以下列表显示 getty 正在第二个串口 ttyu1 上运行，并且正在使用 /etc/gettytab 中的 std.38400 条目：

如果没有运行 getty 进程，请确保端口在 /etc/ttys 中已启用。在修改 /etc/ttys 后记得运行 kill -HUP 1 命令。

如果 getty 进程正在运行，但终端仍然没有显示登录提示符，或者显示了提示符但无法接受键入的输入，那么终端或电缆可能不支持硬件握手。尝试将 /etc/ttys 中的条目从 std.38400 更改为 3wire.38400 ，然后在修改 /etc/ttys 后运行 kill -HUP 1 命令。 3wire 条目类似于 std ，但忽略了硬件握手。当使用 3wire 时，可能还需要降低波特率或启用软件流控制以防止缓冲区溢出。

如果登录提示符显示垃圾字符，请确保终端和 FreeBSD 在波特率和奇偶校验设置上达成一致。检查 getty 进程，确保使用了正确的 getty 类型。如果没有，请编辑 /etc/ttys 并运行 kill -HUP 1 。

如果字符出现重复，并且在键入时密码出现，请将终端或终端仿真软件从“half duplex”或“local echo”切换到“full duplex”。

与终端一样，init 为每个配置的串口生成一个 getty 进程，用于拨入连接。当用户拨号并且调制解调器连接成功时，调制解调器会报告“Carrier Detect”信号。内核注意到已检测到载波，并指示 getty 打开端口并在指定的初始线速度下显示一个 login: 提示符。在典型的配置中，如果接收到垃圾字符，通常是由于调制解调器的连接速度与配置的速度不同， getty 会尝试调整线速度，直到接收到合理的字符为止。用户输入登录名后，getty 执行 login ，通过询问用户的密码，然后启动用户的 shell 来完成登录过程。

关于拨号调制解调器有两种观点。一种配置方法是设置调制解调器和系统，以便无论远程用户以何种速度拨入，拨入的 RS-232 接口都以固定速度运行。这种配置的好处是远程用户总是能立即看到系统登录提示。缺点是系统不知道用户的真实数据速率，因此像 Emacs 这样的全屏程序不会调整其屏幕绘制方法，以使其在较慢的连接下响应更好。

第二种方法是配置 RS-232 接口，根据远程用户的连接速度来变化速度。由于 getty 不了解任何特定调制解调器的连接速度报告，它会以初始速度发送 login: 消息，并监视响应中返回的字符。如果用户看到乱码，他们应该按下 Enter 直到看到一个可识别的提示符。如果数据速率不匹配，getty 会将用户输入的任何内容视为乱码，尝试下一个速度，并再次给出 login: 提示符。在用户看到一个良好的提示符之前，这个过程通常只需要按下一个或两个按键。这个登录序列看起来不像锁定速度的方法那样干净，但是低速连接的用户应该能够从全屏程序中获得更好的交互响应。

在锁定调制解调器的数据通信速率时，不需要对 /etc/gettytab 进行任何更改。然而，对于匹配速度的配置，可能需要添加额外的条目来定义调制解调器使用的速率。此示例配置了一个速率为 14.4 Kbps 的调制解调器，顶部接口速率为 19.2 Kbps ，使用 8 位，无奇偶校验连接。它配置 getty 以 19.2 Kbps 启动 V.32bis 连接的通信速率，然后循环使用 9600 bps 、 2400 bps 、 1200 bps 、 300 bps ，最后回到 19.2 Kbps 。通信速率循环是通过 nx= (next table) 功能实现的。每行使用 tc= (table continuation) 条目来获取特定数据速率的其余设置。

对于一个 28.8 Kbps 的调制解调器，或者为了利用 14.4 Kbps 调制解调器上的压缩功能，可以使用更高的通信速率，如下面的示例所示：

对于 CPU 速度较慢或负载较重的系统，如果没有基于 16550A 的串口，这种配置可能会在 57.6 Kbps 时产生 uart "silo" 错误。

/etc/ttys 的配置与 配置终端条目 类似，但是传递给 getty 的参数不同，并且使用 dialup 作为终端类型。将 xxx 替换为 init 将在设备上运行的进程。

dialup 终端类型可以进行更改。例如，将 vt102 设置为默认终端类型，允许用户在远程系统上使用 VT102 仿真。

对于锁定速度的配置，请使用 /etc/gettytab 中列出的有效类型指定速度。以下示例是针对一个端口速度锁定在 19.2 Kbps 的调制解调器：

在匹配速度配置中，该条目需要引用 /etc/gettytab 中适当的起始 "auto-baud" 条目。继续以一个以 19.2 Kbps 启动的匹配速度调制解调器为例，使用以下条目：

在编辑 /etc/ttys 文件后，在向 init 发送信号之前，请等待调制解调器正确配置并连接。

高速调制解调器，如 V.32、V.32bis 和 V.34 调制解调器，使用硬件（RTS/CTS）流控制。使用 stty 命令为调制解调器端口设置硬件流控制标志。以下示例在 COM2 的拨入和拨出初始化设备上设置了 crtscts 标志：

本节提供了一些解决无法连接到 FreeBSD 系统的拨号调制解调器的技巧。

将调制解调器连接到 FreeBSD 系统并启动系统。如果调制解调器具有状态指示灯，请观察当系统控制台上出现 login: 提示时，调制解调器的 DTR 指示灯是否亮起。如果它亮起，那应该意味着 FreeBSD 已经在适当的通信端口上启动了一个 getty 进程，并且正在等待调制解调器接受呼叫。

如果 DTR 指示灯没有亮起，请通过控制台登录 FreeBSD 系统，并输入 ps ax 命令查看 FreeBSD 是否在正确的端口上运行了 getty 进程：

如果第二列包含的是 d0 而不是 ?? ，并且调制解调器尚未接受呼叫，这意味着 getty 已经完成了对通信端口的打开。这可能表明存在电缆问题或调制解调器配置错误，因为在调制解调器断开检测信号被断言之前，getty 不应该能够打开通信端口。

如果没有 getty 进程等待打开端口，请再次检查在 /etc/ttys 中端口的条目是否正确。此外，请检查 /var/log/messages 以查看是否有来自 init 或 getty 的日志消息。

接下来，请尝试拨入系统。确保在远程系统上使用 8 位、无奇偶校验和 1 个停止位。如果没有立即出现提示符，或者提示符显示乱码，请尝试每秒按下 Enter 键一次。如果仍然没有出现 login: 提示符，请尝试发送 BREAK 信号。当使用高速调制解调器时，在锁定拨号调制解调器的接口速度后再次拨号。

如果仍然没有出现 login: 提示符，请再次检查 /etc/gettytab ，并仔细确认以下内容：

如果 FreeBSD 系统上的调制解调器不会应答，请确保调制解调器配置为在 DTR 被断开时接听电话。如果调制解调器似乎已正确配置，请通过检查调制解调器的指示灯来验证 DTR 线是否被断开。

如果仍然无法解决问题，请尝试发送电子邮件到 FreeBSD general questions mailing list，描述调制解调器和问题。

tip 内置了一个通用的 Hayes 拨号器。在 /etc/remote 文件中使用 at=hayes 。

Hayes 驱动程序不够智能，无法识别一些较新调制解调器消息的高级功能，例如 BUSY、NO DIALTONE 或 CONNECT 115200。在使用 tip 和 ATX0&W 时，请关闭这些消息。

tip 的拨号超时时间为 60 秒。调制解调器应该使用更短的时间，否则 tip 会认为存在通信问题。尝试使用 ATS7=45&W。

在 /etc/remote 中创建一个"direct"条目。例如，如果调制解调器连接到第一个串口， /dev/cuau0 ，请使用以下行：

在 br 功能中使用调制解调器支持的最高 bps 速率。然后，键入 tip cuau0 以连接到调制解调器。

或者，使用以下命令将 cu 作为 root 使用：

line 是串口，例如 /dev/cuau0 ，而 speed 是速度，例如 57600 。输入完 AT 命令后，输入 ~. 退出。

电话号码功能中的 @ 符号告诉 tip 在 /etc/phones 文件中查找电话号码。但是，在像 /etc/remote 这样的功能文件中， @ 符号也是一个特殊字符，因此需要用反斜杠进行转义：

在 /etc/remote 中添加一个 "generic" 条目。例如：

现在应该可以工作了。

喜欢使用 cu 而不是 tip 的用户可以使用通用的 cu 条目：

并且类型：

为 tip1200 或 cu1200 添加一个条目，但请根据 br 功能使用适当的 bps 速率。 tip 认为默认的速率是 1200 bps ，这就是为什么它会寻找 tip1200 条目的原因。然而，并不一定非要使用 1200 bps 。

不必每次等待连接并输入 CONNECT host ，可以使用 tip 的 cm 功能。例如，在 /etc/remote 中添加以下条目，可以通过输入 tip pain 或 tip muffin 连接到主机 pain 或 muffin ，以及通过输入 tip deep13 连接到终端服务器。

这通常是一个问题，当一所大学拥有多条调制解调器线路，并有几千名学生试图使用它们时。

在 /etc/remote 中添加一条条目，并使用 ` @ ` 作为 pn 功能的标识符：

然后，在 /etc/phones 中列出电话号码：

tip 会按照列表中的顺序尝试每个数字，然后放弃。要保持重试，可以在一个 while 循环中运行 tip 。

Ctrl+P 是默认的 "force" 字符，用于告诉 tip 下一个字符是字面数据。可以使用 ~s 转义将强制字符设置为任何其他字符，该转义意味着 "set a variable."。

在新行后面输入 ~sforce=single-char。single-char 是任意一个字符。如果省略 single-char，则强制字符为空字符，可以通过键入 Ctrl+2 或 Ctrl+Space 来访问。一个很好的 single-char 值是 Shift+Ctrl+6，这只在某些终端服务器上使用。

要更改 force 字符，请在 ~/.tiprc 中指定以下内容：

当按下 Ctrl+A 时，会发生这种情况，这是 tip 的 "raise character"，专为那些键盘上的大写锁定键损坏的人设计的。使用 ~s 来设置 raisechar 为合理的值。如果两个特性都没有使用，它可以被设置为与强制字符相同。

这是一个给需要在 Emacs 中输入 Ctrl+2 和 Ctrl+A 的用户的示例 ~/.tiprc 文件：

^^ 是 Shift+Ctrl+6。

当与另一个类 UNIX® 操作系统进行通信时，可以使用 ~p（put）和 ~t（take）命令发送和接收文件。这些命令在远程系统上运行 cat 和 echo 命令来接受和发送文件。语法如下：~p 本地文件 [ 远程文件 ] ~t 远程文件 [ 本地文件 ] 。

没有错误检查，所以可能应该使用另一种协议，比如 zmodem。

要接收文件，请在远程端启动发送程序。然后，输入 ~C rz 以开始在本地接收文件。

要发送文件，请在远程端启动接收程序。然后，输入 ~C sz files 将文件发送到远程系统。

本节提供了设置串行控制台的快速概述。当哑终端连接到 COM1 时，可以使用此过程。

如果需要不同的配置，请参阅下一节以获取更详细的配置说明。

本节提供了在 FreeBSD 中设置串行控制台所需步骤的更详细解释。

在引导过程的第三阶段，可以通过在引导加载程序中设置适当的环境变量来在内部控制台和串行控制台之间切换。有关更多信息，请参阅 loader(8) 。

默认情况下，串口设置为 9600 波特率， 8 位数据位，无奇偶校验， 1 个停止位。要更改默认控制台速度，请使用以下选项之一：

要配置从串行控制台进入内核调试器的能力，请将以下选项添加到自定义内核配置文件中，并按照 Configuring the FreeBSD Kernel 中的说明编译内核。请注意，虽然这对于远程诊断很有用，但如果串口上生成了一个虚假的 BREAK 信号，也是很危险的。有关内核调试器的更多信息，请参阅 ddb(4) 和 ddb(8)。