Hoofdstuk 26. Seriële communicatie

Deze sectie gebruikt niet de term "baud" als er over snelheden van gegevenscommunicatie gesproken wordt. Baud verwijst naar het aantal elektrische toestandsovergangen dat binnen een tijdsperiode gemaakt mag worden, "bps" (bits per seconde) is de correcte term om te gebruiken (de oude mopperkonten schijnen zich er niet erg druk over te maken).

Om een modem of terminal met een FreeBSD-systeem te verbinden, dienen een seriële poort op een computer en een kabel om verbinding te maken met een serieel apparaat aanwezig te zijn. Indien kennis over hardware en de benodigde kabel reeds aanwezig is, kan deze sectie veilig worden overgeslagen.

FreeBSD ondersteunt standaard vier seriële poorten. In de wereld van MS-DOS® staan ze bekend als COM1, COM2, COM3 en COM4. FreeBSD ondersteunt momenteel "domme" meerpoortige seriële interfacekaarten, zoals de BocaBoard 1008 en 2016, alsook intelligentere meerpoortige kaarten van fabrikanten als Digiboard en Stallion Technologies. De kernel kijkt echter alleen naar de standaard COM-poorten.

Bekijk de boodschappen tijdens het opstarten van de kernel om te zien of de kernel seriële poorten herkent of gebruik het commando /sbin/dmesg om de opstartboodschappen van de kernel te herhalen. Kijk in het bijzonder naar boodschappen die met de tekens uart beginnen als u FreeBSD 8.0 of nieuwer gebruikt, of sio voor FreeBSD 7.4 of ouder.

Voor bijvoorbeeld een FreeBSD 7.X systeem met vier seriële poorten zijn dit de opstartboodschappen van de kernel die specifiek zijn voor de seriële poorten:

Als een kernel niet alle seriële poorten herkent, dan dient waarschijnlijk de kernel aangepast te worden in het bestand /boot/device.hints. Het is ook mogelijk regels uit te schakelen of volledig te verwijderen voor apparaten die niet aanwezig zijn.

Zie de hulppagina sio(4) voor meer informatie over het instellen van seriële poorten en meerpoortige kaarten. Bij gebruik van een instellingenbestand dat eerder voor een andere versie van FreeBSD werd gebruikt is voorzichtigheid geboden omdat de apparaatvlaggen en de syntaxis tussen de versies veranderd zijn.

De meeste apparaten in de kernel worden benaderd met "speciale apparaatbestanden" die in de map /dev staan. De apparaten sio worden benaderd met de apparaten /dev/ttyuN (inbellen) en /dev/cuauN (uitbellen). FreeBSD biedt ook initialisatie-apparaten (/dev/ttyuN.init en /dev/cuauN.init) en slotapparaten (/dev/ttyuN.lock en /dev/cuadN.lock). De initialisatie-apparaten worden gebruikt om telkens als een poort wordt geopend de parameters van de communicatiepoorten te initialiseren, zoals crtscts voor modems die gebruik maken van RTS/CTS-signalering voor gegevensstroombeheer. De slotapparaten worden gebruikt om vlaggen op poorten op slot te zetten om te voorkomen dat gebruikers of programma’s bepaalde parameters veranderen. In de hulppagina’s termios(4), sio(4) en stty(1) staat informatie over respectievelijk terminalinstellingen, apparaten op slot zetten en initialiseren en terminalopties instellen.

Het apparaat ttyuN (of cuauN) is het gebruikelijke apparaat dat geopend dient te worden voor de applicaties. Wanneer een proces het apparaat opent, heeft het een standaardverzameling aan terminal I/O-instellingen. Bekijk deze instellingen met het volgende commando:

Als de instellingen van dit apparaat veranderd worden, blijven de instellingen geldig totdat het apparaat gesloten wordt. Als het heropend wordt, gaat het terug naar de standaardverzameling. Om de standaardverzameling te veranderen, dient het apparaat voor de "initiële toestand" geopend te worden en die instellingen veranderd te worden. Om bijvoorbeeld de CLOCAL-modus, 8-bits-communicatie en XON/XOFF-gegevensstroombeheer voor apparaat ttyu5 standaard aan te zetten:

De systeembrede initialisatie van de seriële apparaten wordt beheerd in /etc/rc.d/serial. Dit bestand heeft invloed op de standaardinstellingen van seriële apparaten.

Om te voorkomen dat bepaalde instellingen door een applicatie worden veranderd, dienen wijzigingen aan het "slottoestand"-apparaat te worden aangebracht. Om bijvoorbeeld de snelheid van ttyu5 vast te zetten op 57600 bps:

Nu blijft een applicatie die ttyu5 en de snelheid van de poort probeert te veranderen zitten op 57600 bps.

Uiteraard dienen de apparaten voor de initiële toestand en de slottoestand alleen voor het account root schrijfbaar te zijn.

De originele UNIX®-systemen hadden geen consoles. In plaats daarvan werd er aangemeld en werden programma’s via terminals gedraaid die verbonden waren met de seriële poorten van een computer. Het is goed vergelijkbaar met het gebruik van een modem en terminalsoftware om op een systeem op afstand in te bellen en werk te doen wat alleen uit tekst bestaat.

De consoles van hedendaagse PC’s kunnen grafische uitvoer van hoge kwaliteit produceren, maar de mogelijkheid om een aanmeldsessie op een seriële poort tot stand te brengen bestaat nog steeds op bijna elk hedendaags UNIX®-achtig systeem. FreeBSD is geen uitzondering. Door gebruik te maken van een terminal die aangesloten is op een ongebruikte seriële poort, kan er aangemeld worden en kan bijna elk tekstprogramma gedraaid worden dat normaalgesproken op de console of in een xterm-venster in het X Window-systeem gedraaid wordt.

Een zakelijke gebruiker kan vele terminals aan een FreeBSD-systeem koppelen en deze op de bureaus van medewerkers neerzetten. Een thuisgebruiker kan een reservecomputer, zoals een oudere IBM PC of een Macintosh®, met de terminal verbinden met een krachtigere computer die FreeBSD draait. Op deze manier kan wat anders een computer voor een enkele gebruiker zou zijn, worden veranderd in een krachtig systeem voor meerdere gebruikers.

Er zijn drie soorten terminals voor FreeBSD:

De overige subsecties beschrijven elk van deze soorten.

Deze sectie beschrijft wat in te stellen op een os;-systeem om een aanmeldsessie op een terminal mogelijk te maken. De sectie gaat ervan uit dat er al een kernel is ingesteld met ondersteuning voor een seriële poort waar de terminal op is aangesloten en dat deze verbonden is.

In Het FreeBSD opstartproces staat beschreven dat het proces init verantwoordelijk is voor het beheer van alle processen en voor de initialisatie tijdens het opstarten van een systeem. Eén van de taken die door init wordt uitgevoerd is het lezen van het bestand /etc/ttys en het starten van een proces getty op de beschikbare terminals. Het proces getty is verantwoordelijk voor het lezen van een aanmeldnaam en het starten van het programma login.

Voer volgende stappen als root uit om terminals voor een FreeBSD-systeem in te stellen:

Als optionele stap kan het wenselijk zijn om een eigen type getty aan te maken voor stap 2 door een ingang in /etc/gettytab te maken. Dit wordt hier niet beschreven. Meer informatie staat in de hulppagina’s gettytab(5) en getty(8).

Zelfs met de grootste aandacht voor details kan er nog steeds iets mis gaan met het instellen van een terminal. Hier is een lijst van symptomen en mogelijke oplossingen.

Externe modems lijken gemakkelijker voor het inbellen, omdat externe modems vaak semi-permanent ingesteld kunnen worden via parameters die in een niet-vluchtig RAM worden opgeslagen en ze hebben gewoonlijk LED’s die de toestand van belangrijke RS-232-signalen weergeven. Knipperende LED’s maken indruk op bezoekers, maar LED’s zijn ook zeer nuttig om te zien of een modem goed functioneert.

Interne modems hebben vaak geen niet-vluchtig RAM en het kan dus voorkomen dat de instelmogelijkheden beperkt zijn tot het instellen van DIP-schakelaars. Als een intern modem al indicatie-LED’s voor signalen heeft, zijn ze moeilijk te zien in de behuizing van een systeem.

FreeBSD ondersteunt EIA RS-232C (CCITT V.24) communicatie-interfaces gebaseerd op NS8250, NS1645, NS16550 en NS16550A. De 8250- en 16450-apparaten hebben buffers van een enkel karakter. Het 16550-apparaat biedt een buffer van 16 karakters, wat betere systeemprestaties toestaat. Door fouten in platte 16550’s is het niet mogelijk de buffer van 16 karakters te gebruiken, dus gebruik indien mogelijk 16550A’s. Omdat apparaten met een buffer van een enkel karakter meer werk door het besturingssysteem vereisen dan apparaten met een buffer van 16 karakters, ligt de voorkeur bij seriële interfacekaarten gebaseerd op de 16550A. Indien een systeem veel actieve seriële poorten heeft of zwaar belast wordt, zijn kaarten gebaseerd op de 16550A beter voor communicatie met een lage foutenratio.

Net als met terminals zet init een getty-proces op voor elke seriële poort die voor inbelverbindingen is ingesteld. Indien bijvoorbeeld een modem aan /dev/ttyu0 is gekoppeld, kan het commando ps ax het volgende weergeven:

Wanneer een gebruiker naar de modemlijn belt en de modems verbinding maken, wordt de CD-lijn (Carrier Detect) door het modem gerapporteerd. De kernel merkt op dat een draaggolf is gesignaleerd en laat getty het openen van de poort voltooien. getty stuurt een prompt login: met de initieel gespecificeerde lijnsnelheid. getty bekijkt of er geldige karakters zijn ontvangen en probeert, in een typische opstelling, indien het rommel aantreft (waarschijnlijk omdat de snelheid waarmee het modem verbindt afwijkt van de snelheid van getty) de lijnsnelheden aan te passen totdat het redelijke karakters ontvangt.

Nadat een gebruikersnaam is opgegeven voert getty/usr/bin/login uit, die het aanmelden voltooit door te vragen naar het wachtwoord van een gebruiker en daarna de shell van een gebruiker op te starten.

Er zijn drie systeeminstellingenbestanden in de map /etc die waarschijnlijk gewijzigd moeten worden om inbellen op een FreeBSD-systeem toe te staan. Het eerste bestand, /etc/gettytab, bevat informatie om de daemon /usr/libexec/getty in te stellen. Het tweede bestand, /etc/ttys bevat informatie voor /sbin/init dat vertelt op welke tty apparaten een proces getty moet draaien. Als laatste kunnen in het script /etc/rc.d/serial commando’s geplaatst worden om poorten te initialiseren.

Er bestaan twee stromingen met betrekking tot inbelmodems op UNIX®. De ene houdt ervan om modems en systemen in te stellen zodat de lokale computer-naar-modem RS-232-interface met een vaste snelheid werkt, ongeacht de snelheid waarmee een gebruiker-op-afstand inbelt. Het voordeel van deze instelling is dat een gebruiker-op-afstand altijd meteen een aanmeldprompt van een systeem ziet. Het nadeel is dat een systeem niet weet wat de werkelijke gegevenssnelheid van een gebruiker is en dus passen programma’s die met een volledig scherm werken, zoals Emacs, hun methode om het scherm te tekenen niet aan om hun reactie beter te maken voor langzame verbindingen.

De andere stroming stelt de RS-232-interface van een modem zo in dat de snelheid ervan varieert met de verbindingssnelheid van een gebruiker-op-afstand. Zo zorgen V.32bis-verbindingen (14,4 kbps) met een modem ervoor dat een modem de RS-232-interface op 19,2 kbps laat draaien, terwijl verbindingen op 2400 bps ervoor zorgen dat de RS-232-interface van een modem op 2400 bps draait. Omdat getty meldingen over de verbindingssnelheid van een gegeven modem niet begrijpt, geeft getty een bericht login: op een initiële snelheid en kijkt het naar de karakters die als antwoord terugkomen. Als een gebruiker rommel ziet, wordt ervan uitgegaan dat deze weet dat de Enter toets ingedrukt moet worden totdat een herkenbaar prompt zichtbaar is. Indien de gegevenssnelheden niet overeenkomen, ziet getty alles wat een gebruiker intypt als "rommel", probeert het op de volgende snelheid over te gaan en het geeft opnieuw het prompt login:. Deze procedure kan ad nauseam doorgaan, maar normaal gesproken zijn er slechts een stuk of twee toetsaanslagen nodig voordat een gebruiker een juist prompt ziet. Het is duidelijk dat deze aanmeldprocedure er niet zo mooi uitziet als de methode "vaste-snelheid", maar een gebruiker met een langzame verbinding zou betere interactiviteit moeten beleven met programma’s die met een volledig scherm werken.

Deze sectie poogt om neutrale informatie over instellingen te geven, maar is geneigd om de gegevenssnelheid van het modem af te laten hangen van de verbindingssnelheid.

Bij gebruik van een modem waarvan de parameters permanent in niet-vluchtig RAM ingesteld kunnen worden, is er een terminalprogramma (zoals Telix onder MS-DOS® of tip onder FreeBSD) nodig om parameters in te stellen. Maak een verbinding met een modem met dezelfde communicatiesnelheid als de initiële snelheid die door getty gebruikt wordt en stel het niet-vluchtige RAM van een modem in zodat aan deze voorwaarden voldaan wordt:

Kijk in de documentatie van een modem voor de benodigde opdrachten en/of instellingen van DIP-schakelaars.

Om de bovenstaande parameters bijvoorbeeld op een U.S. Robotics® Sportster® 14.400 extern modem in te stellen, kunnen de volgende opdrachten aan het modem gegeven worden:

In deze fase kunnen ook andere modeminstellingen aangepast worden, zoals of het V.42bis en/of MNP5 compressie wordt gebruiken.

Een U.S. Robotics®Sportster® 14.400 externe modem heeft ook enkele DIP-schakelaars die ingesteld moeten worden. Voor andere modems kunnen deze instellingen wellicht als voorbeeld dienen:

Schakel resultaatcodes voor alle inbelmodems uit of onderdruk ze om problemen te voorkomen die kunnen optreden als getty abusievelijk een prompt login: geeft aan een modem dat in opdrachtmodus staat en het modem de opdracht echoot of een resultaatcode teruggeeft. Deze sequentie kan tot een uitgebreide, onnozele discussie tussen getty en het modem leiden.

Hier volgen wat stappen die gevolgd kunnen worden om een inbelmodem op een systeem te controleren.

In feite is de hulppagina voor tip verouderd. Er is al een generiek belprogramma voor Hayes ingebouwd. Gebruik at=hayes in het bestand /etc/remote.

Het stuurprogramma voor Hayes is niet slim genoeg om enkele geavanceerde eigenschappen van nieuwere modems te herkennen. Berichten als BUSY (in gesprek), NO DIALTONE (geen kiestoon) of CONNECT 115200 (verbinden 115200) verwarren het stuurprogramma. Schakel deze berichten uit bij gebruik van tip (door middel van ATX0&W).

Verder is de beltimeout voor tip 60 seconden. Het modem dient een lagere waarde te gebruiken om te voorkomen dat tip denkt dat er een probleem met de communicatie is. Probeer ATS7=45&W.

Maak een zogenaamde "directe" regel in het bestand /etc/remote aan. Als het modem bijvoorbeeld aan de eerste seriële poort, /dev/cuau0, is gekoppeld, voeg dan de volgende regel toe:

Gebruik voor de mogelijkheid br de hoogst ondersteunde snelheid van het modem in bps. Typ hierna tip cuau0 om een verbinding met het modem te maken.

Als alternatief kan cu als root met het volgende commando gebruikt worden:

De waarde lijn is de seriële poort (bijvoorbeeld /dev/cuau0) en snelheid is de snelheid (bijvoorbeeld 57600). Als alle AT-commando’s zijn ingevoerd, voer dan ~. in om het programma te verlaten.

Het teken @ in de telefoonnummermogelijkheid vertelt tip om in /etc/phones naar een telefoonnummer te kijken. Maar het teken @ is ook een speciaal teken in specificatiebestanden als /etc/remote. Gebruik een backslash om hieraan te ontsnappen:

Voeg een zogenaamde "generieke" regel aan het bestand /etc/remote toe. Bijvoorbeeld:

Hierna zijn onder andere de volgende mogelijkheden beschikbaar:

Indien cu boven tip geprefereerd wordt, dient een generieke regel voor cu gebruikt te worden:

Voer in:

Voeg een regel toe voor tip1200 of cu1200, maar gebruik een bps-snelheid die geschikt is voor de br-mogelijkheid. tip meent dat 1200 bps een goede standaardwaarde is, hierdoor zoekt het naar een regel tip1200. Uiteraard hoeft 1200 bps niet gebruikt te worden.

Om niet iedere keer te hoeven wachten totdat er verbinding is en CONNECT host in te typen, kan de mogelijkheid cm van tip gebruikt worden. Als voorbeeld bieden de onderstaande regels in /etc/remote de mogelijkheid om tip pain of tip muffin in te typen om met de hosts pain of muffin te verbinden, en tip deep13 om naar de terminalserver te gaan:

Dit is een vaak een probleem als een universiteit een handvol modemlijnen en enkele duizenden studenten heeft die ze proberen te gebruiken.

Voeg een regel voor de universiteit toe in /etc/remote en gebruik @ voor de mogelijkheid pn:

Voeg hierna de telefoonnummers voor de universiteit toe aan /etc/phones:

Het commando tip probeert elk nummer in de volgorde van de lijst alvorens op te geven. Om de pogingen te herhalen, kan tip in een while-lus gedraaid worden.

Ctrl+P is het standaard "forceer"-karakter, dat gebruikt wordt om tip te vertellen dat het volgende karakter letterlijk genomen dient te worden. Het forceerkarakter kan met de ontsnapping ~s, wat "stel een variabele in" betekent, op elk ander karakter ingesteld worden.

Typ ~sforce=enkel-karakter in gevolgd door een nieuwe regel. enkel-karakter is elk enkel karakter. Indien enkel-karakter weggelaten wordt, is het forceerkarakter het nulkarakter, wat door middel van Ctrl+2 of Ctrl+spatie verkregen kan worden. Een redelijke standaardwaarde voor enkel-karakter is Shift+Ctrl+6, die slechts op enkele terminalservers gebruikt wordt.

Het forceerkarakter kan op elk gewenst karakter ingesteld worden door het volgende op te nemen in het bestand $HOME/.tiprc:

Waarschijnlijk is Ctrl+A ingedrukt, het "raisechar" van tip, dat speciaal voor mensen met een kapotte caps-lock toets is ontworpen. Gebruik ~s zoals boven is aangegeven en stel de variabele raisechar op iets redelijks in. Het kan zelfs op hetzelfde als het forceerkarakter worden ingesteld, indien het onwaarschijnlijk is dat een van deze mogelijkheden ooit gebruikt wordt.

Hier volgt een voorbeeld voor het bestand .tiprc dat perfect is voor gebruikers van Emacs die Ctrl+2 en Ctrl+A vaak moeten gebruiken:

De ^^ is Shift+Ctrl+6.

In de communicatie met een ander UNIX®-systeem kunnen bestanden verzonden en ontvangen worden met de commando’s ~p (put) en ~t (take). Deze commando’s draaien cat en echo op een systeem op afstand om bestanden aan te nemen en te verzenden. De syntaxis is:

~p lokaal-bestand [ bestand-op-afstand ]

~t bestand-op-afstand [ lokaal-bestand ]

Er wordt niet op fouten gecontroleerd, het is dus verstandig om een ander protocol te gebruiken, zoals zmodem.

Start om bestanden te ontvangen het verstuurprogramma aan de andere kant. Typ daarna ~C rz om ze lokaal te ontvangen.

Start om bestanden te versturen het ontvangprogramma aan de andere kant. Typ daarna ~C sz bestanden om ze naar het systeem aan de andere kant te versturen.

FreeBSD biedt de mogelijkheid om op een systeem op te starten met slechts een domme terminal en een seriële poort als console. Dit soort opstellingen is handig voor twee soorten mensen: voor systeembeheerders die FreeBSD willen installeren op machines die geen toetsenbord of beeldscherm hebben en voor ontwikkelaars die de kernel of apparaatstuurprogramma’s willen debuggen.

Zoals beschreven in Het FreeBSD opstartproces, gebruikt FreeBSD drie fasen voor het opstarten. De eerste twee fasen bevinden zich in de code van het opstartblok dat zich aan het begin van de opstartslice van FreeBSD op de opstartschijf bevindt. Het opstartblok laadt vervolgens de opstartlader (/boot/loader) en draait als de code van de derde fase.

Om de seriële console gereed te maken moeten de code in het opstartblok, de code van de opstartlader en de kernel worden ingesteld.

Deze sectie neemt aan dat de standaard opstelling wordt gebruikt en dat een kort overzicht voor het opzetten van de seriële console gewenst is.

Indien een andere instelling nodig is, is er een diepgaandere uitleg over instellingen beschikbaar in De seriële console instellen.

Nadat de opstartlader is geladen en het derde stadium van het opstartproces bereikt is, kan er nog steeds gewisseld worden tussen de interne console en de seriële console door de juiste omgevingsvariabelen in de opstartlader in te stellen. Zie De console vanuit de opstartlader veranderen.

Hieronder volgt een samenvatting van de verschillende instellingen die in deze sectie en de uiteindelijk gekozen console beschreven zijn.

De vorige secties beschreven hoe de seriële console ingesteld kan worden door het instellen van het opstartblok. Deze sectie toont dat het mogelijk is om de console te specificeren door het invoeren van enkele opdrachten en omgevingsvariabelen in de opstartlader. Aangezien de opstartlader tijdens het derde stadium van het opstartproces wordt geactiveerd, na het opstartblok, overheersen de instellingen in de opstartlader de instellingen in het opstartblok.

De doelstelling van dit stuk is beheerders in staat te stellen om toegewijde servers te installeren die geen grafische hardware of aangesloten toetsenborden nodig hebben. Hoewel de meeste systemen zonder toetsenbord opstarten, zijn er helaas aardig wat die niet zonder een grafische adapter opstarten. Machines met een AMI BIOS kunnen ingesteld worden om zonder grafische adapter op te starten door de instelling "graphics adapter" in de CMOS-instellingen te wijzigen in "Not installed".

De meeste systemen ondersteunen deze optie echter niet en weigeren om zonder weergavehardware op te starten. Voor deze machines is het nodig om een of andere grafische kaart in een systeem te laten (zelfs al is het een aftandse monochrome kaart) hoewel het niet nodig is om een beeldscherm aan te sluiten. Ook kan geprobeerd worden om een AMI BIOS te installeren.