Глава 29. Последовательная передача данных

Существует несколько различных типов последовательных кабелей. Два наиболее распространённых типа — это нуль-модемные кабели и стандартные кабели RS-232. В документации к оборудованию должен быть указан тип необходимого кабеля.

Эти два типа кабелей отличаются тем, как провода подключены к разъему. Каждый провод представляет собой сигнал, с определенными сигналами, перечисленными в Имена сигналов RS-232C. Стандартный последовательный кабель передаёт все сигналы RS-232C напрямую. Например, контакт "Передаваемые данные" на одном конце кабеля соединен с контактом "Передаваемые данные" на другом конце. Такой тип кабеля используется для подключения модема к системе FreeBSD, а также подходит для некоторых терминалов.

Нулевой модемный кабель меняет местами контакт "Передаваемые данные" одного конца с контактом "Принимаемые данные" другого конца. Разъём может быть либо DB-25, либо DB-9.

Нуль-модемный кабель можно изготовить, используя соединения контактов, приведенные в DB-25 — DB-25 Null-Modem Cable, DB-9 — DB-9 Null-Modem Cable и DB-9 — DB-25 Null-Modem Cable. Хотя стандарт требует прямого соединения контакта 1 с контактом 1 («Protective Ground»), эту линию часто не используют. Некоторые терминалы работают только с контактами 2, 3 и 7, тогда как другим требуются иные конфигурации. В случае сомнений обратитесь к документации оборудования.

Последовательные порты — это устройства, через которые данные передаются между хост-компьютером FreeBSD и терминалом. Существует несколько видов последовательных портов. Перед покупкой или изготовлением кабеля убедитесь, что он подходит к портам на терминале и системе FreeBSD.

Большинство терминалов оснащено портами DB-25. Персональные компьютеры могут иметь порты DB-25 или DB-9. Многопортовые последовательные платы могут быть оснащены портами RJ-12 или RJ-45. Для определения типа порта обратитесь к документации, прилагаемой к оборудованию, или визуально проверьте тип порта.

В FreeBSD каждый последовательный порт доступен через запись в /dev. Существует два разных типа записей:

FreeBSD также предоставляет устройства инициализации (/dev/ttyuN.init и /dev/cuauN.init или /dev/cuadN.init) и устройства блокировки (/dev/ttyuN.lock и /dev/cuauN.lock или /dev/cuadN.lock). Устройства инициализации используются для установки параметров порта связи при каждом его открытии, например, crtscts для модемов, использующих сигнализацию RTS/CTS для управления потоком. Устройства блокировки применяются для фиксации флагов на портах, чтобы предотвратить изменение определённых параметров пользователями или программами. Дополнительную информацию о настройках терминала, блокировке и инициализации устройств, а также установке параметров терминала можно найти в руководствах termios(4), uart(4) и stty(1) соответственно.

По умолчанию FreeBSD поддерживает четыре последовательных порта, обычно известных как COM1, COM2, COM3 и COM4. FreeBSD также поддерживает простые многопортовые последовательные интерфейсные карты, такие как BocaBoard 1008 и 2016, а также более интеллектуальные многопортовые карты, например, производства Digiboard. Однако стандартное ядро ищет только порты COM.

Чтобы проверить, распознает ли система последовательные порты, найдите сообщения загрузки системы, начинающиеся с uart:

Если система не распознает все необходимые последовательные порты, в файл /boot/device.hints можно добавить дополнительные записи. Этот файл уже содержит записи hint.uart.0.* для COM1 и hint.uart.1.* для COM2. При добавлении записи для порта COM3 используйте 0x3E8, а для COM4 — 0x2E8. Обычные адреса IRQ: 5 для COM3 и 9 для COM4.

Для определения стандартных настроек терминального ввода-вывода, используемых портом, укажите имя его устройства. В этом примере определяются настройки для порта вызова на COM2:

Системная инициализация последовательных устройств управляется файлом /etc/rc.d/serial. Этот файл влияет на настройки по умолчанию для последовательных устройств. Чтобы изменить настройки устройства, используйте команду stty. По умолчанию изменённые настройки действуют до закрытия устройства, а при повторном открытии устройства возвращаются значения по умолчанию. Чтобы навсегда изменить настройки по умолчанию, откройте и настройте параметры инициализационного устройства. Например, чтобы включить режим CLOCAL, 8-битную передачу данных и управление потоком XON/XOFF для устройства ttyu5, введите:

Чтобы предотвратить изменение определённых настроек приложением, внесите изменения в блокирующее устройство. Например, чтобы зафиксировать скорость ttyu5 на уровне 57600 бод, введите:

Теперь любое приложение, открывающее ttyu5 и пытающееся изменить скорость порта, будет ограничено скоростью 57600 бод.

В этом разделе описывается, как настроить систему FreeBSD для включения сеанса входа через последовательный терминал. Предполагается, что система распознает последовательный порт, к которому подключен терминал, и что терминал подключен с помощью правильного кабеля.

В FreeBSD init читает файл /etc/ttys и запускает процесс getty на доступных терминалах. Процесс getty отвечает за чтение имени пользователя и запуск программы login. Порты в системе FreeBSD, которые разрешают вход в систему, перечислены в файле /etc/ttys. Например, первая виртуальная консоль ttyv0 имеет запись в этом файле, что разрешает вход на консоли. Этот файл также содержит записи для других виртуальных консолей, последовательных портов и псевдо-терминалов. Для физического терминала последовательный порт указывается как запись в /dev без части /dev. Например, /dev/ttyv0 указывается как ttyv0.

Файл /etc/ttys по умолчанию настраивает поддержку первых четырёх последовательных портов, от ttyu0 до ttyu3:

При подключении терминала к одному из этих портов измените запись по умолчанию, чтобы установить необходимую скорость и тип терминала, включить устройство (on) и, если требуется, изменить настройку secure для порта. Если терминал подключен к другому порту, добавьте запись для этого порта.

В Настройка записей терминалов настраиваются два терминала в /etc/ttys. Первая запись настраивает терминал Wyse-50, подключённый к COM2. Вторая запись настраивает старый компьютер с программным обеспечением терминала Procomm, эмулирующим терминал VT-100. Компьютер подключён к шестому последовательному порту многопортовой последовательной платы.

После внесения изменений в /etc/ttys отправьте сигнал SIGHUP (завершения работы) процессу init, чтобы заставить его перечитать конфигурационный файл:

Поскольку init всегда является первым процессом, запускаемым в системе, его идентификатор процесса всегда равен 1.

Если всё настроено правильно, все кабели подключены, и терминалы включены, процесс getty должен быть запущен на каждом терминале, и на каждом терминале должна быть доступна приглашение для входа в систему.

Даже при самом тщательном внимании к деталям что-то может пойти не так при настройке терминала. Вот список распространённых симптомов и некоторые предлагаемые решения.

Если приглашение для входа не появляется, убедитесь, что терминал подключен и включен. Если в качестве терминала используется персональный компьютер, убедитесь, что на нём запущено программное обеспечение эмуляции терминала на правильном последовательном порту.

Убедитесь, что кабель надёжно подключен как к терминалу, так и к компьютеру с FreeBSD. Убедитесь, что используется правильный тип кабеля.

Убедитесь, что терминал и FreeBSD используют одинаковые скорость (bps) и настройки чётности. Для видеотерминала убедитесь, что регуляторы контрастности и яркости включены. Если это печатающий терминал, проверьте наличие бумаги и чернил.

Используйте ps, чтобы убедиться, что процесс getty запущен и обслуживает терминал. Например, следующий вывод показывает, что getty работает на втором последовательном порту, ttyu1, и использует запись std.38400 в файле /etc/gettytab:

Если процесс getty не запущен, убедитесь, что порт включен в файле /etc/ttys. Не забудьте выполнить kill -HUP 1 после изменения файла /etc/ttys.

Если процесс getty работает, но терминал по-прежнему не отображает приглашение для входа, или если он отображает приглашение, но не принимает вводимые данные, возможно, терминал или кабель не поддерживают аппаратное подтверждение связи. Попробуйте изменить запись в /etc/ttys с std.38400 на 3wire.38400, затем выполните kill -HUP 1 после изменения /etc/ttys. Запись 3wire аналогична std, но игнорирует аппаратное подтверждение связи. Также может потребоваться уменьшить скорость передачи данных или включить программное управление потоком при использовании 3wire, чтобы избежать переполнения буфера.

Если вместо приглашения к входу в систему появляется мусор, убедитесь, что терминал и FreeBSD используют одинаковые скорость (bps) и настройки чётности. Проверьте процессы getty, чтобы убедиться, что используется правильный тип getty. Если это не так, отредактируйте файл /etc/ttys и выполните команду kill -HUP 1.

Если символы отображаются удвоенными, а пароль виден при вводе, переключите терминал или программу эмуляции терминала из режима «полудуплексный» или «локальный эхо-контроль» в режим «полнодуплексный».

Как и в случае с терминалами, init запускает процесс getty для каждого настроенного последовательного порта, используемого для входящих соединений. Когда пользователь дозванивается по линии модема и модемы соединяются, модем сообщает о сигнале "Carrier Detect". Ядро обнаруживает наличие несущей и указывает getty открыть порт и вывести приглашение login: с указанной начальной скоростью линии. В типичной конфигурации, если получены некорректные символы (обычно из-за несоответствия скорости соединения модема и настроенной скорости), getty пытается изменить скорость линии, пока не получит разборчивые символы. После того как пользователь вводит имя для входа, getty запускает login, который завершает процесс входа, запрашивая пароль пользователя и затем запуская его оболочку.

Существует два подхода к настройке модемов для коммутируемого доступа. Первый метод заключается в том, чтобы настроить модемы и систему таким образом, что независимо от скорости, с которой удалённый пользователь подключается, скорость интерфейса RS-232 остаётся фиксированной. Преимущество такой настройки в том, что удалённый пользователь всегда сразу видит приглашение системы к вводу логина. Недостаток же состоит в том, что система не знает реальной скорости передачи данных пользователя, поэтому полноэкранные программы, такие как Emacs, не могут адаптировать методы отрисовки экрана для улучшения отклика на медленных соединениях.

Второй способ заключается в настройке интерфейса RS-232 для изменения скорости в зависимости от скорости соединения удаленного пользователя. Поскольку getty не понимает отчёты о скорости соединения конкретного модема, он выводит сообщение login: на начальной скорости и отслеживает символы, которые приходят в ответ. Если пользователь видит непонятные символы, он должен нажать Enter, пока не увидит узнаваемое приглашение. Если скорости передачи данных не совпадают, getty воспринимает введенные пользователем символы как непонятные, переключается на следующую скорость и снова выводит приглашение login:. Обычно для появления корректного приглашения достаточно нажать одну-две клавиши. Этот процесс входа выглядит не так аккуратно, как метод с фиксированной скоростью, но пользователь с низкоскоростным соединением получит лучшую интерактивную реакцию от полноэкранных программ.

При фиксации скорости передачи данных модема на определенном значении изменения в файле /etc/gettytab обычно не требуются. Однако для конфигурации с согласованием скоростей могут понадобиться дополнительные записи, чтобы определить скорости, используемые для модема. В этом примере настраивается модем 14,4 Кбит/с с максимальной скоростью интерфейса 19,2 Кбит/с при 8-битных соединениях без контроля чётности. Здесь getty настраивается на начало связи для соединения V.32bis со скоростью 19,2 Кбит/с, затем перебирает скорости 9600 бит/с, 2400 бит/с, 1200 бит/с, 300 бит/с и снова возвращается к 19,2 Кбит/с. Перебор скоростей связи реализуется с помощью возможности nx= (следующая таблица). Каждая строка использует запись tc= (продолжение таблицы) для наследования остальных параметров для конкретной скорости передачи данных.

Для модема со скоростью 28,8 Кбит/с или для использования сжатия на модеме 14,4 Кбит/с следует установить более высокую скорость передачи данных, как показано в этом примере:

Для медленного процессора или сильно загруженной системы без последовательных портов на базе 16550A такая конфигурация может вызывать ошибки "silo" в uart на скорости 57,6 Кбит/с.

Конфигурация /etc/ttys аналогична Конфигурация записей терминалов, но в getty передаётся другой аргумент, а в качестве типа терминала используется dialup. Замените xxx на процесс, который init будет запускать на устройстве:

Тип терминала dialup можно изменить. Например, установка vt102 в качестве типа терминала по умолчанию позволяет пользователям использовать эмуляцию VT102 на их удалённых системах.

Для конфигурации с фиксированной скоростью укажите скорость с допустимым типом, перечисленным в /etc/gettytab. В этом примере показана настройка для модема, скорость порта которого зафиксирована на 19,2 Кбит/с:

В конфигурации с согласованной скоростью запись должна ссылаться на соответствующую начальную запись "автонастройки скорости" в /etc/gettytab. Чтобы продолжить пример для модема с согласованной скоростью, начинающего работу с 19,2 Кбит/с, используйте следующую запись:

После редактирования /etc/ttys дождитесь, пока модем будет правильно настроен и подключен, прежде чем подавать сигнал init:

Высокоскоростные модемы, такие как V.32, V.32bis и V.34, используют аппаратное управление потоком (RTS/CTS). Используйте stty для установки флага аппаратного управления потоком для порта модема. В этом примере устанавливается флаг crtscts для устройств инициализации входящих и исходящих соединений на COM2:

В этом разделе приведены несколько советов по устранению неполадок с модемом для коммутируемого доступа, который не подключается к системе FreeBSD.

Подключите модем к системе FreeBSD и загрузите систему. Если на модеме есть индикаторы состояния, следите за тем, загорается ли индикатор DTR модема при появлении приглашения login: на консоли системы. Если он загорается, это должно означать, что FreeBSD запустила процесс getty на соответствующем коммуникационном порту и ожидает принятия вызова модемом.

Если индикатор DTR не горит, войдите в систему FreeBSD через консоль и введите ps ax, чтобы проверить, запущен ли процесс getty на правильном порту в FreeBSD:

Если во втором столбце указано d0 вместо ?? и модем ещё не принял звонок, это означает, что getty завершил открытие коммуникационного порта. Это может указывать на проблему с кабелем или неправильную настройку модема, так как getty не должен иметь возможности открыть коммуникационный порт до тех пор, пока модем не подал сигнал обнаружения несущей.

Если нет процессов getty, ожидающих открытия порта, дважды проверьте, что запись для порта корректна в /etc/ttys. Также проверьте /var/log/messages, чтобы увидеть, есть ли какие-либо сообщения в логе от init или getty.

Далее попробуйте подключиться к системе. Убедитесь, что на удалённой системе установлены 8 бит, отсутствие контроля чётности и 1 стоповый бит. Если приглашение не появляется сразу или отображается как бессмыслица, попробуйте нажимать Enter примерно раз в секунду. Если приглашение login: так и не появилось, попробуйте отправить BREAK. При использовании высокоскоростного модема попробуйте набрать номер ещё раз после фиксации скорости интерфейса набирающего модема.

Если приглашение login: по-прежнему не появляется, проверьте /etc/gettytab ещё раз и убедитесь, что:

Если модем в системе FreeBSD не отвечает, убедитесь, что он настроен на ответ на звонок при активном сигнале DTR. Если модем, кажется, настроен правильно, проверьте, что линия DTR активна, по индикаторам модема.

Если это по-прежнему не работает, попробуйте отправить письмо в Список рассылки, посвящённый вопросам и ответам пользователей FreeBSD с описанием модема и возникшей проблемы.

В tip встроен стандартный Hayes-совместимый наборщик номера. Используйте at=hayes в /etc/remote.

Драйвер Hayes недостаточно интеллектуален, чтобы распознать некоторые расширенные функции современных модемов, такие как сообщения BUSY, NO DIALTONE или CONNECT 115200. Отключите эти сообщения при использовании tip с помощью команды ATX0&W.

Таймаут набора номера для tip составляет 60 секунд. Модем должен использовать значение меньше, иначе tip решит, что возникли проблемы со связью. Попробуйте ATS7=45&W.

Создайте запись "direct" в файле /etc/remote. Например, если модем подключён к первому последовательному порту, /dev/cuau0, используйте следующую строку:

Используйте наибольшую скорость передачи данных, которую поддерживает модем, в параметре br. Затем введите tip cuau0 для подключения к модему.

Или используйте cu от имени root с следующей командой:

Строка line указывает на последовательный порт, например, /dev/cuau0, а speed — это скорость, например, 57600. После завершения ввода AT-команд введите ~. для выхода.

Знак @ в параметре номера телефона указывает tip искать номер в файле /etc/phones. Однако, знак @ также является специальным символом в файлах параметров, таких как /etc/remote, поэтому его необходимо экранировать обратной косой чертой:

Поместите запись "generic" в /etc/remote. Например:

Это должно теперь работать:

Пользователи, предпочитающие cu вместо tip, могут использовать общую запись cu:

и введите:

Добавьте запись для tip1200 или cu1200, но используйте подходящую скорость передачи (bps) с помощью возможности br. tip считает хорошим значением по умолчанию 1200 bps, поэтому ищет запись tip1200. Однако, не обязательно использовать именно 1200 bps.

Вместо того чтобы каждый раз ждать подключения и вводить CONNECT хост, используйте возможность cm в tip. Например, следующие записи в /etc/remote позволят набрать tip pain или tip muffin для подключения к хостам pain или muffin, а tip deep13 — для подключения к терминальному серверу.

Это часто оказывается проблемой, когда в университете есть несколько модемных линий и несколько тысяч студентов, пытающихся до них дозвониться.

Сделайте запись в /etc/remote и используйте @ для возможности pn:

Затем перечислите номера телефонов в /etc/phones:

tip будет пробовать каждый номер в указанном порядке, затем завершит работу. Для повторных попыток запустите tip в цикле while.

По умолчанию Ctrl+P — это символ "принуждения", используемый для указания tip, что следующий символ является буквальными данными. Символ принуждения можно изменить на любой другой с помощью экранирования ~s, что означает "установить переменную".

Введите ~sforce=одиночный-символ, затем нажмите Enter. одиночный-символ — это любой одиночный символ. Если одиночный-символ не указан, то управляющий символ будет нулевым символом, который вводится с помощью Ctrl+2 или Ctrl+Пробел. Хорошим значением для одиночный-символ может быть Shift+Ctrl+6, который используется только на некоторых терминальных серверах.

Чтобы изменить управляющий символ, укажите следующее в ~/.tiprc:

Это происходит при нажатии Ctrl+A, что является «raise character» в tip, специально предназначенным для людей с неработающими клавишами caps-lock. Используйте ~s, чтобы установить raisechar в разумное значение. Его можно установить таким же, как и «force character», если ни одна из функций не используется.

Вот пример файла ~/.tiprc для пользователей Emacs, которым нужно вводить Ctrl+2 и Ctrl+A:

^^ — это Shift+Ctrl+6.

При обмене данными с другой UNIX®-подобной операционной системой файлы можно отправлять и получать с помощью команд ~p (put) и ~t (take). Эти команды выполняют cat и echo на удалённой системе для приёма и отправки файлов. Синтаксис следующий: ~p локальный-файл [ удалённый-файл ] ~t удалённый-файл [ локальный-файл ]

Проверка ошибок отсутствует, поэтому следует использовать другой протокол, например, zmodem.

Для получения файлов запустите программу отправки на удаленной стороне. Затем введите ~C rz, чтобы начать их получение локально.

Для отправки файлов запустите программу приема на удаленной стороне. Затем введите ~C sz файлы, чтобы отправить их на удаленную систему.

В этом разделе представлено краткое описание настройки последовательной консоли. Данная процедура может быть использована, когда к COM1 подключён алфавитно-цифровой терминал.

Если требуется другая конфигурация, обратитесь к следующему разделу для более подробного объяснения настройки.

В этом разделе представлено более подробное объяснение шагов, необходимых для настройки последовательной консоли в FreeBSD.

На третьем этапе процесса загрузки можно по-прежнему переключаться между внутренней консолью и последовательной консолью, установив соответствующие переменные окружения в загрузчике. Подробнее см. в loader(8).

По умолчанию настройки последовательного порта: скорость 115200 бод, 8 бит данных, без контроля чётности и 1 стоповый бит. Чтобы изменить стандартную скорость консоли, используйте один из следующих вариантов:

Для настройки возможности перехода в отладчик ядра с последовательной консоли добавьте следующие параметры в пользовательский конфигурационный файл ядра и соберите ядро, используя инструкции из Настройка ядра FreeBSD. Обратите внимание, что хотя это полезно для удалённой диагностики, это также опасно, если на последовательном порту генерируется ложный BREAK. Дополнительную информацию об отладчике ядра можно найти в ddb(4) и ddb(8).