Linux串口上网的简单实现

发布: 2007-6-20 23:14 | 作者: | 来源: | 查看: 48次 | 进入软件测试论坛讨论

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本文主要说明某些简易 Linux 环境或者嵌入式 Linux 中实现串口上网的简单实现，这在工业控制中有着广泛的应用。希望对实现无网卡设备上网的方法有抛砖引玉的作用。

Linux 为串口上网提供了丰富的支持，比如PPP（Peer-to-Peer Protocol, 端对端协议）和SLIP（Serial Line Interface Protocol, 非常老的串行线路接口协议），这里所说的"上网"是指把串口当成一个网络接口，通过封装网络数据包（如IP包）以达到无网卡的终端可以通过串口进行网络通信。但是使用这两种协议必须得到内核的支持。例如，如果在没有配置PPP的Linux环境中使用PPP，除了安装PPP应用层软件外，还必须重新编译内核。SLIP是一个比较老的简单的协议，现在的Linux内核缺省配置都支持，不需要重新编译内核，尽管如此，其源代码看上去有点"古怪而复杂"。在嵌入式Linux系统使用过程中，如果内核已经被烧入Flash中，而为了节省空间内核又没有提供诸如PPP或者SLIP的支持，当然就没有办法在不重新烧写 Flash的情况下直接使用PPP或者SLIP了，事实上用户必须动态加载PPP和SLIP的内核实现模块。对某些嵌入式应用来说移植或者修改PPP源代码变成了乏味和繁锁的工作。这里介绍一种非常经济而且实用的实现串口上网的简单方法。

Linux简单串口上网原理

简单串口上网的实现原理如图1所示。

图 1

Linux Box A 和 Linux Box B 是两个安装有Linux操作系统的终端（可以是PC，也可以是嵌入式设备），它们通过一条串口通信线（null modem cable line）连接。控制串口通信的服务进程server读和写两个字符设备：发送字符设备sending device和接收字符设备receiving device。在内核空间，伪网络设备驱动程序pseudo network driver可以直接读写发送字符设备和接收字符设备，事实上在内核空间它们之间的通信只是对共享缓存区的读写而已。伪网络设备驱动程序具有大部分普通网卡驱动程序提供服务功能，只是没有硬件部分代码的实现而已。当用户空间的进程要发送数据的时候，其首先让数据经过Linux操作系统的TCP/IP处理层进行数据打包，然后把打包后的数据直接写入sending device，等待server进程读取，最后通过串口发送到另一个Linux Box的server进程；而当server进程发现有数据从串口传送过来时就把数据写入receiving device，伪网络驱动程序发现receiving device设备有新数据的时候，就又把数据传递到TCP/IP层处理，最终网络应用程序收到对方发来的数据。本文设计的源程序主要有三个， ed_device.c、ed_device.h、server.c。其中在ed_device.c是串口上网的内核部分的主程序，包含字符设备和伪网络接口设备程序，server.c负责串口通信。主文件ed_device.c中包括的头文件在源程序中，这里就不一一列举了。

Linux串口上网设备加载和注销形式

Linux串口上网程序的整个内核部分是以LKM（Loadable Kernel Module）形式实现的。LKM加载的时候完成伪网络设备、发送字符设备、接收字符设备的初始化和注册。注册的目的是让操作系统可以识别用户进程所要操作的设备，并完成在其上的操作（比如read,write等系统调用）。Linux加载模块，实际上就是模块链表的插入；删除模块象是模块链表成员的删除。

初始化内核模块入口函数init_module()中包括对字符设备的初始化入口函数eddev_module_init()和伪网络设备初始化入口函数ednet_module_init()。

在内核需要卸载的时候，必须进行资源释放以及设备注销， cleanup_module()完成这个任务。函数cleanup_module()中用eddev_module_cleanup()来释放字符设备占用的资源（比如分配的缓存区等）；有ednet_module_cleanup()来释放伪网络设备占用的资源。本文的内核部分模块程序编译后就是 ed_device.o，加载后使用lsmod命令查看，模块名就是ed_device。模块ed_device的加载和注销函数如图2所示。

图 2
Linux串口上网的简单实现（图二）

当我们需要加载模块的时候，我们只需要使用insmod命令，如果需要卸载模块，我们使用rmmod命令。比如加载ed_device模块，并且配置伪网络接口IP地址为192.168.5.1


[root@localhost test]insmod ed_device.o，
[root@localhost test]ifconfig ed0 192.168.5.1 up

这时可以在/proc/net/dev 文件中看到有ed0伪网络设备了。如果需要卸载ed_device模块，应先停止其网络数据发送和接收工作，然后卸载模块：


[root@localhost test]ifconfig ed0 down
[root@localhost test]rmmod ed_device

如果我们设置另一台Linux box的伪网接口地址是192.168.5.2那么，我们可以用串口线直接连接两台终端并使用网络应用程序了，在两台终端上运行server守护程序，然后执行telnet：


[root@localhost test]# telnet 192.168.5.2
Trying 192.168.5.2...
Connected to 192.168.5.2 (192.168.5.2).
Escape character is '^]'.
Red Hat Linux release 9 (Shrike)
Kernel 2.4.20-8 on an i686
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