company_banner

Кунг-фу стиля Linux: разбираемся с последовательными портами

Автор оригинала: Al Williams
  • Перевод
Раньше последовательные порты были буквально повсюду. И они, в каком-то смысле, никуда и не делись, так как многое, что подключается к компьютеру по USB, на самом деле, выглядит для системы как последовательный порт. Проблема тут заключается в том, что в наши дни всё в мире завязано на компьютерные сети. Конечно, можно купить терминальный сервер, который преобразует последовательный порт в интерфейс Ethernet. Но это совсем не интересно. Здесь я хочу рассказать о том, как пробрасывать последовательные порты по сети с использованием существующих Linux-инструментов. Решение это не идеальное, оно оказывается работоспособным далеко не всегда, но если оно работает, то работает оно хорошо.



Всё — это файл — до тех пор, пока это не так


Когда-то в прошлом ОС Unix — прародитель Linux — практически всё считала файлом. Все файлы были созданы более или менее равными. Программы не заботило то, с чем именно им приходилось работать: с локальными файлами, с файлами, доступными по сети, с файлами, считанными с ленточного накопителя, или с файлами, прибывшими по именованному каналу.

Но ситуация начала меняться. Несмотря на то, что в Linux последовательный порт — это просто файл, у него имеются некоторые особые атрибуты, которые позволяют, например, задать скорость порта в бодах. И, что ещё хуже, некоторые программы слишком много «знали» о файлах и настоятельно требовали придерживаться определённых соглашений по их именованию. Поэтому, в теории, у пользователя должна была быть возможность создать сетевой сокет и подключить один из его концов к последовательному порту, а другой — к программе. После этого всё должно было нормально работать. Но это — в теории.


Переходник USB/последовательный порт

Практика, конечно, отличается от теории. В некоторых случаях, очень простых, это может и сработать. Для настройки вышеописанной схемы работы с последовательными портами можно воспользоваться утилитой socat (это — нечто вроде cat для сокетов). Но если программа, которую мы пытаемся таким образом обмануть, попробует, например, задать скорость порта в бодах, то у неё, вероятно, ничего не получится. А некоторые программы даже не распознают такой вот ненастоящий последовательный порт.

Подробности о socat


Программа socat напоминает волшебный кабель-переходник, который просто передаёт на выход всё, что поступает на его вход, и, кроме того, поддерживает передачу данных в обратном направлении. Программа может читать данные из файлов, из каналов, с различных устройств, из сокетов и из некоторых других мест. Например, может понадобиться создать простой TCP-прокси для перенаправления соединений с одного локального хоста на другой хост. С помощью socat решить эту задачу очень просто:

socat TCP4-LISTEN:88 TCP4:10.1.1.125:8000

То, что получится в результате выполнения этой команды, поддерживает лишь одно соединение. Но socat можно настроить так, чтобы для новых соединений создавались бы форки, что позволяет обрабатывать множество запросов.

Проблема


Правда, если попытаться применить socat для работы с последовательным портом, то получившаяся конструкция вряд ли будет работать без множества дополнительных настроек. Но нужно это так часто, что существует несколько программ, способных нам в этом помочь. В большинстве Linux-дистрибутивов заработает программа ser2net, которая умеет преобразовывать последовательный порт в сокет. Если ser2net кому-то не подойдёт — можно воспользоваться Python-кодом, который имеется среди примеров использования библиотеки pyserial. Правда, та версия pyserial, которая установлена в используемом дистрибутиве, может оказаться слишком старой для поддержки этого кода. Если это так и есть — нужно установить эту библиотеку в обход системного менеджера пакетов, например, воспользовавшись pip.

Далее я исхожу из предположения о том, что для работы с последовательным портом используется ser2net.

Эта утилита обычно устанавливается в виде системной службы, для её настройки можно прибегнуть к редактированию файла /etc/ser2net.conf. Я убрал из этого файла всё, что там было, и добавил туда описания двух нужных мне последовательных портов, указав, кроме прочего, их желаемую скорость в бодах:

7777:telnet:0:/dev/ttyUSB0:115200 8DATABITS NONE 1STOPBIT remctl
7778:telnet:0:/dev/ttyUSB1:115200 8DATABITS NONE 1STOPBIT remctl

После редактирования этого файла сервис надо перезапустить (вероятно, тут подойдёт команда systemctl restart ser2net; а если она не сработает в первый раз — её стоит попробовать выполнить ещё раз, так как иногда она пытается запустить новую копию сервиса ещё до того, как предыдущая копия полностью завершила работу).

Для целей отладки может понадобиться остановить сервис и запустить его, включив возможность вывода отладочных сообщений:

ser2net -d -C "7778:telnet:0:/dev/ttyUSB1:115200 8DATABITS NONE 1STOPBIT remctl"

Но, в любом случае, после того, как сервер заработает, указанные порты (7777 и 7778 в моём конфигурационном файле) будут работать как соответствующие последовательные порты.

Хочу сделать тут несколько замечаний. Если вы пытаетесь проделать это с 3D-принтером, и если у вас запущено нечто вроде Octoprint, то вам понадобится или закрыть программу, или найти другой способ «отвязать» её от принтерного порта до выполнения вышеописанных настроек. Это применимо к любой программе, удерживающей последовательный порт, который нам нужно открыть. В случае с некоторыми стандартными портами нужно удостовериться в том, что механизм входа в систему не удерживает порт открытым, ожидая пользователя. То, как именно это всё заработает, зависит от конкретной системы. То же самое относится и к файрволу. Если прослушивается порт 7777 и при этом используется файрвол, нужно настроить его так, чтобы он разрешал бы подключения к этому порту. При этом надо помнить о том, что для открытия портов с небольшими номерами обычно нужны root-права.

Клиент


На стороне клиента можно использовать socat, но некоторые программы поймут, что перед ними — не настоящий последовательный порт. Правда, никто не мешает попробовать такую команду:

socat pty,link=$HOME/dev/ttyNET0,waitslave tcp:10.1.1.125:7777

Кое-какие программы, правда, ищут устройства лишь в папке /dev. Если это именно так — понадобится запустить socat с root-правами (воспользовавшись sudo), а затем нужно будет настроить /dev/ttyNET0, дав разрешения на чтение и запись (например — sudo chmod 666 /dev/ttyNET0).

Тестирование


Если созданный механизм выглядит работоспособным, я, всё равно, не рекомендую сразу же пробовать пользоваться им в программе, для которой он создавался. Советую сначала протестировать его, воспользовавшись чем-то вроде picocom. После запуска socat, например, на клиентской машине должна нормально отработать такая команда:

picocom -b 115200 $HOME/dev/ttyNET0


Утилита picocom может обмениваться данными по сети с использованием виртуального последовательного порта

Если вы попробуете сделать нечто подобное, то вам, понятно, нужно будет указать актуальные для вашей системы имя и скорость порта. У вас, в результате, должна появиться возможность обмениваться данными с удалённым устройством. Если это не получится — нужно разобраться с причинами неполадки до того, как виртуальный порт можно будет использовать в обычной программе. Если в основе вашего последовательного устройства не лежит передача текста, то, возможно, вам больше повезёт с cutecom. Но, к сожалению, эта программа знает о том, что виртуальный последовательный порт — это порт поддельный, и не позволит его выбрать. Правда, программа это опенсорсная, поэтому не слишком сложно будет создать её собственную версию, которая примет любое нужное имя устройства. Конечно, есть и другие варианты. Например — выбрать ненастоящий последовательный порт позволит gtkterm.

Если в ходе тестирования возникнет ошибка протокола, может оказаться так, что последовательный порт перемещён (например — был /dev/ttyUSB0, а потом стал /dev/ttyUSB1), или окажется, что неправильно настроена скорость порта. Сообщения об ошибках не особенно информативны, но при поиске проблем стоит помнить об опции -d программы ser2net.


Документация программы ttynvt устроена просто, но отличается точностью

Когда же дело дойдёт до использования виртуального последовательного порта в обычной программе, всё может заработать как надо. Но может появиться ошибка, или, в некоторых случаях, программа может не позволить выбрать соответствующий файл, так как он не ассоциирован с настоящим последовательным портом. Иногда бывает так, что в чём-то просто не везёт. Правда, тут может пригодиться более интеллектуальный клиент, который знает толк в последовательных портах. Например — ttynvt. Программу, возможно, придётся собрать из исходников, но сделать это очень просто. Она зависит от libfuse, но больше ей ничего особенного не нужно.

После того, как программа будет готова к работе — попробуйте нечто вроде такой команды:

sudo src/ttynvt -M 199 -m 6 -n ttyNET0 -S 10.1.1.125:7777

Будет создано устройство /dev/ttyNET0 (отсюда — и потребность в root-правах). В моей системе у нового устройства были права на чтение и запись root-уровня, оно входило в группу dialout. Если вы воспользуетесь этой программой, то вам, возможно, нужно будет проверить и настроить под себя её разрешения.

Перед использованием в обычной программе то, что получилось, опять же, рекомендуется протестировать с помощью picocom. А во время проведения теста стоит скрестить пальцы и надеяться на удачу.

Почему всё так нескладно?


Я, когда связался с последовательными портами, хотел сделать так, чтобы программа Lightburn для лазерного резака работала бы на мощной машине с использованием удалённого рабочего стола. Мне хотелось, чтобы резак был бы подключён к USB-порту на простом локальном компьютере, и чтобы программа взаимодействовала бы с поддельным портом в более серьёзной системе.

Но, к сожалению, сейчас ситуация такова, что Lightburn — программа слишком умная, которая не ведётся на мои хитрости и не хочет показывать мне виртуальные последовательные порты. И нет известного мне способа заставить её использовать имя файла, выбранное мной. Поэтому я даже не могу проверить то, как она работает с виртуальным портом. Правда, мне удалось протестировать подобные порты с некоторыми другими G-Code-программами. И всё это работало хорошо. Я сообщил о моей проблеме разработчикам Lightburn. Возможно, в тот момент, когда вы это читаете, проблема уже решена.

Парадигма «всё — это файл» чрезвычайно мощна. Но, к сожалению, с каждым годом она всё меньше соответствует реальному положению дел. Это создаёт всё больше препятствий тем, кто хочет сделать в Linux что-то интересное и не совсем обычное. Но, как это обычно бывает в Linux, желаемого, всё равно, как-то можно достичь. Я не сомневаюсь в том, что смог бы отследить вызовы, которые выполняет Lightburn для открытия порта, а после этого смог бы найти способ обмануть программу и подсунуть ей последовательный клиент. Но я надеюсь, что делать этого мне не придётся.

Возникала ли у вас необходимость в работе с виртуальными последовательными портами в Linux?

RUVDS.com
VDS/VPS-хостинг. Скидка 10% по коду HABR

Комментарии 21

    +1
    Возникала ли у вас необходимость в работе с виртуальными последовательными портами в Linux?

    Прошивка различных устройств может требовать последовательного порта. Мне казалось что все потихоньку едет в USB, но что-то не торопясь.
      0
      потому что последовательный порт это до предела просто, в то же время под USB нужен писать драйвер общения
      0

      Не претензия к корректности перевода, но действительно ли кто-то использует словосочетание "последовательный порт" за пределами печатной литературы? Везде, где встречал, обычно используют "serial порт"

        +5
        Я не встречал других вариантов, кроме как «последовательный порт». Но тут следует делать уточнение, что последовательный порт достаточно размытое понятие (SATA, тоже в некотором роде последовательный «порт», да я понимаю что не совсем корректно так называть).
        Разумнее давать всё же хоть краткое соответствие стандарта.
          +1

          Иногда встречаются ширдервы, вроде сериальный порт. Или, еще хлеще, серийный.

          +1

          я чаще всего встречаю UART. Это сразу как бы подразумевает логические уровни напряжения, и исключает "промышленные" стандарты вроде RS-232, RS-485.

            0
            Я открою страшную тайну, что UART или по русски УАПП, не регламентирует физический уровень, таким образом включает в себя «промышленные» стандарты вроде RS-232, RS-485.
              0

              Да. Но это уже "страшные тайны".
              Для обычных обывателей — если я покупаю на алишке мелкий свисток из usb в uart это всё же достаточно ясно намекает именно на логический уровень. Это не стандартно и не регламентировано, просто так сложилось.

                0
                Ну да, возможно вы правы. С точки зрения программиста RS-232, RS-485 и т.п. вообще идентичны.
          0
          Для организации виртуального соединения между программами использую tty0tty.
            +1
            У кого-нибудь есть опыт использования serial-to-ethernet конвертеров?
              0
              Смотря каких.
                0
                У меня опыта нет никакого, так что с благодарностью выслушаю любые советы и рекомендации. Мне это нужно для домашнего проекта, так что дорогостоящие решения, к сожалению не впишутся в бюджет.
                  0
                  Увы, с дешевыми китайскими решениями (USB over Ethernet с присобаченной в тойже коробочке PL2303, ценник 500-2000р) сугубо негативный опыт — под виндами оно ещё работает, а вот по линуксом — желаю удачи найти нормальный драйвер и софтину.
                    0
                    Прошу прощения, я наверное плохо сформулировал. Мне не нужен usb over ethernet. Мне надо что-то типа примитивного telnet сервера, который с одной стороны воткнут в сеть, а с другой стороны подключен к последовательной консоли моего сервера в чулане. Чтобы в случае проблем при перезагрузке мне не надо было идти в чулан, а можно было бы подключиться удаленно и последовательной консоли и понять в чем проблема.
                      0
                      Увы, железки типа MOXA, как и варианты IPKVM-Serial (б/у) стоят около 100уе и выше. При желании «недорого» можно изобразить это на малине (только не забыть добавить watchdog и, по хорошему, чтобы не вспоминать вообще о том, что там что-то существует, перезагрузку раз в пару суток).
                        0
                        А вот про это можете что-то сказать?

                        Про малину я думал, но как-то это тоже из пушки по воробьям.
                        0
                        Когда нужно было такое — нашел старую CISCO 2509 на 8 портов. Отличный reverse telnet server. Еще бывают CISCO 2511 аж на 16 портов.
                  0

                  Esp8622 бюджетный конвертер из ttl uart в беспроводной ethernet. Логику конвертирования пишите самостоятельно.

                  +1
                  Можете подсказать какое-нибудь ПО которое принимает на вход /dev/ttyUSB0 и создает интерфйс как wlan0 или eth0?
                  У меня два прибора общаются через TLS1.2/HDLC/RS485 и я эту связь прослушиваю через следующую схему:
                  MAX475->Arduino->Raspi /dev/ttyUSB0
                  При помощи pyserial я могу получать с /dev/ttyUSB0 поток байт, но хотелось бы все этого добро подать нормально на вход в wireshark.
                    0

                    Хорошего дня. Уже очень давно пользуюсь вот таким решением https://censor-m.ru/product/preobrazovateli-interfeysov/pirs-2-0-preobrazovatel-interfeysov/
                    Использую в промышленности и подключаю всё что мне нужно. На выходе Ethernet, со стороны РС можно использовать любой эмулятор "последовательного порта". Я же не парюсь, просто пишу в tcp то, что мне нужно передать-прочитать из последовательного порта оборудования. Практика показала, что данное решение не только дешевле, но и надёжней Moxa. Сам занимаюсь мониторингом технологического оборудования.

                    Только полноправные пользователи могут оставлять комментарии. Войдите, пожалуйста.

                    Самое читаемое