Linux串口上網的程序實現方法

Linux為串口上網提供了豐富的支持，比如PPP（Peer-to-Peer Protocol, 端對端協議）和SLIP（Serial Line Interface Protocol, 非常老的串行線路接口協議）。

這里所說的上網是指把串口當成一個網絡接口，通過封裝網絡數據包（如IP包）以達到無網卡的終端可以通過串口進行網絡通信。但是使用這兩種協議必須得到內核的支持。例如，如果在沒有配置PPP的Linux環境中使用PPP，除了安裝PPP應用層軟件外，還必須重新編譯內核。SLIP是一個比較老的簡單的協議，現在的Linux內核缺省配置都支持，不需要重新編譯內核，盡管如此，其源代碼看上去有點古怪而復雜。在嵌入式Linux系統使用過程中，如果內核已經被燒入Flash中，而為了節省空間內核又沒有提供諸如PPP或者SLIP的支持，當然就沒有辦法在不重新燒寫Flash的情況下直接使用PPP或者SLIP了，事實上用戶必須動態加載PPP和SLIP的內核實現模塊。對某些嵌入式應用來說移植或者修改PPP源代碼變成了乏味和繁鎖的工作。這里介紹一種非常經濟而且實用的實現串口上網的簡單方法。

Linux簡單串口上網原理

簡單串口上網的實現原理如圖1所示。

圖 1

Linux Box A 和 Linux Box B 是兩個安裝有Linux操作系統的終端（可以是PC，也可以是嵌入式設備），它們通過一條串口通信線（null modem cable line）連接。控制串口通信的服務進程server讀和寫兩個字符設備：發送字符設備sending device和接收字符設備receiving device。

在內核空間，偽網絡設備驅動程序pseudo network driver可以直接讀寫發送字符設備和接收字符設備，事實上在內核空間它們之間的通信只是對共享緩存區的讀寫而已。偽網絡設備驅動程序具有大部分普通網卡驅動程序提供服務功能，只是沒有硬件部分代碼的實現而已。當用戶空間的進程要發送數據的時候，其首先讓數據經過Linux操作系統的TCP/IP處理層進行數據打包，然后把打包后的數據直接寫入sending device，等待server進程讀取，最后通過串口發送到另一個Linux Box的server進程；而當server進程發現有數據從串口傳送過來時就把數據寫入receiving device，偽網絡驅動程序發現receiving device設備有新數據的時候，就又把數據傳遞到TCP/IP層處理，最終網絡應用程序收到對方發來的數據。本文設計的源程序主要有三個，ed_device.c、ed_device.h、server.c。其中在ed_device.c是串口上網的內核部分的主程序，包含字符設備和偽網絡接口設備程序，server.c負責串口通信。主文件ed_device.c中包括的頭文件在源程序中，這里就不一一列舉了。

Linux串口上網設備加載和注銷形式

Linux串口上網程序的整個內核部分是以LKM（Loadable Kernel Module）形式實現的。LKM加載的時候完成偽網絡設備、發送字符設備、接收字符設備的初始化和注冊。注冊的目的是讓操作系統可以識別用戶進程所要操作的設備，并完成在其上的操作（比如read,write等系統調用）。Linux加載模塊，實際上就是模塊鏈表的插入；刪除模塊象是模塊鏈表成員的刪除。

初始化內核模塊入口函數init_module()中包括對字符設備的初始化入口 函數eddev_module_init()和偽網絡設備初始化入口函數ednet_module_init()。

在內核需要卸載的時候，必須進行資源釋放以及設備注銷， cleanup_module()完成這個任務。函數cleanup_module()中用eddev_module_cleanup()來釋放字符設備占用的資源（比如分配的緩存區等）；有ednet_module_cleanup()來釋放偽網絡設備占用的資源。本文的內核部分模塊程序編譯后就是ed_device.o，加載后使用lsmod命令查看，模塊名就是ed_device。模塊ed_device的加載和注銷函數如圖2所示。

圖 2

當我們需要加載模塊的時候，我們只需要使用insmod命令，如果需要卸載模塊，我們使用rmmod命令。比如加載ed_device模塊，并且配置偽網絡接口IP地址為192.168.5.1

[root@localhost test]insmod ed_device.o，

[root@localhost test]ifconfig ed0 192.168.5.1 up

這時可以在/proc/net/dev 文件中看到有ed0偽網絡設備了。如果需要卸載ed_device模塊，應先停止其網絡數據發送和接收工作，然后卸載模塊：

[root@localhost test]ifconfig ed0 down

[root@localhost test]rmmod ed_device