串口通信

概述

串口通信为 OpenBSD 系统提供关键功能，尤其在无头服务器、嵌入式系统、硬件调试与网络设备等场景中不可或缺。OpenBSD 基本系统完整支持串口终端的配置与使用，包括通过串口控制台登录、用 cu 与 tip 等工具连接串口设备、配置 USB 转串口适配器，以及验证串口功能。

本章介绍如何通过 /etc/ttys 配置串口登录访问、如何通过 /etc/boot.conf 在启动时使用串口控制台、如何用基本系统工具操作串口，以及如何测试与验证串口硬件和通信设置。

启用串口控制台登录

OpenBSD 上串口通常以 /dev/tty00、/dev/tty01 等形式出现。要在串口上启用登录，需修改 /etc/ttys 文件。

配置第一个串口（tty00）用于登录：

tty00   "/usr/libexec/getty std.9600"   vt220   on secure

此条目指示 init 在 /dev/tty00 上启动 getty(8)，使用 gettytab(5) 中的 std.9600 条目。终端类型 vt220 适用于大多数串口终端。secure 关键字允许在该线路上以 root 登录。

激活更改：

# kill -HUP 1

此命令向 init(8) 进程发送信号，使其重新加载配置并在指定线路上启动 getty。

确保没有其他进程占用串口。可用 fstat 或 ps 确认。

使用 cu 与 tip

OpenBSD 基本系统内置两个用于与串口设备交互的终端通信程序：cu(1) 与 tip(1)。

使用 `cu`

cu 工具可直接连接串口设备。以 9600 波特率打开 /dev/tty00 的连接：

# cu -l /dev/tty00 -s 9600

退出会话时，在新行首输入 ~.。

使用 `tip`

tip 工具可交互使用，也可配合 /etc/remote 中定义的配置条目。不定义别名直接调用：

# tip -9600 tty00

在 /etc/remote 中创建可复用的条目：

console:\
	:dv=/dev/tty00:br#9600:pa=none:

然后连接：

# tip console

退出的转义序列相同：在新行输入 ~.。

在启动时使用串口控制台

配置 OpenBSD 将引导加载器与内核消息输出到串口，需编辑 /etc/boot.conf。

通过第一个串口（com0，对应 /dev/tty00）启用串口控制台输出：

set tty com0

此命令将引导加载器与内核的输出重定向到串口，通常为 9600 波特率。

从另一台机器通过 USB 转串口适配器与本系统交互时，使用 cu：

# cu -l /dev/cuaU0 -s 115200

中断引导加载器并输入：

set tty com0
boot

此操作将引导与内核输出同时定向到串口。

USB 串口适配器

现代系统通常没有传统 RS-232 端口。OpenBSD 通过以下驱动支持多种 USB 转串口适配器：

ucom(4) — 通用 USB 串口接口
uplcom(4) — 基于 Prolific 的设备
umodem(4) — USB 调制解调器
uvscom(4) — SUNTAC 串口设备

适配器连接后，内核会记录检测结果：

uplcom0 at uhub1 port 2: Prolific Technology USB-Serial Controller
ucom0 at uplcom0

设备节点将以如下形式出现：

/dev/cuaU0 — 用于外发连接（cu、tip）
/dev/ttyU0 — 用于传入连接（如登录）

以 115200 波特率连接：

# cu -l /dev/cuaU0 -s 115200

测试串口

串口可用多种技术测试。

检查设备是否存在

确认相关设备节点存在：

# ls -l /dev/tty00

环回测试

物理连接发送与接收引脚（如 DB9 接口的 2、3 脚），然后：

# cu -l /dev/tty00 -s 9600

输入的字符应回显到屏幕。

监控端口使用情况

用 fstat 确定是否有进程正在使用某串口设备：

# fstat | grep tty00

也可用 systat 监控实时活动：

# systat tty

检查内核消息

检查内核日志中检测到的串口接口：

com0 at isa0 port 0x3f8/8 irq 4: ns16550a, 16 byte fifo

基于 USB 的适配器会显示 ucom、uplcom 或类似设备行。

串口参数与流控

串口通信依赖两端一致的设置。常见参数包括：

波特率：如 9600、19200 或 115200
数据位：通常为 8（cs8）
校验位：无（-parenb），或 even、odd
停止位：通常为 1（-cstopb）
流控：无、XON/XOFF 或 RTS/CTS

手动配置这些设置：

# stty -f /dev/tty00 115200 cs8 -cstopb -parenb

此命令在 /dev/tty00 上设置 115200 波特率、8 数据位、1 停止位、无校验。

通过串口调试内核

在无头或嵌入式系统上使用 OpenBSD 内核调试器（ddb），或远程调试内核 panic 时，串口通信至关重要。串口控制台配置正确后，ddb 的输入输出可重定向到串口线路。

要通过串口启用内核调试，系统须先配置为使用串口控制台。包括：

配置 /etc/boot.conf：
将控制台输出重定向到第一个串口（com0，通常对应 /dev/tty00）：
```
set tty com0
```
确保 ddb 已启用：
默认 OpenBSD 内核包含 ddb。要确认其可访问，检查以下 sysctl 值：
```
# sysctl ddb.console ddb.panic
ddb.console=1
ddb.panic=1
```
这些设置表示：
- ddb.console=1：可从控制台访问内核调试器
- ddb.panic=1：内核 panic 时进入 ddb
要使这些设置持久化，在 /etc/sysctl.conf 中添加：
```
ddb.console=1
ddb.panic=1
```
从串口使用调试器：
配置完成后，系统 panic 或手动进入 ddb（如用 sysctl ddb.trigger=1）时，提示符会出现在串口控制台。可输入 trace、ps、show registers、reboot 等命令。
```
ddb> trace
ddb> ps
ddb> reboot
```
手动触发 ddb：
用以下命令手动中断进入调试器（用于测试或调试）：
```
# sysctl ddb.trigger=1
```
此命令将系统从当前控制台转入 ddb。使用串口控制台时，提示符会出现在串口线路上。
处理无本地显示的系统：
缺少 VGA 或帧缓冲输出的系统（如许多嵌入式平台），串口控制台是唯一的 ddb 交互途径。因此，在系统启动或平台移植期间，尽早配置串口控制台输出至关重要。

通过串口调试内核可在 panic 后恢复、检查系统状态，配合远程串口捕获还能实现自动崩溃记录。此配置完全由基本系统工具支持，无需额外软件。

将 OpenBSD 用作控制台服务器

OpenBSD 系统可作为可靠的控制台服务器，为交换机、无头服务器、防火墙或嵌入式平台等一台或多台远程设备提供串口访问。此类部署常见于数据中心、实验室或需要带外管理的远程站点。

硬件准备

多数现代系统没有传统串口，但可用 USB 转串口适配器扩展。OpenBSD 通过 uplcom、umodem、uvscom、ucom 等驱动支持多种此类适配器。基于 ns8250 的多端口 PCI 或 PCIe 串口卡也通过 com(4) 驱动支持。

连接 USB 串口适配器后，设备会以 /dev/cuaU0、/dev/cuaU1 等形式出现。可用 dmesg 查看内核消息：

uplcom0 at uhub1 port 3: Prolific USB-Serial Controller
ucom0 at uplcom0

在 OpenBSD 系统与受管理设备之间使用正确的空调制解调器线缆。

连接设备

每个串口可用 cu 交互访问：

# cu -l /dev/cuaU0 -s 115200

为简化访问，可在 /etc/remote 中定义命名条目：

router1:\
	:dv=/dev/cuaU0:br#115200:pa=none:
switch1:\
	:dv=/dev/cuaU1:br#9600:pa=none:

然后连接：

# tip router1

管理多个连接

运维人员同时管理多台设备时，可用 tmux 为每个串口会话分配一个窗格。示例：

$ tmux
$ cu -l /dev/cuaU0 -s 9600   # 窗格 1
$ cu -l /dev/cuaU1 -s 115200 # 窗格 2

也可用包装脚本或 shell 别名实现快速访问。

可选：在串口上启用登录

若需要通过串口入站访问 OpenBSD 控制台服务器，可修改 /etc/ttys 在每个端口上启动登录会话：

ttyU0   "/usr/libexec/getty std.9600"   vt220   on secure
ttyU1   "/usr/libexec/getty std.115200" vt220   on secure

重新加载配置：

# kill -HUP 1

这样用户即可通过串口连接 OpenBSD 系统执行管理任务。

安全考量

为确保适当隔离：

用 doas.conf 限制可运行 cu 或 tip 的用户
配置 login.conf 限制资源使用
通过受限 shell 或 shell 包装器记录访问与命令
仅需外发连接的端口不要启动 getty

控制台服务器本身的访问应通过基于密钥认证的 ssh 保护，并尽可能限制物理访问。

最后更新于 1个月前