在Linux下的虚假串口通信

Question

我有一个应用程序，想要模拟设备与“调制解调器”之间的连接。设备将连接到串行端口，并通过该端口与软件调制解调器通信。

为了测试目的，我希望能够使用模拟软件设备来测试发送和接收数据。

示例Python代码

device = Device()
modem  = Modem()
device.connect(modem)

device.write("Hello")
modem_reply = device.read()

现在，在我的最终应用程序中，我只需要传递/dev/ttyS1或COM1或其他内容给应用程序使用。 但是我该如何在软件中实现这一点呢？我正在运行Linux，应用程序是用Python编写的。

我尝试过制作FIFO（mkfifo ~/my_fifo），它确实起作用，但是那么我就需要一个FIFO用于读取和一个FIFO用于写入。我想要的是打开~/my_fake_serial_port并对其进行读写。

我还尝试使用pty模块，但也无法使其工作。我可以从pty.openpty()获取主文件描述符和从文件描述符，但尝试读取或写入它们只会导致IOError Bad File Descriptor错误消息。

更新

评论指向了SO问题Are there some program like COM0COM in linux?，它使用socat来设置虚拟串行连接。 我像这样使用它：

socat PTY,link=$HOME/COM1 PTY,link=$HOME/COM2

对于你们中的其他人，感谢您提供宝贵的信息。 我选择接受的答案，因为这是我在socat建议出现之前采取的解决方案。它似乎足够好用。

- Hannes Ovrén

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你尝试过像这样的东西吗？https://dev59.com/k0vSa4cB1Zd3GeqPga9l，用于PTY模块？ - mtrw

请查看以下内容：http://superuser.com/questions/874133/screen-vs-socat/ - 0andriy

Answer 1

最好使用pyserial与串口通信，你可以创建一个serial.Serial类的模拟版本，实现read、readline、write以及其他需要的方法。

- Vinay Sajip

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谢谢，这就是我最终做的。 - Hannes Ovrén

Answer 2

您使用伪终端是正确的选择。为此，您的模拟软件设备需要首先打开一个伪终端主设备 - 当它与您正在测试的串行软件通信时，它将从该文件描述符中读取和写入。然后，它需要授予访问并解锁伪终端从设备，并获取从设备名称。接下来，它应该在某个地方打印出从设备的名称，以便您可以告诉其他软件打开该名称作为其串行端口（即该软件将打开类似于/dev/pts/0而不是/dev/ttyS1的名称）。

然后，模拟器软件只需从伪终端主设备读取和写入即可。在C语言中，它看起来像这样：

#define _XOPEN_SOURCE
#include <stdlib.h>
#include <stdio.h>
#include <fcntl.h>

int main(int argc, char *argv[])
{
    int pt;

    pt = open("/dev/ptmx", O_RDWR | O_NOCTTY);
    if (pt < 0)
    {
        perror("open /dev/ptmx");
        return 1;
    }

    grantpt(pt);
    unlockpt(pt);

    fprintf(stderr, "Slave device: %s\n", ptsname(pt));

    /* Now start pretending to be a modem, reading and writing "pt" */
    /* ... */
    return 0;
}

希望这足够容易转换成Python了。

- caf

Answer 3

这是模拟pts-emulated (caf's)串行通信的Pythonic版本：

from serial import Serial

driver = MyDriver()  # what I want to test
peer = serial.Serial()
driver.port.fd, peer.fd = posix.openpty()
driver.port._reconfigurePort()
peer.setTimeout(timeout=0.1)
peer._reconfigurePort()
driver.start()

# peer.write("something")
# driver.get_data_from_serial()

相对于模拟串口，它有一些优点，尤其是使用了串口代码并且可以测试一些串口相关的工件。

如果您想测试串口的打开，您可以交换主从设备，将os.ttyname(salve_fd)用作串口名称。但是我无法保证交换主从设备会产生的副作用。最显著的是，您可以关闭并重新打开从设备，但如果关闭主设备，从设备也会停止运行。

如果您的测试代码在同一进程中运行，则此方法非常有效。但我还没有解决多个/分离进程的问题。

- Dima Tisnek

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这个技巧似乎在较新版本的pySerial中不起作用。当端口关闭时，无法调用_reconfigure_port()，而且要想open()一个端口，唯一的方法是提供一个非None的_port值。 - remcycles

一开始我错过了关于 os.ttyname() 的部分。这是一个好提示！ - remcycles

Answer 4

这是一些对我有效的代码（Python 3.10.9 和 pySerial 3.5），使用 posix.openpty()。它将一个端口打开为文件，另一个端口打开为 pySerial 端口。

#!/usr/bin/env python3

import os, serial, posix

# Create a pySerial port and a binary file linked to a PTY (simulated
# serial cable).
def sim_serial():
    fd1, fd2 = posix.openpty()
    fd_file = os.fdopen(fd1, "wb")
    serial_port = serial.Serial(os.ttyname(fd2), 115200)
    os.close(fd2)

    return fd_file, serial_port

if __name__ == "__main__":
    fd_file, serial_port = sim_serial()
    fd_file.write(b'This is a test.\n')
    fd_file.flush()
    print(serial_port.read_until(b'\n'))

打开串口的两端似乎不起作用。我可以向一个端口write()数据，但是在另一个端口上read()永远不会返回。

def sim_serial():               # Doesn't work.
    fd1, fd2 = posix.openpty()
    p1 = serial.Serial(os.ttyname(fd1), 115200)
    p2 = serial.Serial(os.ttyname(fd2), 115200)

    return p1, p2

在看到这个pySerial测试并将其中一端作为文件打开之前，我没有找到解决方法：

https://github.com/pyserial/pyserial/blob/master/test/test_pty.py

- remcycles

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代码如所提议，泄漏了文件描述符 fd2。 - Dima Tisnek