基于LinuxVMware虛擬機(jī)的串口通信

摘要： 嵌入式開發(fā)領(lǐng)域經(jīng)常使用串口通信，但串口通信方式占用很多硬件資源，設(shè)備的利用率較低。文章研究了基于Linux VMware虛擬機(jī)進(jìn)行串口通信的Use Physical Serial Port模式、Use Out File模式以及Use Named Pipe模式的功能和特點，給出了基于VMware構(gòu)建串口通信環(huán)境的方法以及具體實現(xiàn)過程。

關(guān)鍵詞： 虛擬化； Linux； VMware； 串口通信

中圖分類號：TP391.9 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：1006-8228(2012)10-12-02

引言

在嵌入式開發(fā)領(lǐng)域，軟件的開發(fā)、調(diào)試、測試等都需要使用串口進(jìn)行通信。串口通信是計算機(jī)之間、計算機(jī)與外部設(shè)備之間最常用的通信方式之一。嵌入式開發(fā)過程中，為進(jìn)行串口調(diào)試，需要占用多臺計算機(jī)資源；而串口連接電纜屬于專用設(shè)備的易損件，經(jīng)常需要更換維修，造成資源浪費。這些因素導(dǎo)致了串口開發(fā)、調(diào)試、測試的成本很高。為了節(jié)約成本，研究基于虛擬機(jī)的串口通信具有重大的現(xiàn)實意義。

隨著虛擬技術(shù)的日益廣泛應(yīng)用，計算機(jī)虛擬化正迅速改變IT行業(yè)的面貌，并從根本上改變?nèi)藗儗τ嬎銠C(jī)系統(tǒng)組網(wǎng)方式以及通信方式[1]。在Linux平臺上引入虛擬技術(shù)，通過構(gòu)建虛擬運行環(huán)境，實現(xiàn)真實的跨平臺計算機(jī)之間通信的仿真。依據(jù)串口支持能力、虛擬運行效率、軟件兼容性等方面考慮選型，確定使用VMware為虛擬監(jiān)視器。

本文對虛擬技術(shù)進(jìn)行了綜述，在此基礎(chǔ)上研究了在Linux平臺使用VMware將虛擬計算機(jī)通過物理串口與其他計算機(jī)或調(diào)試板進(jìn)行通信，以及將兩臺虛擬計算機(jī)通過虛擬串口進(jìn)行通信。

1 虛擬技術(shù)介紹

根據(jù)波佩克與戈德堡（Popek and Goldberg）虛擬化需求定義，系統(tǒng)虛擬機(jī)是指能夠虛擬包括單或多處理器、內(nèi)存、外存及周邊設(shè)備在內(nèi)之全體硬件資源的虛擬機(jī)[2]。虛擬監(jiān)視器是一個軟件，用于提供虛擬機(jī)的抽象。

虛擬化的工作原理是直接在計算機(jī)硬件或主機(jī)操作系統(tǒng)上面插入一個精簡的軟件層。該軟件層包含一個以動態(tài)和透明方式分配硬件資源的虛擬機(jī)監(jiān)視器（即“虛擬化管理程序”）。多個操作系統(tǒng)可以同時運行在單臺物理機(jī)上，彼此之間共享硬件資源。由于是將整臺計算機(jī)（包括CPU、內(nèi)存、操作系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)設(shè)備）封裝起來，因此虛擬機(jī)可與所有標(biāo)準(zhǔn)的x86操作系統(tǒng)、應(yīng)用程序和設(shè)備驅(qū)動程序完全兼容[3-4]。可以在一臺物理的計算機(jī)上同時安全地運行多個操作系統(tǒng)，每個操作系統(tǒng)都可以在需要時訪問其所需資源[5]。

確定使用Linux平臺的VMware后，研究發(fā)現(xiàn)基于Linux平臺VMware虛擬機(jī)主要有三種串口通信模式：Use Physical Serial Port模式、Use Out File模式以及Use Named Pipe模式[6]。使用這三種串口通信模式，能夠用VMware完成用戶所需要的串口通信功能。

1.1 Use Physical Serial Port模式

Use Physical Serial Port模式使用宿主計算機(jī)的物理串口，通過該模式能夠使用串口連接線將虛擬機(jī)與另一臺計算機(jī)或調(diào)試板進(jìn)行連接。Use Physical Serial Port模式連接圖如圖1所示。

2 構(gòu)建串口通信環(huán)境的應(yīng)用

宿主計算機(jī)為Linux系統(tǒng)，含F(xiàn)edora Linux、Red Hat Enterprise Linux。虛擬機(jī)軟件為VMware for Linux。

2.1 Use Physical Serial Port模式串口通信

按照Use Physical Port模式，將虛擬機(jī)與外部計算機(jī)進(jìn)行串口通信，虛擬機(jī)和外部計算機(jī)之間使用串口線進(jìn)行連接。注意，計算機(jī)串口不支持帶電插拔，為避免串口被燒毀，連接和斷開串口線時務(wù)必將兩臺計算機(jī)關(guān)閉。

虛擬機(jī)安裝了Windows XP系統(tǒng)，外部計算機(jī)安裝了Windows XP系統(tǒng)。以下給出構(gòu)建環(huán)境的步驟。

⑴ 使用root用戶啟動VMware。以超級用戶啟動VMware才能使用串口，普通用戶無法使用。

(a) 在終端（Terminal）窗口su到root帳號；

(b) 執(zhí)行/usr/bin/vmware。

⑵ 虛擬機(jī)添加串口。

(a) 在VMware的虛擬機(jī)設(shè)置中依次點擊【Edit virtual machine settings】、【Add…】、【Serial Port】；

(b) 選擇串口通信方式【Use a physical serial port on the host】；

(c) 選擇串口Physical Serial Port為【/dev/ttyS0】，同時選擇Device Status為【Connect at power on】。

⑶ 啟動虛擬機(jī)，在虛擬機(jī)中使用串口調(diào)試串手等工具設(shè)置串口參數(shù)，打開串口。

⑷ 外部計算機(jī)為Windows XP系統(tǒng)，亦使用串口調(diào)試助手等工具設(shè)置串口參數(shù)。

⑸ 虛擬機(jī)與外部計算機(jī)設(shè)置相同的串口參數(shù)即可正常通信。

2.2 Use Named Pipe模式串口通信

按照Use Named Pipe模式，將兩臺虛擬計算機(jī)之間進(jìn)行模擬串口通信。兩臺虛擬機(jī)操作系統(tǒng)可以是Windows系統(tǒng)，也可以是Linux系統(tǒng)，也可以是一臺Windows系統(tǒng)一臺Linux系統(tǒng)。在此，我們以相對復(fù)雜的一臺Windows系統(tǒng)，一臺Linux系統(tǒng)構(gòu)建串口通信環(huán)境，其他環(huán)境可參照此環(huán)境進(jìn)行構(gòu)建。

虛擬機(jī)A裝有Windows XP，虛擬機(jī)B裝有Fedora Linux。以下給出構(gòu)建環(huán)境的步驟。

⑴ 虛擬機(jī)A添加虛擬串口設(shè)備Serial Port。

(a) 在VMware的虛擬機(jī)設(shè)置中依次點擊【Edit virtual machine settings】、【Add…】、【Serial Port】；

(b) 選擇串口通信方式【Output to socket】；

(c) 選擇Socket類型，輸入Socket名稱為【/tmp/isock】，【This end is the server.】，【The other end is an application】，選中【Connect at power on】。注：Linux宿主機(jī)Socket名稱一般以【/tmp】開頭。

⑵ 虛擬機(jī)B添加虛擬串口設(shè)備Serial Port。

添加方法與虛擬機(jī)A基本相同，僅將上面(c)中【This end is the server.】改為【This end is the client.】。

⑶ 虛擬機(jī)A（Windows xp）使用串口調(diào)試助手作為串口通信工具，設(shè)置串口參數(shù)并啟動串口。

⑷ 虛擬機(jī)B（Fedora）使用minicom為串口通信工具。minicom的使用方法：

(a) 在終端（Terminal）窗口su到root帳號下；

(b) 啟動minicom -s進(jìn)行參數(shù)設(shè)置，設(shè)置串口號com1、com2、……、波特率、校驗位、數(shù)據(jù)位、停止位等，同時可設(shè)置發(fā)送路徑、接收路徑；保存退出；

(c) 啟動minicom。若外部有數(shù)據(jù)發(fā)送到虛擬串口，啟動minicom后即可接收到數(shù)據(jù)；使用Ctrl-A S可發(fā)送文件。

3 結(jié)束語

硬件設(shè)備虛擬化為IT行業(yè)帶來了巨大的變革，通過虛擬化使硬件資源得到高效利用。在嵌入式開發(fā)領(lǐng)域，通過基于Linux平臺使用VMware構(gòu)建虛擬環(huán)境，實現(xiàn)了真實的跨平臺計算機(jī)系統(tǒng)之間的通信仿真；依據(jù)該虛擬環(huán)境的三種串口通信模式，構(gòu)建出了三種不同模式下的串口通信環(huán)境，并分別給出了具體的構(gòu)建過程。在實際嵌入式開發(fā)過程中，借助于該虛擬串口通信環(huán)境，為串口調(diào)試提供了非常便捷的手段，達(dá)到了節(jié)約成本、提高效率的目的。