联网的嵌入式设备的数量与日俱增。在很多应用案例中，这些设备会被安装到没有有线或者无线网络的环境。在这种情况下，为了保持设备在线的一个好方法是采用移动无线网络。因此，在这篇博文中将会介绍如何配置运行 Linux 系统的设备，采用 PPP (Point-to-Point Protocol) 协议连接网络。

在这篇文中我们将会使用 Toradex 的 Colibri iMX6S 以及配套的底板 “Colibri Evaluation Board”，其非常适合于项目评估和开发。该底板具有大量的外设接口，如 USB、Ethernet、I2C、SPI、RS242、RS485、CAN 等。在板上我们同样也能找到一些多媒体接口，如 HDMI、LVD、VGA 和 LCD。

根据下面的步骤，你可以使用任何 USB 或者串口调制解调器连接网络。你只需要使用在 “/dev/” 目录下的接口，查看你的调制解调器所支持的 AT 指令集，因为每个调制解调器都有特定的 AT 指令。在这里，我们将会使用 Huawei E173s 3G 模块以及开通数据访问的 SIM。

为了在 3G USB 模块上使用 PPP 协议，需要重新配置内核的功能，然后再重新编译。为了了解如何编译内核，我建议参考下面的链接。
http://developer.toradex.com/software-resources/arm-family/linux/board-support-package/build-u-boot-and-linux-kernel-from-source-code

编译内核的步骤大致可以按照如下总结：

• 工具链配置
• 下载正确的内核
• 配置标准处理器功能
• 针对应用更改相应的功能
• 编译

在配置内核的时候，确保在 menuconfig 中启用下面的功能：

CONFIG_PPP:
PPP (Point to Point Protocol) is a newer and better SLIP.  It serves the same purpose: sending Internet traffic over telephone (and other serial) lines.  Ask your access provider if they support it, because otherwise you can't use it; most Internet access providers these days support PPP rather than SLIP. 
Device Drivers  ---> 
   [*] Network device support  --->
          PPP (point-to-point protocol) support
            PPP BSD-Compress compression
             PPP Deflate compression 
       [*]     PPP filtering
            PPP MPPE compression (encryption)
       [*]     PPP multilink support 
            PPP over Ethernet  
            PPP support for async serial ports
            PPP support for sync tty ports

CONFIG_USB_ACM:
This driver supports USB modems and ISDN adapters which support the
Communication Device Class Abstract Control Model interface.
Please read <file:Documentation/usb/acm.txt> for details.      
Device Drivers  --->
    [*] USB support  --->
            USB Modem (CDC ACM) support 

为了配置和将 3G 模块连接到网络，Linux 除了使用内核驱动，还需要管理连接的软件。这个软件就是 PPP。Toradex 的镜像默认已经安装了PPP。

如果你尚未安装 PPP，请将下面的内容添加至基于 Yocto/OpenEmbedded 编译环境的 local.conf:

IMAGE_INSTALL_append = " ppp"

在安装完所需的软件和驱动后，检查 3G 模块是否被识别。模块的接口会出现在 /dev。基本上驱动将 USB 连接模拟成多个串口连接。

执行下面命令搜索接口 /dev/ttyUSB

$ ls -l /dev/ttyUSB*

一旦出现 ttyUSB0, ttyUSB1 … ttyUSB2，那么调制解调器成功被系统识别。

如果你需要做进一步的测试，可以使用类似 minicom 的终端工具和调制解调器进行通信，检查其是否正常工作。我的调制解调器串口波特率为 115200。

$ minicom -D /dev/ttyACM0
___________________________
AT
OK

在验证完调制解调器通信后，现在可以创建配置文件连接网络。

你可以在 /etc 目录下发现 ppp 目录。在这个里面需要创建一些文件。

首先我们创建 PPP 选项文件：

$ vi /etc/ppp/options
_____________________________________
auth
crtscts
lock
hide-password
modem
mru 296
mtu 296
lcp-echo-interval 30
lcp-echo-failure 4
noipx
persist
asyncmap 0xa0000
mru 1500
refuse-chap
ipcp-max-failure 30
logfile /home/root/ppp

在我的例子中使用 PAP 认证（根据网络运行商的不同，该方式可能发生变化）。

$ vi /etc/ppp/pap-secrets
_____________________________________
#    *      password
vivo vivo vivo

接下来在 /etc/ppp/peer 中创建其他文件。这个文件针对网络运营商提供配置以及指令文件的路径:

$ vi /etc/ppp/peers/vivo-3g.provider
_____________________________________
hide-password
noauth
debug
defaultroute
noipdefault
user vivo
remotename vivo
ipparam vivo
persist
usepeerdns
/dev/ttyUSB0 115200 crtscts
replacedefaultroute
connect 'chat -v -f /etc/ppp/chat/vivo-3g.chat'

现在我们创建向模块发送 AT 指令的文件，使其能够连接网络。这个根据调制解调器模块和产品不同而有所变化。

$ vi /etc/ppp/chat/vivo-3g.chat
_____________________________________
ECHO
ON
ABORT
'BUSY'
ABORT
'NO CARRIER'
ABORT
'ERROR'
""
ATZ OK
\d\dAT+CGDCONT=1,"IP","zap.vivo.com.br" OK
\d\d\dATDT*99# CONNECT

下一步我们会运行 ppp，分析日志文件。通过日志文件，我们可以发现每个 AT 指令运行时间。

$ pon vivo-3g.provider

运行 ppp 后，打开日志文件：

$ tail -f "/home/root/ppp"

在我的实验里，得到下面的日志：

tail -f ppp.log 
Sent 3940 bytes, received 2843 bytes.
restoring old default route to eth0 [192.168.10.1]
restore default route ioctl(SIOCADDRT): Network is unreachable(101)
Script /etc/ppp/ip-down started (pid 778)
sent [LCP TermReq id=0x2 "User request"]
rcvd [LCP TermAck id=0x2]
Connection terminated.
Script /etc/ppp/ip-down finished (pid 778), status = 0x0
ATZ
OK
AT+CGDCONT=1,"IP","zap.vivo.com.br"
OK
ATDT*99#
CONNECT
Script chat -v -f /etc/ppp/chat/vivo-3g.chat finished (pid 795), status = 0x0
Serial connection established.
using channel 2
Using interface ppp0
Connect: ppp0  /dev/ttyACM0
rcvd [LCP ConfReq id=0x1     ]
sent [LCP ConfReq id=0x1    ]
sent [LCP ConfAck id=0x1     ]
rcvd [LCP ConfAck id=0x1    ]
sent [LCP EchoReq id=0x0 magic=0xa068db01]
sent [PAP AuthReq id=0x1 user="vivo" password=]
rcvd [LCP EchoRep id=0x0 magic=0x96baf40f]
rcvd [PAP AuthAck id=0x1 ""]
PAP authentication succeeded
sent [CCP ConfReq id=0x1   ]
sent [IPCP ConfReq id=0x1    ]
rcvd [LCP ProtRej id=0x2 80 fd 01 01 00 0f 1a 04 78 00 18 04 78 00 15]
Protocol-Reject for 'Compression Control Protocol' (0x80fd) received
rcvd [IPCP ConfNak id=0x1  ]
sent [IPCP ConfReq id=0x2    ]
rcvd [IPCP ConfNak id=0x2  ]
sent [IPCP ConfReq id=0x3    ]
rcvd [IPCP ConfNak id=0x3  ]
sent [IPCP ConfReq id=0x4    ]
rcvd [IPCP ConfNak id=0x4  ]
sent [IPCP ConfReq id=0x5    ]
rcvd [IPCP ConfNak id=0x5  ]
sent [IPCP ConfReq id=0x6    ]
rcvd [IPCP ConfReq id=0x1]
sent [IPCP ConfNak id=0x1 ]
rcvd [IPCP ConfRej id=0x6 ]
sent [IPCP ConfReq id=0x7   ]
rcvd [IPCP ConfReq id=0x2 ]
sent [IPCP ConfAck id=0x2 ]
rcvd [IPCP ConfNak id=0x7   ]
sent [IPCP ConfReq id=0x8   ]
rcvd [IPCP ConfAck id=0x8   ]
local  IP address 179.133.47.109
remote IP address 179.133.47.109
primary   DNS address 187.100.246.254
secondary DNS address 187.100.246.251
Script /etc/ppp/ip-up started (pid 805)
Script /etc/ppp/ip-up finished (pid 805), status = 0x0

正如日志文件显示的，通信指令逐一执行，最终得下以下输出：

ATDT*99#
CONNECT

你可以使用串口工具验证所需的指令，从而连接网络。一旦通过，你就可以创建自己的指令脚本。

在获得网络运营商分配的 IP 地址后，可以看到 ppp0 接口已经激活:

root@apalis-imx6:/etc/ppp# ifconfig 
eth0      Link encap:Ethernet  HWaddr 00:14:2D:C0:00:4C  
          UP BROADCAST MULTICAST  MTU:1500  Metric:1
          RX packets:1181 errors:0 dropped:0 overruns:0 frame:0
          TX packets:1223 errors:0 dropped:0 overruns:0 carrier:0
          collisions:0 txqueuelen:1000 
         RX bytes:107025 (104.5 KiB)  TX bytes:149841 (146.3 KiB)

lo        Link encap:Local Loopback  
          inet addr:127.0.0.1  Mask:255.0.0.0
          inet6 addr: ::1/128 Scope:Host
          UP LOOPBACK RUNNING  MTU:65536  Metric:1
          RX packets:22 errors:0 dropped:0 overruns:0 frame:0
          TX packets:22 errors:0 dropped:0 overruns:0 carrier:0
          collisions:0 txqueuelen:0 
         RX bytes:1536 (1.5 KiB)  TX bytes:1536 (1.5 KiB)

ppp0      Link encap:Point-to-Point Protocol  
          inet addr:179.133.47.109  P-t-P:179.133.47.109  Mask:255.255.255.255
          UP POINTOPOINT RUNNING NOARP MULTICAST  MTU:296  Metric:1
          RX packets:13 errors:0 dropped:0 overruns:0 frame:0
          TX packets:35 errors:0 dropped:0 overruns:0 carrier:0
          collisions:0 txqueuelen:3 
         RX bytes:1330 (1.2 KiB)  TX bytes:2131 (2.0 KiB)

为了测试是否成功建立连接，可以 ping 外部 IP 地址：

root@apalis-imx6:/etc/ppp# ping 8.8.8.8
PING 8.8.8.8 (8.8.8.8): 56 data bytes
64 bytes from 8.8.8.8: seq=0 ttl=45 time=182.304 ms
64 bytes from 8.8.8.8: seq=1 ttl=45 time=34164.126 ms
64 bytes from 8.8.8.8: seq=2 ttl=45 time=33164.085 ms

我们可以使用下面的命令配置 DNS，然后 ping 一个 URL，例如：

$ echo nameserver 8.8.8.8 > /etc/resolv.conf
$ ping google.com

下面的命令可以防止系统重启后修改配置:

$ chattr +i /etc/resolv.conf

现在可以使用 SSH 连接外部的电脑：

$ ssh root@179.133.47.109

另外我们可以做的是将 IP 地址绑定主机名。为此，我们将使用 NoIP 服务 (www.noip.com)。我们创建一个免费的账号，并添加主机。这里我们使用 toradex.noip.me。

在创建主机名后，我们可以使用 SSH 再次连接：

$ ssh root@toradex.noip.me

在我们的实验里，每次 3G 模块重启后，都将会获取到新的 IP 地址。如果我们尝试重新连接模块，都将会失败。解决的方法是使用 Dynamic DNS(Dynamic Domain Name System)。NoIP 同样提供 DDNS 服务。在 这里可以看到详细的使用信息。大致上我们以 HTTP 请求的方式向 NoIP 发送诸如 IP、主机名、用户名和密码等信息。

我们编写了一个 Python 程序来完成该请求。在启动 3G 连接时该程序会按按照下面的顺序运行：

#!/usr/bin/python

import sys
import requests
import netifaces as ni

user = 'xxxxxxx'
pswd = 'xxxxxxx'

ni.ifaddresses('ppp0')
ip = ni.ifaddresses('ppp0')[2][0]['addr']
myhostname = 'toradex.noip.me'

payload = {'hostname' : myhostname , 'myip' : ip}
r = requests.get("http://dynupdate.no-ip.com/nic/update", params=payload, auth=(user,pswd))

print " " 
if "good" in r.text:
print "Hello", user, "!"
print "Your IP was successfully updated to:", ip
print myhostname, "is up and running!"
if "nochg" in r.text:
print "Hello", user, "!"
print "Your IP", ip, "is still active, no change needed"
if "nohost" in r.text:
print "The given Host name", myhostname, "does not exist under specified account"
print "Please review your Host name and try again"
if "badauth" in r.text:
print "Login and/or Username incorrect"
print "Please correct your credentials and try again"
if "911" in r.text:
print "Sorry for the incovenience but we are experiencing some problems right now"
print "Please try again later"
print "noip.com says:", r.text
print " "

在编写完 Python 程序后，使用 chmod +x 修改权限。将其移至 /etc/ppp/ip-up.d/，当启动 ppp 连接后，这里的脚本可以自动运行，或者也可以创建小的脚本调用 Python 程序。

在 /etc/ppp/ 中由我们在文章一开始创建的文件，以及 ip-down, ip-up, ppp_on_boot 等其他文件。你完全可以测试这些文件。

ip-up 会调用 ip-up.d 中的另外一个脚本或者程序。

这里我们在 ip-up.d中创建一个脚本

#!/bin/bash
python /home/root/noipReq.py > /home/root/noipLog.log

注意：脚本不用 .sh 结尾

Python 程序所有打印信息都可以记录在日志文件中：

root@colibri-imx6:~# cat noipLog.log 
Hello giovannibauer !
Your IP was successfully updated to: 179.92.172.193
toradex.noip.me is up and running!
noip.com says: good 179.92.172.193

如果所有的配置都正确，当我们从网络运营商获取新的 IP 地址后，系统都能够自动在 NoIP 更新我们创建的主机。因此，即使 IP 地址发生变化，仍然能够连接至模块。

除了文章所提供的信息，还可以实现其他的网络功能。其中可以通过以太网络共享 3G 模块的网络。我们用两台设备配置一个基本的局域网，并运行下面命令：

iptables -t nat -A POSTROUTING -o ppp0 -j MASQUERADE

除了共享网络，也可以实现端口转发和其他网络功能。

正如在文中看到的， Linux 提供许多网络功能。我们只需要正确配置就可以访问 ppp0 网络。另外一个要点是，无论所使用的接口，编程的方法还是一样。选用哪一个接口，是由 Linux 根据路由自动选择。对于需要网络连接以及系统灵活性的项目，可以选择嵌入式 Linux 系统。

• http://metodiew.com/huawei-e173s-and-ubuntu/
• http://developer.toradex.com/products/colibri-imx6
• http://developer.toradex.com/products/colibri-evaluation-board

本博文最初使用葡萄牙语在 Embarcados.com 发表，点击这里查看。

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