如何在Linux中编程创建虚拟串口设备实现Modbus从站模拟器？

完全可以跳过socat直接实现，核心是创建一对伪终端（PTY）设备：一端绑定你的Modbus RTU从站服务端处理消息，另一端作为可被客户端连接的/dev/pts/x设备，和socat的PTY隧道逻辑完全一致。以下是C和Go语言的实现思路：

C语言实现方案 #

C语言可直接调用POSIX标准API操作PTY，步骤清晰：

• 创建PTY设备对：用openpty()简化创建主从设备对，或用更底层的posix_openpt()打开主设备，再通过grantpt()、unlockpt()解锁从设备，最后用ptsname()获取从设备路径（如/dev/pts/10）。
• 配置终端属性：通过tcsetattr()为主设备配置串口参数（波特率、数据位、停止位、奇偶校验），模拟真实串口特性，必须和客户端参数匹配。
• 绑定Modbus服务端：将主设备的文件描述符作为Modbus RTU从站的IO端口，替换原socat提供的串口设备，在主设备上监听读写事件，解析并响应Modbus RTU帧。
• 客户端连接：让Modbus客户端直接连接ptsname()返回的从设备路径即可通信。

关键代码片段示例：

#include <stdlib.h>
#include <fcntl.h>
#include <unistd.h>
#include <pty.h>
#include <termios.h>

int main() {
    int master_fd, slave_fd;
    char slave_path[256];
    struct termios term_attr;

    // 创建PTY设备对
    if (openpty(&master_fd, &slave_fd, slave_path, NULL, NULL) != 0) {
        perror("openpty failed");
        exit(1);
    }
    printf("Slave PTY path: %s\n", slave_path);

    // 配置串口属性（9600波特率、8N1）
    tcgetattr(master_fd, &term_attr);
    cfsetispeed(&term_attr, B9600);
    cfsetospeed(&term_attr, B9600);
    term_attr.c_cflag &= ~PARENB;    // 无奇偶校验
    term_attr.c_cflag &= ~CSTOPB;    // 1停止位
    term_attr.c_cflag &= ~CSIZE;
    term_attr.c_cflag |= CS8;        // 8数据位
    tcsetattr(master_fd, TCSANOW, &term_attr);

    // 将master_fd传入Modbus RTU从站处理逻辑
    run_modbus_rtu_server(master_fd);

    close(master_fd);
    close(slave_fd);
    return 0;
}

Go语言实现方案 #

Go语言可通过系统调用操作PTY，核心逻辑和C一致：

• 创建PTY设备对：调用syscall.Openpt()打开主设备，用syscall.Grantpt()、syscall.Unlockpt()解锁从设备，再通过syscall.Ptsname()获取从设备路径，将主设备文件描述符封装为os.File对象。
• 配置终端属性：通过syscall.Tcsetattr()配置串口参数，确保和客户端的波特率、奇偶校验等匹配。
• 绑定Modbus服务端：将主设备的os.File作为Modbus RTU从站的IO接口，替换原串口设备，通过Read()/Write()方法处理Modbus帧收发。

关键代码片段示例：

package main

import (
    "fmt"
    "os"
    "syscall"
    "unsafe"
)

func main() {
    // 打开PTY主设备
    masterFd, err := syscall.Openpt(syscall.O_RDWR)
    if err != nil {
        panic(err)
    }
    defer syscall.Close(masterFd)

    // 解锁从设备
    if err := syscall.Grantpt(masterFd); err != nil {
        panic(err)
    }
    if err := syscall.Unlockpt(masterFd); err != nil {
        panic(err)
    }

    // 获取从设备路径
    slavePath, err := syscall.Ptsname(masterFd)
    if err != nil {
        panic(err)
    }
    fmt.Printf("Slave PTY path: %s\n", slavePath)

    // 转换为os.File对象
    masterFile := os.NewFile(uintptr(masterFd), "pty-master")
    defer masterFile.Close()

    // 配置串口属性（9600波特率、8N1）
    var termios syscall.Termios
    _, _, errno := syscall.Syscall6(syscall.SYS_TCGETATTR, uintptr(masterFd), uintptr(unsafe.Pointer(&termios)), 0, 0, 0, 0)
    if errno != 0 {
        panic(errno)
    }
    termios.Cflag &^= syscall.PARENB // 无奇偶校验
    termios.Cflag &^= syscall.CSTOPB // 1停止位
    termios.Cflag &^= syscall.CSIZE
    termios.Cflag |= syscall.CS8 // 8数据位
    termios.Ispeed = 9600
    termios.Ospeed = 9600
    _, _, errno = syscall.Syscall6(syscall.SYS_TCSETATTR, uintptr(masterFd), uintptr(syscall.TCSANOW), uintptr(unsafe.Pointer(&termios)), 0, 0, 0)
    if errno != 0 {
        panic(errno)
    }

    // 将masterFile传入Modbus RTU从站处理逻辑
    runModbusRTUServer(masterFile)
}

注意事项 #

• 必须保证PTY主设备的终端参数（波特率、奇偶校验等）和客户端完全一致，否则会出现通信乱码。
• PTY设备会在进程退出后自动销毁，无需手动清理。
• 普通用户默认拥有创建PTY的权限，无需root（依赖/dev/ptmx的访问权限）。

内容的提问来源于stack exchange，提问作者microo8