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通常情况下, usb设备是一些简单的, 单一功能的装置。
如鼠标, 键盘, U盘等。 这些设备相对简单, 故主控制器一般使用单片机即可。
如U盘的组成结构一般如下:
1. usb设备控制器 + usb phy
2. 单片机主控
3. nand存储接口芯片
4. ROM, RAM
5. 供电模块
当然, 有些芯片厂家把这些功能都集合在了一个芯片当中, 如台湾的群联电子(phison), 主要就提供闪存(Nand Flash)控制器, 及存储整体解决方案。
之前的PS2251-33 芯片, 即为USB2.0 闪存控制器芯片。
内部集成了 usb2.0/1.1设备控制器, 微控制器, Nand Flash接口芯片及PRAM(可编程存储介质, 用户可更新固件/描述信息等)
该芯片向外引出48pin, 64pin等版本, 用于连接Nand Flash存储器, 供电, USB接口引脚, 晶振时钟输入输出引脚, 复位及测试用引脚等等。可完成U盘等设备的开发与设计。
废话很多... 概括讲, 大部分usb设备比较简单, 只提供usb function, 故不需要复杂系统。
但有些usb设备, 如安卓手机, IPC摄像头, 各种带otg接口的开发板, 这些想作为usb设备存在, 需要
1. 硬件集成usb设备控制器
2. 操作系统需支持usb 从设备驱动, 如Linux Gadget 驱动框架就可以方便用户编写从设备驱动程序
这里就引出了multi-function gadget驱动, 类似安卓手机, 可提供adb, mtp, ptp等功能, 故该设备就是一个usb composite(复合)设备。但通常安卓手机这些功能无法同时启用, 界面中会提供一个选择界面, 用户同一时间只能使用一种功能。
而Linux内核中提供的gadget multi-function驱动, 是一个多功能复合设备的实现参考， 它可以使usb设备同时使能三种功能:
1. usb虚拟网卡(rndis或cdc ecm) -- ifconfig 产生usb0网卡, 可通过该网卡进行网络通信
2. usb虚拟串口(cdc acm) -- usb设备端产生/dev/ttyGS0, 主机端产生/dev/ttyACM0, 两者可通过tty设备进行串口通信
3. 大容量存储介质(mass storage) -- 主机端会产生/dev/sdx 设备节点, 挂载后可进行文件系统操作
以上三种功能可同时进行
ok, 讲了这么多, 我们直接进行相关的配置来试验一下... (对的, linux主线已经实现了这些驱动...我们要做的仅仅是配置||)
1. make menuconfig 配置使能gadget multi function, 在usb gadget目录下面, 不贴图了
2. 更换内核镜像(如果是build-in), 或者更换内核模块(/lib/modules/xxxx/kernel/drivers/usb/***)
3. 启动系统后, 加载g_multi.ko即可
modprobe g_multi.ko xxxxxx
关于内核参数, 必须的仅有一个, 即f_mass_storage.ko需要的file=xxx, 描述使用的文件系统镜像
故以下是制作文件系统镜像(和制作rootfs类似)
* dd if=/dev/zero of=/mnt/mass_stor.img bs=1M count=20 // 生成20M的空文件
* losetup -f /mnt/mass_stor.img // 使用第一个空闲的loop设备, 关联该镜像
* losetp -a 即可看见回环设备 (所谓回环设备, 类似回环地址127.0.0.1, 是软件虚拟的, 没有对应硬件块设备或网卡)
* mkfs.vfat /dev/loop0 (格式化成vfat)
* mount /dev/loop0 /mnt/media (挂载该块设备)
之后, 可以使用以下命令正确加载g_multi.ko模块了
modprobe g_multi.ko file=/dev/loop0
4. ok, 如果usb控制器配置正确(peripheral 或 drd/otg模式), 该usb复合设备会上拉相应的引脚, 此处ecm, rndis, acm, mass storage等驱动使用的都是480M速度, 即usb 高速设备, 驱动会利用usb设备控制器相关寄存器控制 上拉D+引脚, 后续就能被usb主机探测到并做相应速度识别, 枚举等规范操作了。
ok, 该多功能usb复合设备就能被主机使用了。下面描述下3种功能如何使用...
如果主机是Linux系统的话, 默认的内核配置应该就支持以上三种功能主机端设备驱动(class driver)
主机端lsusb看一下:
river@river-VirtualBox:~/mount/rootfs$ lsusb -t/: Bus 02.Port 1: Dev 1, Class=root_hub, Driver=xhci_hcd/6p, 5000M/: Bus 01.Port 1: Dev 1, Class=root_hub, Driver=xhci_hcd/8p, 480M |__ Port 1: Dev 2, If 0, Class=Human Interface Device, Driver=, 12M |__ Port 2: Dev 5, If 4, Class=Mass Storage, Driver=usb-storage, 480M |__ Port 2: Dev 5, If 2, Class=Communications, Driver=cdc_acm, 480M |__ Port 2: Dev 5, If 0, Class=Communications, Driver=rndis_host, 480M |__ Port 2: Dev 5, If 3, Class=CDC Data, Driver=cdc_acm, 480M |__ Port 2: Dev 5, If 1, Class=CDC Data, Driver=rndis_host, 480M
usb-storage, cdc_acm, rndis_host 这三种驱动都加载了 (即rndis和cdc ecm是互斥的, 需要配置选择使用)
1. 虚拟串口,
这个简单, 设备端echo 12345 > /dev/ttyGS0, 主机端 cat /dev/ttyACM0 就实现了串口通信... 反之亦然
如果要和控制台(console)相关联, 输出相关log, 需要内核参数配置 如console=/ttyGS0,115200, 如此主机端就能使用一些串口终端程序, 如securecrt, putty, xshell, minicom, picocom等, 和usb设备进行串口通信
2. 大容量存储介质,
这个更简单, 直接挂载/dev/sdx块设备, 然后进行文件系统操作即可
3. 虚拟网卡
ifconfig -a 一下, 应该新增了usb0这一类的网卡, 主要配置下ip, 掩码, 网关等即可
PC端:[ 6557.497339] rndis_host 1-2:1.0 enp0s12u2: renamed from usb0HOST_USB_IP=192.168.1.2sudo ifconfig enp0s12u2 $HOST_USB_IP netmask 255.255.255.0route设备端:HOST_USB_IP=192.168.1.2TARGET_USB_IP=192.168.1.111ifconfig usb0 $TARGET_USB_IP netmask 255.255.255.0route
如此即可, 互相ping一下.
ok, 熟悉一下, 后续可参考g_multi.ko 实现一个其他功能集合的usb设备驱动。
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