USB Gadget serial應(yīng)用實例（上）

1. 硬件體驗

使用 Linux 自帶的 USB Gadget 驅(qū)動 /drivers/usb/gadget/legacy/serial.c

使用 USB 線，連接板子的 OTG 口和 PC 的 USB 口。

然后在板子加載驅(qū)動程序后，可以看到新的設(shè)備節(jié)點 /dev/ttyGS0：

# modprobe g_serial
g_serial gadget: Gadget Serial v2.4
g_serial gadget: g_serial ready
g_serial gadget: high-speed config #2: CDC ACM config

# ls /dev/ttyGS0 -l
crw-rw----    1 root     dialout   246,   0 Jan  1 00:30 /dev/ttyGS0

在 PC 上，如果是 Windows 系統(tǒng)，可以在設(shè)備管理器里看到新的 USB 串口：

在 PC 上，如果是 VMware 上的 Linux 系統(tǒng)，按下圖操作，先把 USB 串口連接到 VMware：

然后在 PC Linux 中可以看到新的設(shè)備節(jié)點：

book@100ask:~$ dmesg
[  286.903239] usb 1-1: new high-speed USB device number 2 using ehci-pci
[  287.254549] usb 1-1: New USB device found, idVendor=0525, idProduct=a4a7, bcdDevice= 4.09
[  287.254550] usb 1-1: New USB device strings: Mfr=1, Product=2, SerialNumber=0
[  287.254551] usb 1-1: Product: Gadget Serial v2.4
[  287.254552] usb 1-1: Manufacturer: Linux 4.9.88 with 2184000.usb
[  287.342786] cdc_acm 1-1:2.0: ttyACM0: USB ACM device
[  287.343202] usbcore: registered new interface driver cdc_acm
[  287.343202] cdc_acm: USB Abstract Control Model driver for USB modems and ISDN adapters
book@100ask:~$ ls /dev/ttyACM0 -l
crw-rw---- 1 root dialout 166, 0 Mar  5 22:38 /dev/ttyACM0

2. Serial分析

2.1 軟件框架

Gadget 串口的框架如下：

u_serial 提供了有 2 種方法來使用 Gadget 串口：

• u_serial.c 里注冊 tty_driver 結(jié)構(gòu)體 gs_tty_driver，在板子上編寫 APP 訪問設(shè)備 /dev/ttyGS0 即可與 Host 交互(Host 要打開 USB 串口)

• u_serial.c 里注冊 console 結(jié)構(gòu)體 gserial_cons。啟動 Linux 內(nèi)核時傳入 commandline 參數(shù)"console=ttyGS0"后，內(nèi)核的 printk 的信息通過 Gadget 串口打印出來(Host 要打開 USB 串口)：

注冊 TTY 和 console 的過程：

gs_bind // driversusbgadgetlegacyserial.c
    status  = serial_register_ports(cdev, &serial_config_driver,"acm");
       fi_serial[i] = usb_get_function_instance(f_name);
 
acm_alloc_instance // driversusbgadgetfunctionf_acm.c
 ret = gserial_alloc_line(&opts- >port_num); // driversusbgadgetfunctionu_serial.c
 
   // 注冊TTY
   tty_dev = tty_port_register_device(&ports[port_num].port- >port,
             gs_tty_driver, port_num, NULL);

   // 注冊console
   gserial_console_init();
             register_console(&gserial_cons);

2.2 數(shù)據(jù)傳輸

2.2.1 APP 訪問

注意，在 USB 中數(shù)據(jù)傳輸總是由 Host 發(fā)起，所以：

• 板子要事先準(zhǔn)備好空間(設(shè)置好 out 方向的 usb_request 并放入隊列)，以便接收 Host 發(fā)來的數(shù)據(jù)；
• 板子有數(shù)據(jù)想發(fā)送給 Host 時需要設(shè)置 in 方向的 usb_request，以便 Host 讀取。

板子上的 APP 訪問 /dev/ttyGS0 時，就會導(dǎo)致 gs_tty_ops 結(jié)構(gòu)體的對應(yīng)函數(shù)被調(diào)用：

APP 調(diào)用 open 函數(shù)時，會導(dǎo)致如下調(diào)用：

gs_open
 gs_start_io(port);
  // 取出 out 端點(對應(yīng) Host 來說是 out, 對于板子來說就是輸入)
  struct usb_ep  *ep = port- >port_usb- >out;
  
  // 給 out 端點分配 usb_request
        status = gs_alloc_requests(ep, head, gs_read_complete,&port- >read_allocated);

  // 給 in 端點分配 usb_request, 但是在 open 時并沒有把 in 方向的 usb_request 放入隊列
        status = gs_alloc_requests(port- >port_usb- >in, &port- >write_pool,gs_write_complete, &port- >write_allocated);

        // 把 usb_request 放入隊列, 如果 Host 發(fā)來數(shù)據(jù), 這個 usb_request 的 complete 函數(shù)被調(diào)用
  started = gs_start_rx(port);
     status = usb_ep_queue(out, req, GFP_ATOMIC);

APP 調(diào)用 write 函數(shù)時，會導(dǎo)致如下調(diào)用：

gs_write
 gs_start_tx(port);
  // 把 usb_request 放入隊列, Host讀取數(shù)據(jù)時就可以從中得到數(shù)據(jù)
  status = usb_ep_queue(in, req, GFP_ATOMIC);

2.2.2 printk

啟動 Linux 內(nèi)核時傳入 commandline 參數(shù)"console=ttyGS0"后，內(nèi)核的 printk 的信息通過 Gadget 串口打印出來(Host 要打開 USB 串口)。

內(nèi)核的 printk 函數(shù)會導(dǎo)致 gserial_cons 結(jié)構(gòu)體中的 write 指針即gs_console_write函數(shù)被調(diào)用：

gs_console_write 函數(shù)的調(diào)用關(guān)系如下：

gs_console_write
 // 把要打印的數(shù)據(jù)放入環(huán)形 buffer
 gs_buf_put(&info- >con_buf, buf, count);
 
 // 喚醒內(nèi)核線程
 wake_up_process(info- >console_thread);
 
// 內(nèi)核線程
gs_console_thread
 // 被喚醒后
 
 // 取出輸入端點和它的 usb_request
 req = info- >console_req;
 ep = port- >port_usb- >in;
 
 // 從環(huán)形 buffer 得到數(shù)據(jù)、設(shè)置 usb_request
 xfer = gs_buf_get(&info- >con_buf, req- >buf, size);
 req- >length = xfer;
 
 // 把 usb_request 放入隊列，以便 Host 讀取
 ret = usb_ep_queue(ep, req, GFP_ATOMIC);