这个想法之前就在脑袋里有过,最近公司产品要用到,所以多做了些了解。

1. USB 简介

USB 是 Universal Serial Bus 的缩写,从字面上看,就是通用串行总线的意思。从物理上看,其实就是一对差分线,连接两台设备后,相互间进行数据传输。加上另外两路供电( 5V 和 GND)线,一共是 4 根线。

那么,既然是只有一对差分线,那么该如何决定由谁传给谁呢(如果两边同时在线上建立电平,线路上的电平会是不确定态的,以致无法通信)?这就要说到 USB 传输的一个重要基础:“询问-应答” 机制—— Device(slave) 设备通常是处在等待状态,只有 HOST 侧设备发起询问、请求,它才会在接下来的时间片中使用数据线向 HOST 发送数据。

那么,谁是 HOST,谁是 SLAVE 又是由什么来决定的呢?答案是硬件。也就是说,你 USB 后面的那块驱动芯片如果是 HOST,那么,这个 USB 只能做 HOST 用了。反之,SLAVE 亦然。比如我们经常见到的,PC 上的 USB HOST 连接到 U盘、鼠标、键盘这些 SLAVE 设备。

后来有人觉得这样一个设备只能是 HOST 或者只能是 SLAVE 太死板了,所以又发明了 USB OTG。USB OTG(on-the-go,大意为在使用时切换身份)是在原来 4 根线的基础上,又加了一根线,ID。那块 USB 后面的驱动芯片,就可以根据这根线,来选择自己到底该扮演 HOST 还是 SLAVE 的角色。后面我们单独介绍。

另外,因为使用一对差分线进行数据传输,所以,USB 又采用了基于 HUB 的星形拓扑结构(包括根控制器,最多7 层拓扑,且7层已不具备挂载 HUB 能力,只能是功能设备)。所以,更确切来说,“HOST-SLAVE“ 是在由 HUB 支持的物理链路之上的传输机制。同时,HUB 本身也是一个 USB SLAVE 设备。

2. USB 连接过程概述

下图很好的解释了 USB 的连接过程。需注意,1)如上图的拓扑结构所示,每个网络内只能有一个 HOST。2) HOST 和 SLAVE 之间,可以一对一直连,也可以通过 HUB ,一个 HOST 对应多个 SLAVE。

基本状态包括:设备插入、设备上电、设备复位、设备获得地址、设备配置完成、挂起状态。下面略做解释。

设备插入:HOST 侧(可能是在 HUB 上,也可能是直接在 host controller 上)根据 D+ 和 D- 口的阻抗变化,来判断是否有 device 插入,以及判断插入设备的速度类型。

设备上电:因为 USB 口有供电功能(5V DC,多为 500-1000 mA ),所以,设备又分为 Bus powered 和 self powerd。当然,即使是设备自己供电,我们也认为只有当设备已连接,它才进入powered 状态。设备一旦重新上电,后面的连接操作要重新执行一次。

设备复位:因为只有一对差分线,如果两边同时操作,那线路上的电平将是不确定态,根本无法通信。所以,上电后,USB device(slave)默认为等待状态,不进行任何动作,直到 HOST 发给它一个 Reset 请求。复位完成,意味着低速/全速/高速的物理通路已经建立。

设备获得地址:设备复位成功后,将获得一个由 HOST 分配的地址。分配地址的对话,将在设备的 endpoint0 上完成。

设备配置完成:握手?配置?反正这一阶段完成,意味着设备已经 ready了。

挂起状态:所有 USB Device(slave)在空闲一段时间后,都必须将自己挂起,并保持自己的状态,无论设备已经被分配地址还是没有分配地址。

3. OTG

OTG 增加了一根可以动态配置为 HOST 或者 DEVICE(slave)的数据线,以 micro USB 接头为例,其引脚分配如下:

因为传统的 USB 线缆为 4 根线,所以,要将 OTG 设备接入,需对其进行配置(硬件短接):

  1. 当配置 OTG 设备为 USB Device(slave) 时,将 ID 脚悬空。

  2. 当配置 OTG 设备为 USB HOST时,将 ID 脚接地。

所以,我们这里,需要将OTG脚悬空,来将其配置为 Slave 设备。硬件上面,买来的 OTG 转接线默认把 OTG USB 设备设置为 HOST,他们 ID 脚都是接地的。而我们是需要把 OTG 设备当作 Device(slave)来用,所以,最终选择了将板子上的 ID 线割断,使其悬空。

4. 一般的实现结构

前面我们讨论了硬件部分,同时,作为通讯接口,不可能不需要系统及软件层面的协作。先给出一张比较常见的 USB 通讯模型图,然后我们再做解释:

对于整个 USB 通讯过程,我们可以粗略的将其分为“总线层”、“功能层”和“设备层”三个层次。这三个层次的划分,主要是为了问题的集中解决。其中:

  a. 总线层负责解决“点到点”的问题,主要是保障上一层可以和相邻的端点“对话”,一般还会提供硬件 buffer 公上层使用;

  b. 设备层才有了设备的概念,HOST 通过 Device(Slave)的 Endpoint0 对其进行配置,准备好数据管道给上一层使用;

  c. 功能层在是 Device(Slave)功能的具体实现,才能看到一个个“鲜活”的设备,才是我们看得到的 U盘、鼠标这些设备。

以某安装 Linux 的 PC 为例,作为 HOST,其中这三部分工作分别由控制器(如 EHCI 、UHCI 、OHCI),USB CORE (对前面控制器的内核支持、设备管理功能等)和 USB 上层驱动(usbmouse、usbkbd、usb-storge)。

我们要实现的 USB 串口,就是属于 USB 上层驱动部分的实现。只不过,我们是通过类似于这里 HOST 的结构,实现了一个 Device(Slave)。

5. g_serial.ko

当前内核 3.0.8 支持 Gadget Serial 接口。也就是说,如果我们有一个硬件的 USB SLAVE(可以是由 OTG 支持的), 这一驱动可以支持我们实现一个软件的 USB 串口;就像由 PL2303 或者 HM340 硬件实现的 USB Serial 一样。 只有 HOST 控制器是不行的。不管是对 HOST 侧的PC,还是我们添加 Gadget Serial 驱动支持的 PC,这条链路看起来都只是一个普通的串口连接。其源代码在 /drivers/usb/gadget/serial.c,另外还有文档 Documentation/usb/gadget_serial.txt。可自行阅读。(其实,谷歌的 ADB 工具和这个是差不多的东西,可能甚至只有驱动号不一样。)

具体应用时,我们并不需要做太多修改。。。只需要配置,编译就足够了。我把它编译成了 module,所以,需要在文件系统起来之后再做一次 modprobe。

至于 HOST 侧,据说是都不需要驱动的,但是,我在 Windows 上用的时候,还是安装了 gadget serial v2.4 的(据说不支持 64 位系统,未验证),UBUNTU 上即插即用。

Linux下使用USB模拟ACM串口设备的更多相关文章

  1. Linux下使用USB模拟ACM串口设备【转】

    本文转载自:https://www.cnblogs.com/pied/p/4549614.html 这个想法之前就在脑袋里有过,最近公司产品要用到,所以多做了些了解. 1. USB 简介 USB 是 ...

  2. 【转载】linux下的usb抓包方法

    1 linux下的usb抓包方法 1.配置内核使能usb monitor: make menuconfig                   Device Drivers -->        ...

  3. linux下的usb抓包方法

    1 linux下的usb抓包方法1.配置内核使能usb monitor: make menuconfig                   Device Drivers -->        ...

  4. linux下的usb转串口的使用(修改)【转】

    环境:Ubuntu 10.10 Server minicom是linux下串口通信的软件,它的使用完全依靠键盘的操作,虽然没有“超级终端”那么易用,但是使用习惯之后读者将会体会到它的高效与便利,下面将 ...

  5. Linux下查看USB设备的VID、PID命令

    Linux下查看PID命令 cat /proc/bus/usb/devices 或 lsusb 方法一:在/etc/init.d/rcS中添加mount -t usbfs none /proc/bus ...

  6. linux下php pcntl_fork模拟多线程

    开始用php写后台服务一段时间了.也是在这样的驱动下,不断的学习php语法,体验这一原来一直以为神秘且敬而远之的神奇语言的魅力.最初看php多线程的资料是为了提高程序的处理能力,充分发挥linux多任 ...

  7. Linux下的USB总线驱动(一)

    版权所有,转载请说明转自 http://my.csdn.net/weiqing1981127 一.USB理论 1.      USB概念概述 USB1.0版本速度1.5Mbps(低速USB) USB1 ...

  8. linux下的usb抓包方法【转】

    转自:http://blog.chinaunix.net/uid-11848011-id-4508834.html 1.配置内核使能usb monitor: make menuconfig       ...

  9. Linux下查看USB设备信息

    首先需要将usbfs挂载一下,然后才能查看.$ mount -t usbfs none /proc/bus/usb$ cat  /proc/bus/usb/devices或者在文件(/etc/fsta ...

随机推荐

  1. js 页面无滚动条添加滚轮事件

    当页面无滚动条时,滑动滚轮时window.onscroll事件不会相应,此时应该去添加滚轮事件 var MouseWheelHandler=function(e){ e.preventDefault( ...

  2. [机器学习] ——KNN K-最邻近算法

    KNN分类算法,是理论上比较成熟的方法,也是最简单的机器学习算法之一. 该方法的思路是:如果一个样本在特征空间中的k个最相似(即特征空间中最邻近)的样本中的大多数属于某一个类别,则该样本也属于这个类别 ...

  3. Eclipse-插件的安装之link文件方法

    1. 我的eclipse路径为eclipse_Home,在eclipse文件夹下建文件夹MyPlugins. 2. 下载插件并解压得到包含features和plugins的文件夹theXXX. 3.  ...

  4. Mysql数据库搭建-Windows

    首先先下载一下文件包. 下面这个文件包里面包含了已配置的MySQL5.5和连接器. https://www.dropbox.com/s/iu4ifv0m2232ktn/Win_Mysql5_ODBC. ...

  5. QTP知识总结(一)

    QTP知识总结(一) (2010-12-22 16:30:41) 转载▼ 标签: 杂谈 分类: QTP File menu Process guidance management,View > ...

  6. 【转】使IFRAME在iOS设备上支持滚动

    原文链接: Scroll IFRAMEs on iOS原文日期: 2014年07月02日 翻译日期: 2014年07月10日翻译人员: 铁锚 很长时间以来, iOS设备上Safari中超出边界的元素将 ...

  7. 2018.10.30 NOIP模拟 有环无向图(dijkstra+巧妙建图)

    传送门 建图巧妙啊. 对于每个点的出边,我们将它们排序之后依次连边. 这样可以把O(m2)O(m^2)O(m2)的边数变成O(m)O(m)O(m)的了. 连的权值就是max(edgemax(edgem ...

  8. 集合 enum 枚举 简介 案例 MD

    Markdown版本笔记 我的GitHub首页 我的博客 我的微信 我的邮箱 MyAndroidBlogs baiqiantao baiqiantao bqt20094 baiqiantao@sina ...

  9. hbase 学习(十五)缓存机制以及可以利用SSD作为存储的BucketCache

    下面介绍Hbase的缓存机制: a.HBase在读取时,会以Block为单位进行cache,用来提升读的性能 b.Block可以分类为DataBlock(默认大小64K,存储KV).BloomBloc ...

  10. oracle 11g 从 dmp 文件中导出 sql 代码 的方法.

    impdp sys/password full=y dumpfile=bg.dmp nologfile=y sqlfile=bg_dmp.sql 备注: bg.dmp 是 dmp 文件,   bg_d ...