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 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。

——————
无论在哪里做什么,只要坚持服务、创新、创造价值,其他的东西自然都会来的。

Linux下使用USB模拟ACM串口设备【转】的更多相关文章

  1. Linux下使用USB模拟ACM串口设备

    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 ...

  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. map实现

    /*PLSQL实现Map*/ --建立序列create sequence seq_map_param_id ;--建立参数表create table map_param(id number prima ...

  2. tomcat登录账户配置

    tomcat7和tomcat6的用户信息配置有些不一样,tomcat7中添加了manager=gui和admin-gui角色,配置参考如下: 再 tomcat 文件夹的conf文件夹中的 tomcat ...

  3. 【IDEA】本地新建Maven项目+配置Git和GitHub+代码上传和拉取到GitHub+其他IDEA和GitHub实战

    一.本地新建Maven项目并启动成功 1. 按照IDEA提供的模板,构建一个maven webapp的模板项目. 一路Next,到最后的finish.如下图. 2. 新建Tomcat,启动刚建立的项目 ...

  4. Parrot Linux国内源

    China USTC (University of Science and Technology of China and USTCLUG) - Hefei University 1 Gbps for ...

  5. CodeForces 670C Cinema(排序,离散化)

    C. Cinema time limit per test 2 seconds memory limit per test 256 megabytes input standard input out ...

  6. root Permission denied

    w 遇见现象,原因待查

  7. <2014 05 21> 互联网时代的C语言——Go

    Go希望成为互联网时代的C语言. 多数系统级语言(包括Java和C#)的根本编程哲学来源于C++,将C++的面向对象进一步发扬光大.但是Go语言的设计者却有不同的看法,他们认为C++ 真的没啥好学的, ...

  8. 命令行操作flask

    Flask-Script 先安装pip3 install Flask-Script from sansa import create_app from flask_script import Mana ...

  9. SpringMVC 之 RESTful 风格的增删改查

    1. 视图和视图解析器 视图解析器 请求处理方法执行完成后,最终返回一个ModelAndView对象,对于返回String,View 或 ModelMap 等类型的处理方法, SpringMVC 也会 ...

  10. 转!java自定义注解

    转自:http://blog.csdn.net/yixiaogang109/article/details/7328466  Java注解是附加在代码中的一些元信息,用于一些工具在编译.运行时进行解析 ...