USB Gadget serial应用实例（上）

1. 硬件体验

使用 Linux 自带的 USB Gadget 驱动 /drivers/usb/gadget/legacy/serial.c

使用 USB 线，连接板子的 OTG 口和 PC 的 USB 口。

然后在板子加载驱动程序后，可以看到新的设备节点 /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 系统，可以在设备管理器里看到新的 USB 串口：

在 PC 上，如果是 VMware 上的 Linux 系统，按下图操作，先把 USB 串口连接到 VMware：

然后在 PC Linux 中可以看到新的设备节点：

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 软件框架

Gadget 串口的框架如下：

u_serial 提供了有 2 种方法来使用 Gadget 串口：

• u_serial.c 里注册 tty_driver 结构体 gs_tty_driver，在板子上编写 APP 访问设备 /dev/ttyGS0 即可与 Host 交互(Host 要打开 USB 串口)

• u_serial.c 里注册 console 结构体 gserial_cons。启动 Linux 内核时传入 commandline 参数"console=ttyGS0"后，内核的 printk 的信息通过 Gadget 串口打印出来(Host 要打开 USB 串口)：

注册 TTY 和 console 的过程：

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
 
   // 注册TTY
   tty_dev = tty_port_register_device(&ports[port_num].port- >port,
             gs_tty_driver, port_num, NULL);

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

2.2 数据传输

2.2.1 APP 访问

注意，在 USB 中数据传输总是由 Host 发起，所以：

• 板子要事先准备好空间(设置好 out 方向的 usb_request 并放入队列)，以便接收 Host 发来的数据；
• 板子有数据想发送给 Host 时需要设置 in 方向的 usb_request，以便 Host 读取。

板子上的 APP 访问 /dev/ttyGS0 时，就会导致 gs_tty_ops 结构体的对应函数被调用：

APP 调用 open 函数时，会导致如下调用：

gs_open
 gs_start_io(port);
  // 取出 out 端点(对应 Host 来说是 out, 对于板子来说就是输入)
  struct usb_ep  *ep = port- >port_usb- >out;
  
  // 给 out 端点分配 usb_request
        status = gs_alloc_requests(ep, head, gs_read_complete,&port- >read_allocated);

  // 给 in 端点分配 usb_request, 但是在 open 时并没有把 in 方向的 usb_request 放入队列
        status = gs_alloc_requests(port- >port_usb- >in, &port- >write_pool,gs_write_complete, &port- >write_allocated);

        // 把 usb_request 放入队列, 如果 Host 发来数据, 这个 usb_request 的 complete 函数被调用
  started = gs_start_rx(port);
     status = usb_ep_queue(out, req, GFP_ATOMIC);

APP 调用 write 函数时，会导致如下调用：

gs_write
 gs_start_tx(port);
  // 把 usb_request 放入队列, Host读取数据时就可以从中得到数据
  status = usb_ep_queue(in, req, GFP_ATOMIC);

2.2.2 printk

启动 Linux 内核时传入 commandline 参数"console=ttyGS0"后，内核的 printk 的信息通过 Gadget 串口打印出来(Host 要打开 USB 串口)。

内核的 printk 函数会导致 gserial_cons 结构体中的 write 指针即gs_console_write函数被调用：

gs_console_write 函数的调用关系如下：

gs_console_write
 // 把要打印的数据放入环形 buffer
 gs_buf_put(&info- >con_buf, buf, count);
 
 // 唤醒内核线程
 wake_up_process(info- >console_thread);
 
// 内核线程
gs_console_thread
 // 被唤醒后
 
 // 取出输入端点和它的 usb_request
 req = info- >console_req;
 ep = port- >port_usb- >in;
 
 // 从环形 buffer 得到数据、设置 usb_request
 xfer = gs_buf_get(&info- >con_buf, req- >buf, size);
 req- >length = xfer;
 
 // 把 usb_request 放入队列，以便 Host 读取
 ret = usb_ep_queue(ep, req, GFP_ATOMIC);