Linux单设备多路USB串口的实现方法介绍

Posted 2021-05-23 bigfish99

某设备需要提供多路USB串口的功能给主机端使用，比如一路用作业务1通信功能，一路用作业务2通信功能，一路用作debug抓log用途，诸如此类。

某设备需要提供多路USB串口的功能给主机端使用，比如一路用作业务1通信功能，一路用作业务2通信功能，一路用作debug抓log用途，诸如此类。如下图所示。

 

要实现上述设备功能，可以参考如下步骤。

 

1）首先，了解一下背景知识。Linux kernel为设备端USB驱动提供了名为USB Gadget的驱动框架，设备端要基于Linux系统实现USB device功能，都需要基于Gadget框架。各种USB class定义的功能，在设备端的实现，称之为USB function。常见的USB function，比如 serial, ecm, storage, video, audio等，kernel原生代码都已经实现了。产品开发的大部分工作是放在理解并使用这些代码，并调试可能出现的bug；以及针对某些usb controller的特性，需要在function driver层面处理的时候，打一些补丁，当然这种补丁是很难合入kernel社区的，只能是在自家的产品上用用。

2）其次，了解一下gadget驱动代码目录结构。如下图所示。

gadget驱动包含三大部分：

• function驱动 —— 实现各种usb class功能

• udc驱动 —— 实现usb controller driver 

• 辅助驱动 —— configfs.c实现用户空间配置usb, composite.c实现复合设备

 

 

进入function目录，可以看到各种已经实现的function，接下来我们要用到的serial function也在其中。

 

 

3）了解具体如何开启usb串口的功能。其实很简单，要开启usb serial function driver，在kernel config中开启以下CONFIG即可：

CONFIG_USB_GADGET=y

CONFIG_USB_U_SERIAL=y

CONFIG_USB_F_SERIAL=y

 

开启以上CONFIG后，只是打开了usb driver支持serial的能力；要生成多路串口，还需要通过configfs动态配置相关功能，以下就是生成三路USB generic serial串口的示例：

mkdir -p /sys/kernel/config/usb_gadget/g1/functions/gser.gs0
chmod 755 /sys/kernel/config/usb_gadget/g1/functions/gser.gs0
mkdir -p /sys/kernel/config/usb_gadget/g1/functions/gser.gs1
chmod 755 /sys/kernel/config/usb_gadget/g1/functions/gser.gs1
mkdir -p /sys/kernel/config/usb_gadget/g1/functions/gser.gs2
chmod 755 /sys/kernel/config/usb_gadget/g1/functions/gser.gs2
​
​
ln -s /sys/kernel/config/usb_gadget/g1/functions/gser.gs2 /sys/kernel/config/usb_gadget/g1/configs/b.1/f1
ln -s /sys/kernel/config/usb_gadget/g1/functions/gser.gs0 /sys/kernel/config/usb_gadget/g1/configs/b.1/f2
ln -s /sys/kernel/config/usb_gadget/g1/functions/gser.gs1 /sys/kernel/config/usb_gadget/g1/configs/b.1/f3
​

　　

configfs本身的介绍，可参考kernel文档：

Documentation\\filesystems\\configfs\\configfs.txt

USB gadget configfs的使用介绍，可以参考kernel文档：

Documentation\\ABI\\testing\\configfs-usb-gadget

Documentation\\ABI\\testing\\configfs-usb-gadget-serial

 

三路USB串口启用成功后，在设备端会生成三个ttyGS设备：

• /dev/ttyGS0

• /dev/ttyGS1

• /dev/ttyGS2

 

4）主机端看到的情况

主机端识别USB串口和加载相关驱动的方法，可以参考我的另一篇文章

加载usbserial驱动后，为什么adb不可用了

这里主要讲一讲主机端生成了多个名为ttyUSBx（x=0~n）的设备，我们如何确定它们与设备端多路USB串口（ttyGSx）的对应关系？

 

方法之一，当然可以通过遍历测试串口通信的方式来找到对应关系。比如主机端用串口工具或者echo指令发送数据，设备端用串口工具或者cat指令接收数据，一个一个遍历尝试，能正常通信的，就说明两边是对应的。

 

方法之二，通过主机端和设备端的USB interface number （接口号）找到对应关系。以Ubuntu主机为例：

 

在Ubuntu端执行 ls -l /sys/class/tty/ttyUSB*，可以看到ttyUSBx和USB接口号的对应关系。比如ttyUSB1对应3-6:1.2，这个末尾的数字2就表示接口2（简称f2）。

user@PC1002:~$ ls -l /sys/class/tty/ttyUSB*
lrwxrwxrwx 1 root root 0 5月 21 13:15 /sys/class/tty/ttyUSB0 -> ../../devices/pci0000:00/0000:00:14.0/usb3/3-6/3-6:1.1/ttyUSB0/tty/ttyUSB0
lrwxrwxrwx 1 root root 0 5月 21 13:15 /sys/class/tty/ttyUSB1 -> ../../devices/pci0000:00/0000:00:14.0/usb3/3-6/3-6:1.2/ttyUSB1/tty/ttyUSB1
lrwxrwxrwx 1 root root 0 5月 21 13:15 /sys/class/tty/ttyUSB2 -> ../../devices/pci0000:00/0000:00:14.0/usb3/3-6/3-6:1.3/ttyUSB2/tty/ttyUSB2

　

类似的，在设备端也可以获得ttyGSx与接口号的对应关系。进入设备端shell，执行如下指令。

ls -l /sys/kernel/config/usb_gadget/g1/configs/b.1/
-rw-r--r--    1 root     root          4096 May  4 10:40 MaxPower
-rw-r--r--    1 root     root          4096 May  4 10:40 bmAttributes
lrwxrwxrwx    1 root     root             0 May  4 10:40 f1 -> ../../../../usb_gadget/g1/functions/gser.gs2
lrwxrwxrwx    1 root     root             0 May  4 10:40 f2 -> ../../../../usb_gadget/g1/functions/gser.gs0
lrwxrwxrwx    1 root     root             0 May  4 10:40 f3 -> ../../../../usb_gadget/g1/functions/gser.gs1

　　

可以看到f2对应gser.gs0，表示gser.gs0对应接口2。那么gser.gs0是不是一定就与ttyGS0对应呢？先说答案，不一定。准确的做法是读取gser.gs0目录下的port_num的值来获知是ttyGS几。比如port_num是0，那就说明gser.gs0对应/dev/ttyGS0，如果port_num是1，那就说明gser.gs0对应/dev/ttyGS1。

cat /sys/kernel/config/usb_gadget/g1/functions/gser.gs0/port_num
0

　　

这里假定gser.gs0对应/dev/ttyGS0，那么到此就可以得知主机和设备的对应关系：ttyUSB1对应ttyGS0。如果设备端的业务2代码是通过读写/dev/ttyGS0来实现通信，那么主机端的业务2代码就需要通过读写/dev/ttyUSB1来实现和设备端业务2的交互。

至于port_num编号的背后规律，与每个gser.gsN这个末尾数字N无关；与我们前面编写configfs配置USB的指令时，mkdir指令执行的次序有关，port_num从0开始，依次+1。从我们前面的编写的指令看，先mkdir gser.gs0，再mkdir gser.gs1，那么gser.gs0的port_num是0，gser.gs1的port_num就是1。如果先mkdir gser.gs1，再mkdir gser.gs0，那么就会反过来，gser.gs1的port_num是0，gser.gs0的port_num是1。

 

5）USB gadget serial function的驱动实现细节，不是本文的重点，暂且不讲，后续会专门介绍USB gadget function driver。

 

以上是本文全部内容，谢谢阅读，希望能帮到你。

 

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