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Linux USB ECM Gadget 驱动介绍

IP云
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​1 USB ECM介绍

USB ECM，属于USB-IF定义的CDC（Communication Device Class）下的一个子类：Ethernet Networking Control Model，用于Host和Device之间交换以太网帧。下图是从USB ECM规范中截取：

2 关键描述符解析

用USB tool抓取ECM设备的描述符，部分关键描述符如下。

首先是IAD描述符。

IAD Descriptor        : Interface AssociationDescriptor，接口关联描述符，将多个接口组合在一起。

bDescriptorType     : 0x0B 表示描述符类型是IAD描述符。

bInterfaceCount      : 0x02表示组合的接口数目是2个。

bFunctionClass        : 0x02表示CDC class。

bFunctionSubClass  : 0x06表示ECM subclass.

接下来是接口0的描述符，接口0用作ECM的control接口。

Interface Descriptor   : 接口描述符

bInterfaceNumber     : 0x00 标识该接口为接口0

bAlternateSetting      : 0x00 如果同一个接口有多个描述符设置，那该值就用来区分是哪个

bNumEndpoints         : 0x01表示该接口使用1个端点

bInterfaceClass           : 0x02 表示CDC class

bInterfaceSubClass     : 0x06 表示ECM subclass

bInterfaceProtocol      : 0x00 表示使用标准协议

以下三个CDC Interface Descriptor属于functional descriptor，functional descriptor用来描述class-specific的信息，从属于某个标准接口描述符下。

HeaderFunctional Descriptor，CDC class-specific的描述符必须以这个描述符作为开头。

UnionFunctional Descriptor，包含控制接口信息。

EthernetNetworking Functional Descriptor，包含网卡的信息，比如MAC地址、统计能力等。其中MAC地址是通过字符串index来间接表示的，位于该描述符第4个字节，这里是06，表示String Descriptor 6中存放了MAC地址。

接口0的端点描述符，使用IN-2端点，端点方向为IN（Device->Host），中断传输方式。

接下来是接口1的描述符，大部分字段的意义和接口0的描述符类似，因此不再重复解释。接口1用作ECM的data接口。

接口1用做ECM的data接口。分配了两个端点。

接口1的端点描述符，使用了IN-1端点，传输类型为Bulk。

接口1的另一个端点描述符，使用了OUT-1端点，传输类型为Bulk。

接下来是字串描述符，这里只截取了字串6，也就是存放MAC地址的字串。

3 数据通路

Device ->Host：

在ECM Gadget驱动中，USB角色是device，在本地注册一个以太网卡设备，网络协议栈发送数据到该网卡，该网卡驱动会将数据以USB传输的方式发送到主机。Host端有ECM Host驱动，也会在Host端注册一个以太网卡，收到USB传输过来的数据后，网卡会将数据上报给Host端的网络协议栈。

Host -> Devcie：

Host端网络协议栈把数据发给ECM Host驱动，ECM Host驱动以USB传输的方式将数据发送给Device，Device端网卡收到数据后，上报给Device端网络协议栈。

4 驱动流程

源码位置在：

drivers\usb\gadget\function\f_ecm.c

drivers\usb\gadget\function\u_ether.c

4.1 驱动的注册

注册function到USB gadget驱动框架中。

DECLARE_USB_FUNCTION_INIT(ecm, ecm_alloc_inst, ecm_alloc);

4.2 USB function的实现

  • ecm_alloc_inst函数主要是调用gether_setup_default创建一个net设备。

opts->net = gether_setup_default();

  • ecm_alloc函数主要做两件事：

一是从net设备中获取该网卡host mac地址并记录下来，后续bind时会添加到描述符中。

status = gether_get_host_addr_cdc(opts->net, ecm->ethaddr,
sizeof(ecm->ethaddr));

二是按USB function driver框架注册各回调函数。

ecm->port.func.name = "cdc_ethernet";
/* descriptors are per-instance copies */
ecm->port.func.bind = ecm_bind;
ecm->port.func.unbind = ecm_unbind;
ecm->port.func.set_alt = ecm_set_alt;
ecm->port.func.get_alt = ecm_get_alt;
ecm->port.func.setup = ecm_setup;
ecm->port.func.disable = ecm_disable;
ecm->port.func.free_func = ecm_free;

  • ecm_bind函数主要完成USB bind的过程：

一是将net设备和gadget关联，并注册net设备。

if (!ecm_opts->bound) {
mutex_lock(&ecm_opts->lock);
gether_set_gadget(ecm_opts->net, cdev->gadget);
status = gether_register_netdev(ecm_opts->net);
mutex_unlock(&ecm_opts->lock);
if (status)
return status;
ecm_opts->bound = true;
}

二是处理字符串描述符。

ecm_string_defs[1].s = ecm->ethaddr;
​
us = usb_gstrings_attach(cdev, ecm_strings,
ARRAY_SIZE(ecm_string_defs));
if (IS_ERR(us))
return PTR_ERR(us);
ecm_control_intf.iInterface = us[0].id;
ecm_data_intf.iInterface = us[2].id;
ecm_desc.iMACAddress = us[1].id;
ecm_iad_descriptor.iFunction = us[3].id;

三是分配interface，并将interface信息更新到描述符中。

/* allocate instance-specific interface IDs */
status = usb_interface_id(c, f);
if (status < 0)
goto fail;
ecm->ctrl_id = status;
ecm_iad_descriptor.bFirstInterface = status;
​
ecm_control_intf.bInterfaceNumber = status;
ecm_union_desc.bMasterInterface0 = status;
​
status = usb_interface_id(c, f);
if (status < 0)
goto fail;
ecm->data_id = status;
​
ecm_data_nop_intf.bInterfaceNumber = status;
ecm_data_intf.bInterfaceNumber = status;
ecm_union_desc.bSlaveInterface0 = status;

四是分配端点。

/* allocate instance-specific endpoints */
ep = usb_ep_autoconfig(cdev->gadget, &fs_ecm_in_desc);
if (!ep)
goto fail;
ecm->port.in_ep = ep;
​
ep = usb_ep_autoconfig(cdev->gadget, &fs_ecm_out_desc);
if (!ep)
goto fail;
ecm->port.out_ep = ep;
ep = usb_ep_autoconfig(cdev->gadget, &fs_ecm_notify_desc);
if (!ep)
goto fail;
ecm->notify = ep;

五是分配描述符。

status = usb_assign_descriptors(f, ecm_fs_function, ecm_hs_function,
ecm_ss_function, NULL);

4.3 网卡部分的实现

  • 网卡设备操作函数集

static const struct net_device_ops eth_netdev_ops = {
.ndo_open = eth_open,
.ndo_stop = eth_stop,
.ndo_start_xmit = eth_start_xmit,
.ndo_set_mac_address = eth_mac_addr,
.ndo_validate_addr = eth_validate_addr,
};

  • 分配网卡设备

static inline struct net_device *gether_setup_default(void)
{
return gether_setup_name_default("usb");
}

  • 注册网卡设备

int gether_register_netdev(struct net_device *net)

  • 数据的收发

static netdev_tx_t eth_start_xmit(struct sk_buff *skb,
struct net_device *net)
static void rx_fill(struct eth_dev *dev, gfp_t gfp_flags)
static void process_rx_w(struct work_struct *work)
static void process_tx_w(struct work_struct *w)

以上就是对Linux USB ECM Gadget驱动的介绍，谢谢阅读。

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