“USB overview”的版本间的差异

来自百问网嵌入式Linux wiki
 
（未显示2个用户的19个中间版本）
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{{DISPLAYTITLE:USB概述}}
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本文提供有关 Linux<sup>&reg;</sup> USB框架的信息<br/>
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它举例说明了如何激活USB接口，以及如何从用户空间访问它。<br />
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[[Category:Linux_Operating_System]]
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==Framework purpose==
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[[Category:High_speed_interface]]
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USB（通用串行总线）Linux<sup>&reg;</sup>框架支持多种类型的：
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[[Category:USB]]
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* 主机控制器和外围设备
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* 在外围设备中使用的小工具驱动程序和类
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Linux可以在主机上使用。 在这种情况下，可以插入各种类型的外围设备，例如：
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* 大容量存储（硬盘驱动器，USB记忆棒..）
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* HID（键盘，鼠标..）
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使用小工具驱动程序，Linux也可以用作外围设备。 在这种情况下，它可以充当：
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* USB大容量存储（例如，导出某些分区，文件系统）
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* 以太网卡
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* 串口
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* ...
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==System overview==
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{{
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ImageMap|Image:USB system overview.png {{!}} frame {{!}} center{{!}} USB Implementation architecture
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rect 343 437 470 487 [[#Component_description | USB controller driver]]
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rect 538 437 665 487 [[#Component_description | USB controller driver]]
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rect 343 512 470 555 [[OTG internal peripheral | OTG internal peripheral]]
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rect 538 512 665 555 [[USBH internal peripheral | USBH internal peripheral]]
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rect 538 575 665 619 [[USBPHYC internal peripheral | USBPHYC internal peripheral]]
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poly 342 301 479 301 479 428 404 428 404 558 342 558 [[#Component_description | USB Gadget]]
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poly 536 301 674 301 674 558 410 558 410 434 536 434 [[#Component_description | USB Host-Side]]
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}}
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===Component description===
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* '''USB用户空间'''（'用户空间''）
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** “Host-Side”用户区
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*:- [https://libusb.info/ libusb]<ref name="libusb">[https://libusb.info/ libusb: a cross-platform library to access USB devices]</ref>是一个Userland库，可提供对USB设备的访问。
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*:- [https://github.com/gregkh/usbutils usbutils]<ref name="usbutils">[https://github.com/gregkh/usbutils usbutils: USB utilities for Linux, including lsusb]</ref> 是一组USB实用程序，用于收集有关连接到USB主机的USB设备的信息。 注意'''usbutils'''取决于'''libusb'''。
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*:- 众所周知的实用程序之一是'''lsusb'''，它用于显示有关USB总线及其连接的设备的信息。
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** ''Gadget'' 用户群
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*:- [https://github.com/libusbg libusbg]<ref name="libusbg">[https://github.com/libusbg libusbg: a C library encapsulating the kernel USB gadget-configfs userspace API functionality]</ref> 是一个Userland库，它提供了使用configfs API创建和解析USB小工具设备的例程。
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*:- {{CodeSource|Linux kernel|Documentation/usb/gadget_configfs.txt|Gadget configfs}} 提供通过用户终端可用的配置界面，用于配置USB小工具。
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** 公共用户区
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*:- '''sysfs''提供了一个可通过用户终端使用的信息界面。 请参见[[#How_to_monitor_with_sysfs | How to monitor with sysfs]] below.
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*:- '''debugfs'''提供了一个调试界面，可通过用户终端使用。 请参见 [[#How_to_monitor_with_debugfs | How to monitor with debugfs]] .
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* '''USB framework''' (''内核空间''): 由两部分组成，即USB“主机侧”和USB“小配件”，它们依赖于具有特定 [[#API_description | APIs]] 以支持USB主机和设备控制器
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** 主机端为类驱动程序提供API接口，并将请求从类驱动程序转发到主机控制器驱动程序。
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** Gadget需要外围控制器和小工具驱动程序才能使用。
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* '''USB controller drivers''' (''内核空间'')
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** USB Host-Side框架中的“ USB Host控制器驱动程序”，例如 [[USBH internal peripheral|STM32 USBH]]USB Host控制器。 [[USBH internal peripheral|STM32 USBH]] 基于[[USB overview|USB framework]]使用内核社区驱动程序（内核空间）。
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*:- {{CodeSource|Linux kernel|drivers/usb/host/ehci-hcd.c|Enhanced Host Controller Interface (EHCI) driver}}and {{CodeSource|Linux kernel|drivers/usb/host/ehci-platform.c|Generic platform ehci driver}}
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*:- {{CodeSource|Linux kernel|drivers/usb/host/ohci-hcd.c|Open Host Controller Interface (OHCI) driver}}and {{CodeSource|Linux kernel|drivers/usb/host/ohci-platform.c|Generic platform ohci driver}}
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** USB Host-Side框架中的[USB OTG控制器驱动程序，例如 [[OTG internal peripheral|STM32 OTG]] USB OTG控制器，如果在'''otg'''或'''host''中使用它们 ”和/或USB小工具框架中的“ otg”或“ peripheral”模式使用。[[OTG internal peripheral|STM32 OTG]]  基于[[USB overview|USB framework]]使用内核社区驱动程序（内核空间）
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*:- {{CodeSource|Linux kernel|drivers/usb/dwc2/|DesignWare HS OTG Controller driver}}
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** USB控制器驱动程序可以依靠 [[PHY overview|Generic PHY framework]] 管理USB数据传输的物理层。 [[USBPHYC internal peripheral|STM32 USBPHYC]] PHY提供程序是通用PHY框架中的“ PHY驱动程序”：
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*:- {{CodeSource|Linux kernel|drivers/phy/st/phy-stm32-usbphyc.c|STM32 USBPHYC driver}}
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* '''USB hardware controllers''' (''硬件'')
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USB控制器，例如 [[USBH internal peripheral|STM32 USBH internal peripheral]]和 [[OTG internal peripheral|STM32 OTG internal peripheral]], 使用片上高速UTMI + PHY（[[USBPHYC internal peripheral|STM32 USBPHYC internal peripheral]])），或用于[[OTG internal peripheral|STM32 OTG internal peripheral]]的片上全速PHY。
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* '''USB devices''' (''外部USB设备'')
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** USB OTG规范<ref name="otg_specification">[http://www.usb.org/developers/onthego/USB_OTG_and_EH_2-0.pdf On-The-Go and Embedded Host Supplement to the USB Revision 2.0 Specification]</ref>为USB设备定义了两个角色：A设备和B设备。 [[OTG internal peripheral|STM32 OTG controller]]取决于所使用的USB连接器，可以同时接受A设备和B设备，而 [[USBH internal peripheral|STM32 USBH Host controller]] 仅管理B设备 ：
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*:- '''A-Device'''是一个充当'''USB主机'''的'''电源供应商'''（例如PC）
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*:- '''B-device'''是'''耗电量'''，充当'''USB外设'''(例如，USB闪存盘)。
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===API description===
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有关API函数的更多详细信息，请参见[https://www.kernel.org/doc/html/latest/driver-api/usb/index.html USB kernel documentation] 。
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==Configuration==
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===Kernel configuration===
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在ST交付中，默认情况下激活USB支持，[[USBH internal peripheral|STM32 USBH]] 驱动程序和[[OTG internal peripheral|STM32 OTG]] 驱动程序。 但是，如果需要特定的配置，则本节说明如何在内核中激活/停用USB框架。
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使用Linux Menuconfig工具在内核配置中激活USB支持(CONFIG_USB=y)：[[Menuconfig or how to configure kernel]]
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然后选择：
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Device Drivers  --->
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  [*] USB support  --->
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然后激活USB控制器驱动程序。
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要激活 [[USBH internal peripheral|STM32 USBH]] 驱动程序，请选择：
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Device Drivers  --->
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    --- USB support
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    <*>  Support for Host-side USB
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    <*>  EHCI HCD (USB 2.0) support
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    <*>    Generic EHCI driver for a platform device
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    <*>  OHCI HCD (USB 1.1) support
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    <*>    Generic OHCI driver for a platform device
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要激活 [[OTG internal peripheral|STM32 OTG]] 驱动程序，请选择：
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Device Drivers  --->
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    --- USB support
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    <*>  Support for Host-side USB
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    <*>  USB Gadget Support  --->
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    <*>  DesignWare USB2 DRD Core Support
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            DWC2 Mode Selection (Dual Role mode)  --->
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然后，要激活[[USBPHYC internal peripheral|STM32 USBPHYC]] 驱动程序，请选择：
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PHY Subsystem  --->
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  -*- PHY Core
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  <*> STMicroelectronics STM32 USB HS PHY Controller driver
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===Device tree configuration===
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STM32 USB内部外围设备的详细DT配置：
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* 用于[[USBH internal peripheral|STM32 USBH]] 主机控制器： [[USBH_device_tree_configuration | USBH device tree configuration]]
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* 用于[[OTG internal peripheral|STM32 OTG]] 控制器：[[OTG_device_tree_configuration | OTG device tree configuration]]
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* 用于 [[USBPHYC internal peripheral|STM32 USBPHYC]] PHY: [[USBPHYC_device_tree_configuration | USBPHYC device tree configuration]]
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==How to use the framework==
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===How to list USB devices===
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'''lsusb'''显示有关所连接的USB总线和设备的信息。 <br />
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在上面的示例中，我们有一个板载集线器，一个USB鼠标和USB键盘插入了该集线器。<br />
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{{Board$}} '''lsusb''' {{Highlight|/* '''root hubs''' correspond to STM32 USB controllers ([[USBH_internal_peripheral|USBH]], [[OTG_internal_peripheral| OTG]]) */}}
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Bus 002 Device 005: ID 413c:2003 Dell Computer Corp. Keyboard
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Bus 002 Device 004: ID 046d:c016 Logitech, Inc. Optical Wheel Mouse
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Bus 001 Device 001: ID 1d6b:0002 Linux Foundation 2.0 root hub
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Bus 002 Device 002: ID 0424:2514 Standard Microsystems Corp. USB 2.0 Hub
 +
Bus 002 Device 001: ID 1d6b:0002 Linux Foundation 2.0 root hub
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 +
{{Board$}} '''lsusb -t''' {{Highlight|/* '''lsusb -t''' shows the USB class, the driver used and the number of ports and speed of each USB devices */}}
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/:  Bus 02.Port 1: Dev 1, Class=root_hub, Driver=ehci-platform/2p, 480M
 +
    |__ Port 1: Dev 2, If 0, Class=Hub, Driver=hub/4p, 480M
 +
        |__ Port 1: Dev 5, If 0, Class=Human Interface Device, Driver=usbhid, 1.5M
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        |__ Port 3: Dev 4, If 0, Class=Human Interface Device, Driver=usbhid, 1.5M
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/:  Bus 01.Port 1: Dev 1, Class=root_hub, Driver=dwc2/1p, 480M
 +
 
 +
要将'''lsusb'''限制为USB键盘：
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{{Board$}} '''lsusb -s 002:005''' {{Highlight|/* '''lsusb -s [Bus]:[Device]''' */}}
 +
Bus 002 Device 005: ID 413c:2003 Dell Computer Corp. Keyboard
 +
{{Board$}} '''lsusb -d 413c:2003'''  {{Highlight|/* '''lsusb -d [ID]''' */}}
 +
Bus 002 Device 005: ID 413c:2003 Dell Computer Corp. Keyboard
 +
 
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要将'''lsusb'''限制为USB键盘并显示其描述符：
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{{Board$}} '''lsusb -D /dev/bus/usb/002/005'''  {{Highlight|/* '''lsusb -D /dev/bus/usb/[Bus]/[Device]''' */}}
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Device: ID 413c:2003 Dell Computer Corp. Keyboard
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Device Descriptor:
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  ...
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===How to mount a USB key (mass-storage)===
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{{Board$}} mkdir /usb
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{{Board$}} mount /dev/sdxx /usb
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===How to configure USB Gadget through configfs===
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请参阅[https://www.kernel.org/doc/Documentation/usb/gadget_configfs.txt USB gadget configfs documentation] ，以获取USB gadget configfs结构的介绍以及如何使用它来配置Linux USB Gadget。
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以下是通过配置文件配置USB Gadget以将OTG用作具有远程NDIS(RNDIS)的USB以太网Gadget的示例。 见：
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[https://github.com/STMicroelectronics/meta-st-openstlinux/blob/thud/recipes-bsp/tools/usbotg-gadget-config/stm32_usbotg_eth_config.sh stm32_usbotg_eth_config.sh].
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==How to trace and debug the framework==
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===How to monitor===
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====How to monitor with debugfs====
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请参考[https://www.kernel.org/doc/html/latest/driver-api/usb/usb.html#the-usb-devices the USB devices chapter]<ref>[https://www.kernel.org/doc/html/latest/driver-api/usb/usb.html#the-usb-devices  Linux USB API: The Linux-USB Host Side API - The USB devices]</ref> 对输出进行解码。
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{{Board$}} '''cat /sys/kernel/debug/usb/devices'''
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T:  Bus=01 Lev=00 Prnt=00 Port=00 Cnt=00 Dev#=  1 Spd=480  MxCh= 1
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B:  Alloc=  0/800 us ( 0%), #Int=  0, #Iso=  0
 +
D:  Ver= 2.00 Cls=09(hub  ) Sub=00 Prot=01 MxPS=64 #Cfgs=  1
 +
P:  Vendor=1d6b ProdID=0002 Rev= 4.14
 +
S:  Manufacturer=Linux 4.14.0 dwc2_hsotg
 +
S:  Product=DWC OTG Controller
 +
S:  SerialNumber=49000000.usb-otg
 +
C:* #Ifs= 1 Cfg#= 1 Atr=e0 MxPwr=  0mA
 +
I:* If#= 0 Alt= 0 #EPs= 1 Cls=09(hub  ) Sub=00 Prot=00 Driver=hub
 +
E:  Ad=81(I) Atr=03(Int.) MxPS=  4 Ivl=256ms
 +
 +
T:  Bus=01 Lev=01 Prnt=01 Port=00 Cnt=01 Dev#=  4 Spd=480  MxCh= 0
 +
D:  Ver= 2.00 Cls=00(>ifc ) Sub=00 Prot=00 MxPS=64 #Cfgs=  1
 +
P:  Vendor=05e3 ProdID=0723 Rev=94.54
 +
S:  Manufacturer=Generic
 +
S:  Product=USB Storage
 +
C:* #Ifs= 1 Cfg#= 1 Atr=80 MxPwr=500mA
 +
I:* If#= 0 Alt= 0 #EPs= 2 Cls=08(stor.) Sub=06 Prot=50 Driver=usb-storage
 +
E:  Ad=81(I) Atr=02(Bulk) MxPS= 512 Ivl=0ms
 +
E:  Ad=02(O) Atr=02(Bulk) MxPS= 512 Ivl=0ms
 +
 +
T:  Bus=02 Lev=00 Prnt=00 Port=00 Cnt=00 Dev#=  1 Spd=480  MxCh= 2
 +
B:  Alloc=  0/800 us ( 0%), #Int=  2, #Iso=  0
 +
D:  Ver= 2.00 Cls=09(hub  ) Sub=00 Prot=00 MxPS=64 #Cfgs=  1
 +
P:  Vendor=1d6b ProdID=0002 Rev= 4.14
 +
S:  Manufacturer=Linux 4.14.0 ehci_hcd
 +
S:  Product=EHCI Host Controller
 +
S:  SerialNumber=5800d000.usbh-ehci
 +
C:* #Ifs= 1 Cfg#= 1 Atr=e0 MxPwr=  0mA
 +
I:* If#= 0 Alt= 0 #EPs= 1 Cls=09(hub  ) Sub=00 Prot=00 Driver=hub
 +
E:  Ad=81(I) Atr=03(Int.) MxPS=  4 Ivl=256ms
 +
 +
T:  Bus=02 Lev=01 Prnt=01 Port=00 Cnt=01 Dev#=  2 Spd=480  MxCh= 4
 +
D:  Ver= 2.00 Cls=09(hub  ) Sub=00 Prot=02 MxPS=64 #Cfgs=  1
 +
P:  Vendor=0424 ProdID=2514 Rev= b.b3
 +
C:* #Ifs= 1 Cfg#= 1 Atr=e0 MxPwr=  2mA
 +
I:  If#= 0 Alt= 0 #EPs= 1 Cls=09(hub  ) Sub=00 Prot=01 Driver=hub
 +
E:  Ad=81(I) Atr=03(Int.) MxPS=  1 Ivl=256ms
 +
I:* If#= 0 Alt= 1 #EPs= 1 Cls=09(hub  ) Sub=00 Prot=02 Driver=hub
 +
E:  Ad=81(I) Atr=03(Int.) MxPS=  1 Ivl=256ms
 +
 +
T:  Bus=02 Lev=02 Prnt=02 Port=03 Cnt=01 Dev#=  5 Spd=1.5  MxCh= 0
 +
D:  Ver= 1.10 Cls=00(>ifc ) Sub=00 Prot=00 MxPS= 8 #Cfgs=  1
 +
P:  Vendor=413c ProdID=2003 Rev= 1.00
 +
S:  Manufacturer=Dell
 +
S:  Product=Dell USB Keyboard
 +
C:* #Ifs= 1 Cfg#= 1 Atr=a0 MxPwr= 70mA
 +
I:* If#= 0 Alt= 0 #EPs= 1 Cls=03(HID  ) Sub=01 Prot=01 Driver=usbhid
 +
E:  Ad=81(I) Atr=03(Int.) MxPS=  8 Ivl=24ms
 +
 
 +
==== How to monitor with sysfs ====
 +
===== USB buses monitoring with sysfs =====
 +
请参考[http://www.linux-usb.org/FAQ.html#i6 What are the sysfs structures for Linux USB?]<ref>[http://www.linux-usb.org/FAQ.html#i6  What are the sysfs structures for Linux USB?]</ref>.
 +
{{Board$}} ls /sys/bus/usb/devices/
 +
1-0:1.0  1-1  1-1:1.0  2-0:1.0  2-1  2-1.4  2-1.4:1.0  2-1:1.0  usb1  usb2
 +
 
 +
以“''usb''''开头的名称是指USB控制器。
 +
 
 +
设备命名方案如下：
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* bus-port{{Grey|.port}}{{Grey|.port...}} ('''1-1''', '''2-1''', or '''2-1.4''' in the example above)
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 +
这些接口由后缀表示，格式如下：
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* :config.interface (1-1''':1.0''', 2-1''':1.0''', 2-1.4''':1.0''' in the example above)
 +
 
 +
每个接口对应于sysfs中的一个条目，并且可以具有自己的驱动程序。
 +
 
 +
===== USB Gadget monitoring with sysfs =====
 +
配置USB小工具后，将填充USB设备控制器sysfs。 参见 {{CodeSource | Linux kernel | Documentation/ABI/stable/sysfs-class-udc}} for a description of each file.
 +
{{Board$}} ls /sys/class/udc/49000000.usb-otg/
 +
a_alt_hnp_support  device          is_selfpowered  srp
 +
a_hnp_support      function        maximum_speed  state
 +
b_hnp_enable      is_a_peripheral  power          subsystem
 +
current_speed      is_otg          soft_connect    uevent
 +
 
 +
===How to trace===
 +
==== How to trace with usbmon ====
 +
usbmon <ref>{{CodeSource | Linux kernel | Documentation/usb/usbmon.txt | usbmon}}</ref> 收集USB总线上的输入/输出轨迹。<br/>
 +
它依赖于内核部分和用户部分，并将USB设备驱动程序发出的请求报告给主机控制器驱动程序。<br />
 +
使用Linux Menuconfig工具在[[Menuconfig or how to configure kernel]]内核配置中激活USBMON支持（CONFIG_USB_MON = y）。 <br />
 +
在debugfs中创建了一个usbmon条目。 它包括几个文件。<br />
 +
文件名由一个数字（USB总线-0表示所有总线）和一个字母（s，u或t）组成。 s文件包含通用事件概述。 t（不建议使用）和u文件将流跟踪数据。<br />
 +
要收集调试数据，请使用主文件0u（以从所有设备捕获数据）或找出设备所连接的总线并使用相应的总线文件。 例如，如果设备连接到总线1：
 +
{{Board$}} cat /sys/kernel/debug/usb/usbmon>1u > bus1data.log
 +
要停止捕获，只需键入（CTRL + C）即可终止命令。 然后，您可以使用Linux主机上的 [http://vusb-analyzer.sourceforge.net/ vUSBAnalyzer] 图形工具来分析日志
 +
 
 +
==== How to trace using a protocol analyzer ====
 +
 
 +
USB协议分析器是一种USB流量嗅探器，用于解码USB描述符并显示发送的总线状态和数据包。 请参阅您的USB协议分析器用户手册。
 +
 
 +
===How to debug===
 +
====Activating USB framework debug messages====
 +
有关详细的动态跟踪信息，请参阅 [[How to use the kernel dynamic debug]]<br/>
 +
  {{Board$}} echo  "file usb* +p" > /sys/kernel/debug/dynamic_debug/control
 +
此命令在运行时启用与USB内核和驱动程序相关的所有跟踪。<br/>
 +
通过仅选择要跟踪的文件，可以进行更精细的选择。<br/>
 +
{{Info|提醒：''loglevel''需要通过使用引导参数或从控制台发送''dmesg-n 8''命令增加到8}}
 +
 
 +
==== EHCI/OHCI driver debugfs entry ====
 +
启用CONFIG_DYNAMIC_DEBUG时，EHCI/uchI驱动程序会导出调试文件系统条目。
 +
{{Board$}} ls /sys/kernel/debug/usb/ohci/5800c000.usbh-ohci/
 +
异步周期寄存器
 +
{{Board$}} ls /sys/kernel/debug/usb/ehci/5800d000.usbh-ehci/
 +
异步带宽定期寄存器
 +
* '''async''' 转储异步计划的快照。
 +
* '''bandwith''' 转储带宽分配
 +
* '''periodic''' 转储定期计划的快照。
 +
* '''registers''' 转储USB控制器寄存器
 +
 
 +
==== DWC2 driver debug messages and debugfs entry====
 +
要从 [[OTG_internal_peripheral| STM32 OTG]]，通过menuconfig[[Menuconfig or how to configure kernel]]在Linux内核中激活“启用调试消息”。<br/>
 +
Device Drivers  --->
 +
    [*] USB support
 +
    {{Grey|<*>  Support for Host-side USB}}
 +
    {{Grey|<*>  USB Gadget Support  --->}}
 +
    <*>  DesignWare USB2 DRD Core Support
 +
    [*]     Enable Debugging Messages
 +
    [*]       Enable Verbose Debugging Messages
 +
    [ ]    Enable Missed SOF Tracking
 +
    [*]    Enable Debugging Messages For Periodic Transfers
 +
这可以在您的内核.config文件中手动完成：
 +
CONFIG_USB_SUPPORT=y
 +
CONFIG_USB_DWC2=y
 +
CONFIG_USB_DWC2_DEBUG=y
 +
CONFIG_USB_DWC2_VERBOSE=y
 +
CONFIG_USB_DWC2_DEBUG_PERIODIC=y
 +
DWC2驱动程序的调试支持（CONFIG_USB_DWC2_DEBUG）编译位于Linux内核{{CodeSource | Linux kernel | drivers/usb/dwc2/}} 文件夹。<br/>
 +
{{Info|提醒：需要通过控制台使用引导参数或“ dmesg -n 8”命令将“ loglevel”增加到8}}
 +
 
 +
DWC2驱动程序还会导出包含有用信息的debugfs条目：
 +
{{Board$}} ls /sys/kernel/debug/49000000.usb-otg/
 +
dr_mode  ep0  ep1in  ep1out  ep2in  ep2out  ep3in  ep3out  ep4in  ep4out  ep5in  ep5out  ep6in  ep6out  ep7in  ep7out  ep8in  ep8out  fifo  hw_params  params  regdump state  testmode
 +
* '''dr_mode''' 表示USB控制器的工作模式。 它可以是“主机”，“外围设备”或“ otg”。 该值是通过设备树属性设置的。
 +
* '''ep*''' 文件显示给定端点的状态。
 +
* '''fifo''' 显示了整个FIFO和所有定期发送FIFO的FIFO信息。
 +
* '''hw_params''' 显示了从USB控制器寄存器读取的参数。
 +
* '''params''' 显示驱动程序使用的参数。
 +
* '''regdump''' 转储所有USB控制器寄存器。
 +
* '''state''' 显示了硬件控制器的总体状态以及有关可用端点的一些常规信息。
 +
* '''testmode''' 显示/设置USB测试模式（“ test_j”，“ test_k”，“ test_se0_nak”，“ test_packet”，“ test_force_enable”）。
 +
 
 +
==Source code location==
 +
源文件位于Linux内核内部。
 +
* “ USB框架”位于{{CodeSource | Linux kernel | drivers/usb/}}
 +
* 用于 [[USBH internal peripheral | STM32 USBH]]的驱动位于 {{CodeSource | Linux kernel | drivers/usb/host/ehci-platform.c}}, {{CodeSource | Linux kernel | drivers/usb/host/ehci-hcd.c}} and {{CodeSource | Linux kernel | drivers/usb/host/ohci-platform.c}}, {{CodeSource | Linux kernel | drivers/usb/host/ohci-hcd.c}}
 +
* 用于 [[OTG internal peripheral | STM32 OTG]]的驱动位于{{CodeSource | Linux kernel | drivers/usb/dwc2/}}
 +
 
 +
==References==
 +
<references />

2020年11月10日 (二) 11:41的最新版本

本文提供有关 Linux® USB框架的信息
它举例说明了如何激活USB接口，以及如何从用户空间访问它。

Framework purpose

USB（通用串行总线）Linux®框架支持多种类型的：

  • 主机控制器和外围设备
  • 在外围设备中使用的小工具驱动程序和类

Linux可以在主机上使用。 在这种情况下，可以插入各种类型的外围设备，例如：

  • 大容量存储（硬盘驱动器，USB记忆棒..）
  • HID（键盘，鼠标..）

使用小工具驱动程序，Linux也可以用作外围设备。 在这种情况下，它可以充当：

  • USB大容量存储（例如，导出某些分区，文件系统）
  • 以太网卡
  • 串口
  • ...

System overview

USB controller driver USB controller driver OTG internal peripheral USBH internal peripheral USBPHYC internal peripheral USB Gadget USB Host-Side
USB Implementation architecture

Component description

  • USB用户空间（'用户空间）
    • “Host-Side”用户区
    - libusb[1]是一个Userland库，可提供对USB设备的访问。
    - usbutils[2] 是一组USB实用程序，用于收集有关连接到USB主机的USB设备的信息。 注意usbutils取决于libusb。
    - 众所周知的实用程序之一是lsusb，它用于显示有关USB总线及其连接的设备的信息。
    • Gadget 用户群
    - libusbg[3] 是一个Userland库，它提供了使用configfs API创建和解析USB小工具设备的例程。
    - |}} Gadget configfs 提供通过用户终端可用的配置界面，用于配置USB小工具。
    • 公共用户区
    - 'sysfs提供了一个可通过用户终端使用的信息界面。 请参见 How to monitor with sysfs below.
    - debugfs提供了一个调试界面，可通过用户终端使用。 请参见 How to monitor with debugfs .
  • USB framework (内核空间): 由两部分组成，即USB“主机侧”和USB“小配件”，它们依赖于具有特定 APIs 以支持USB主机和设备控制器
    • 主机端为类驱动程序提供API接口，并将请求从类驱动程序转发到主机控制器驱动程序。
    • Gadget需要外围控制器和小工具驱动程序才能使用。
  • USB hardware controllers (硬件)

USB控制器，例如 STM32 USBH internal peripheral和 STM32 OTG internal peripheral, 使用片上高速UTMI + PHY（STM32 USBPHYC internal peripheral)），或用于STM32 OTG internal peripheral的片上全速PHY。

  • USB devices (外部USB设备)
    - A-Device是一个充当USB主机的电源供应商（例如PC）
    - B-device是耗电量，充当USB外设(例如，USB闪存盘)。

API description

有关API函数的更多详细信息，请参见USB kernel documentation 。

Configuration

Kernel configuration

在ST交付中，默认情况下激活USB支持，STM32 USBH 驱动程序和STM32 OTG 驱动程序。 但是，如果需要特定的配置，则本节说明如何在内核中激活/停用USB框架。 使用Linux Menuconfig工具在内核配置中激活USB支持(CONFIG_USB=y)：Menuconfig or how to configure kernel 然后选择： 

Device Drivers  --->
 [*] USB support  --->

然后激活USB控制器驱动程序。

要激活 STM32 USBH 驱动程序，请选择： 

Device Drivers  --->
   --- USB support
   <*>   Support for Host-side USB
   <*>   EHCI HCD (USB 2.0) support
   <*>     Generic EHCI driver for a platform device
   <*>   OHCI HCD (USB 1.1) support
   <*>     Generic OHCI driver for a platform device

要激活 STM32 OTG 驱动程序，请选择： 

Device Drivers  --->
   --- USB support
   <*>   Support for Host-side USB
   <*>   USB Gadget Support  --->
   <*>   DesignWare USB2 DRD Core Support
           DWC2 Mode Selection (Dual Role mode)  --->

然后，要激活STM32 USBPHYC 驱动程序，请选择： 

PHY Subsystem  --->
  -*- PHY Core
  <*> STMicroelectronics STM32 USB HS PHY Controller driver

Device tree configuration

STM32 USB内部外围设备的详细DT配置：

How to use the framework

How to list USB devices

lsusb显示有关所连接的USB总线和设备的信息。
在上面的示例中，我们有一个板载集线器，一个USB鼠标和USB键盘插入了该集线器。

Board $> lsusb							/* root hubs correspond to STM32 USB controllers (USBH,  OTG) */
Bus 002 Device 005: ID 413c:2003 Dell Computer Corp. Keyboard
Bus 002 Device 004: ID 046d:c016 Logitech, Inc. Optical Wheel Mouse
Bus 001 Device 001: ID 1d6b:0002 Linux Foundation 2.0 root hub
Bus 002 Device 002: ID 0424:2514 Standard Microsystems Corp. USB 2.0 Hub
Bus 002 Device 001: ID 1d6b:0002 Linux Foundation 2.0 root hub

Board $> lsusb -t 	 	 	 	 	 	/* lsusb -t shows the USB class, the driver used and the number of ports and speed of each USB devices */
/:  Bus 02.Port 1: Dev 1, Class=root_hub, Driver=ehci-platform/2p, 480M
    |__ Port 1: Dev 2, If 0, Class=Hub, Driver=hub/4p, 480M
        |__ Port 1: Dev 5, If 0, Class=Human Interface Device, Driver=usbhid, 1.5M
        |__ Port 3: Dev 4, If 0, Class=Human Interface Device, Driver=usbhid, 1.5M
/:  Bus 01.Port 1: Dev 1, Class=root_hub, Driver=dwc2/1p, 480M

要将lsusb限制为USB键盘： 

Board $> lsusb -s 002:005 	 				/* lsusb -s [Bus]:[Device] */
Bus 002 Device 005: ID 413c:2003 Dell Computer Corp. Keyboard
Board $> lsusb -d 413c:2003  	 			 	/* lsusb -d [ID] */
Bus 002 Device 005: ID 413c:2003 Dell Computer Corp. Keyboard

要将lsusb限制为USB键盘并显示其描述符： 

Board $> lsusb -D /dev/bus/usb/002/005  	 		/* lsusb -D /dev/bus/usb/[Bus]/[Device] */
Device: ID 413c:2003 Dell Computer Corp. Keyboard
Device Descriptor:
 ...

How to mount a USB key (mass-storage) 

Board $> mkdir /usb
Board $> mount /dev/sdxx /usb

How to configure USB Gadget through configfs

请参阅USB gadget configfs documentation ，以获取USB gadget configfs结构的介绍以及如何使用它来配置Linux USB Gadget。


以下是通过配置文件配置USB Gadget以将OTG用作具有远程NDIS(RNDIS)的USB以太网Gadget的示例。 见： stm32_usbotg_eth_config.sh.

How to trace and debug the framework

How to monitor

How to monitor with debugfs

请参考the USB devices chapter[5] 对输出进行解码。 

Board $> cat /sys/kernel/debug/usb/devices

T:  Bus=01 Lev=00 Prnt=00 Port=00 Cnt=00 Dev#=  1 Spd=480  MxCh= 1
B:  Alloc=  0/800 us ( 0%), #Int=  0, #Iso=  0
D:  Ver= 2.00 Cls=09(hub  ) Sub=00 Prot=01 MxPS=64 #Cfgs=  1
P:  Vendor=1d6b ProdID=0002 Rev= 4.14
S:  Manufacturer=Linux 4.14.0 dwc2_hsotg
S:  Product=DWC OTG Controller
S:  SerialNumber=49000000.usb-otg
C:* #Ifs= 1 Cfg#= 1 Atr=e0 MxPwr=  0mA
I:* If#= 0 Alt= 0 #EPs= 1 Cls=09(hub  ) Sub=00 Prot=00 Driver=hub
E:  Ad=81(I) Atr=03(Int.) MxPS=   4 Ivl=256ms

T:  Bus=01 Lev=01 Prnt=01 Port=00 Cnt=01 Dev#=  4 Spd=480  MxCh= 0
D:  Ver= 2.00 Cls=00(>ifc ) Sub=00 Prot=00 MxPS=64 #Cfgs=  1
P:  Vendor=05e3 ProdID=0723 Rev=94.54
S:  Manufacturer=Generic 
S:  Product=USB Storage
C:* #Ifs= 1 Cfg#= 1 Atr=80 MxPwr=500mA
I:* If#= 0 Alt= 0 #EPs= 2 Cls=08(stor.) Sub=06 Prot=50 Driver=usb-storage
E:  Ad=81(I) Atr=02(Bulk) MxPS= 512 Ivl=0ms
E:  Ad=02(O) Atr=02(Bulk) MxPS= 512 Ivl=0ms

T:  Bus=02 Lev=00 Prnt=00 Port=00 Cnt=00 Dev#=  1 Spd=480  MxCh= 2
B:  Alloc=  0/800 us ( 0%), #Int=  2, #Iso=  0
D:  Ver= 2.00 Cls=09(hub  ) Sub=00 Prot=00 MxPS=64 #Cfgs=  1
P:  Vendor=1d6b ProdID=0002 Rev= 4.14
S:  Manufacturer=Linux 4.14.0 ehci_hcd
S:  Product=EHCI Host Controller
S:  SerialNumber=5800d000.usbh-ehci
C:* #Ifs= 1 Cfg#= 1 Atr=e0 MxPwr=  0mA
I:* If#= 0 Alt= 0 #EPs= 1 Cls=09(hub  ) Sub=00 Prot=00 Driver=hub
E:  Ad=81(I) Atr=03(Int.) MxPS=   4 Ivl=256ms

T:  Bus=02 Lev=01 Prnt=01 Port=00 Cnt=01 Dev#=  2 Spd=480  MxCh= 4
D:  Ver= 2.00 Cls=09(hub  ) Sub=00 Prot=02 MxPS=64 #Cfgs=  1
P:  Vendor=0424 ProdID=2514 Rev= b.b3
C:* #Ifs= 1 Cfg#= 1 Atr=e0 MxPwr=  2mA
I:  If#= 0 Alt= 0 #EPs= 1 Cls=09(hub  ) Sub=00 Prot=01 Driver=hub
E:  Ad=81(I) Atr=03(Int.) MxPS=   1 Ivl=256ms
I:* If#= 0 Alt= 1 #EPs= 1 Cls=09(hub  ) Sub=00 Prot=02 Driver=hub
E:  Ad=81(I) Atr=03(Int.) MxPS=   1 Ivl=256ms

T:  Bus=02 Lev=02 Prnt=02 Port=03 Cnt=01 Dev#=  5 Spd=1.5  MxCh= 0
D:  Ver= 1.10 Cls=00(>ifc ) Sub=00 Prot=00 MxPS= 8 #Cfgs=  1
P:  Vendor=413c ProdID=2003 Rev= 1.00
S:  Manufacturer=Dell
S:  Product=Dell USB Keyboard
C:* #Ifs= 1 Cfg#= 1 Atr=a0 MxPwr= 70mA
I:* If#= 0 Alt= 0 #EPs= 1 Cls=03(HID  ) Sub=01 Prot=01 Driver=usbhid
E:  Ad=81(I) Atr=03(Int.) MxPS=   8 Ivl=24ms

How to monitor with sysfs

USB buses monitoring with sysfs

请参考What are the sysfs structures for Linux USB?[6]. 

Board $> ls /sys/bus/usb/devices/
1-0:1.0  1-1  1-1:1.0  2-0:1.0  2-1  2-1.4  2-1.4:1.0  2-1:1.0  usb1  usb2

以“usb''开头的名称是指USB控制器。

设备命名方案如下：

  • bus-port.port.port... (1-1, 2-1, or 2-1.4 in the example above)

这些接口由后缀表示，格式如下：

  • :config.interface (1-1:1.0, 2-1:1.0, 2-1.4:1.0 in the example above)

每个接口对应于sysfs中的一个条目，并且可以具有自己的驱动程序。

USB Gadget monitoring with sysfs

配置USB小工具后，将填充USB设备控制器sysfs。 参见 Documentation/ABI/stable/sysfs-class-udc| |}} Documentation/ABI/stable/sysfs-class-udc for a description of each file. 

Board $> ls /sys/class/udc/49000000.usb-otg/
a_alt_hnp_support  device           is_selfpowered  srp
a_hnp_support      function         maximum_speed   state
b_hnp_enable       is_a_peripheral  power           subsystem
current_speed      is_otg           soft_connect    uevent

How to trace

How to trace with usbmon

usbmon [7] 收集USB总线上的输入/输出轨迹。
它依赖于内核部分和用户部分，并将USB设备驱动程序发出的请求报告给主机控制器驱动程序。
使用Linux Menuconfig工具在Menuconfig or how to configure kernel内核配置中激活USBMON支持（CONFIG_USB_MON = y）。
在debugfs中创建了一个usbmon条目。 它包括几个文件。
文件名由一个数字（USB总线-0表示所有总线）和一个字母（s，u或t）组成。 s文件包含通用事件概述。 t（不建议使用）和u文件将流跟踪数据。
要收集调试数据，请使用主文件0u（以从所有设备捕获数据）或找出设备所连接的总线并使用相应的总线文件。 例如，如果设备连接到总线1： 

Board $> cat /sys/kernel/debug/usb/usbmon>1u > bus1data.log

要停止捕获，只需键入（CTRL + C）即可终止命令。 然后，您可以使用Linux主机上的 vUSBAnalyzer 图形工具来分析日志

How to trace using a protocol analyzer

USB协议分析器是一种USB流量嗅探器，用于解码USB描述符并显示发送的总线状态和数据包。 请参阅您的USB协议分析器用户手册。

How to debug

Activating USB framework debug messages

有关详细的动态跟踪信息，请参阅 How to use the kernel dynamic debug

 Board $> echo  "file usb* +p" > /sys/kernel/debug/dynamic_debug/control

此命令在运行时启用与USB内核和驱动程序相关的所有跟踪。
通过仅选择要跟踪的文件，可以进行更精细的选择。

Info.png 提醒：loglevel需要通过使用引导参数或从控制台发送dmesg-n 8命令增加到8

EHCI/OHCI driver debugfs entry

启用CONFIG_DYNAMIC_DEBUG时，EHCI/uchI驱动程序会导出调试文件系统条目。 

Board $> ls /sys/kernel/debug/usb/ohci/5800c000.usbh-ohci/
异步周期寄存器
Board $> ls /sys/kernel/debug/usb/ehci/5800d000.usbh-ehci/
异步带宽定期寄存器
  • async 转储异步计划的快照。
  • bandwith 转储带宽分配
  • periodic 转储定期计划的快照。
  • registers 转储USB控制器寄存器

DWC2 driver debug messages and debugfs entry

要从 STM32 OTG，通过menuconfigMenuconfig or how to configure kernel在Linux内核中激活“启用调试消息”。

Device Drivers  --->
   [*] USB support
   <*>   Support for Host-side USB
   <*>   USB Gadget Support  --->
   <*>   DesignWare USB2 DRD Core Support
   [*]     Enable Debugging Messages
   [*]       Enable Verbose Debugging Messages
   [ ]     Enable Missed SOF Tracking
   [*]     Enable Debugging Messages For Periodic Transfers

这可以在您的内核.config文件中手动完成： 

CONFIG_USB_SUPPORT=y
CONFIG_USB_DWC2=y
CONFIG_USB_DWC2_DEBUG=y
CONFIG_USB_DWC2_VERBOSE=y
CONFIG_USB_DWC2_DEBUG_PERIODIC=y

DWC2驱动程序的调试支持（CONFIG_USB_DWC2_DEBUG）编译位于Linux内核drivers/usb/dwc2/| |}} drivers/usb/dwc2/ 文件夹。

Info.png 提醒：需要通过控制台使用引导参数或“ dmesg -n 8”命令将“ loglevel”增加到8

DWC2驱动程序还会导出包含有用信息的debugfs条目： 

Board $> ls /sys/kernel/debug/49000000.usb-otg/
dr_mode  ep0  ep1in  ep1out  ep2in  ep2out  ep3in  ep3out  ep4in  ep4out  ep5in  ep5out  ep6in  ep6out  ep7in  ep7out  ep8in  ep8out  fifo  hw_params  params  regdump state  testmode
  • dr_mode 表示USB控制器的工作模式。 它可以是“主机”，“外围设备”或“ otg”。 该值是通过设备树属性设置的。
  • ep* 文件显示给定端点的状态。
  • fifo 显示了整个FIFO和所有定期发送FIFO的FIFO信息。
  • hw_params 显示了从USB控制器寄存器读取的参数。
  • params 显示驱动程序使用的参数。
  • regdump 转储所有USB控制器寄存器。
  • state 显示了硬件控制器的总体状态以及有关可用端点的一些常规信息。
  • testmode 显示/设置USB测试模式（“ test_j”，“ test_k”，“ test_se0_nak”，“ test_packet”，“ test_force_enable”）。

Source code location

源文件位于Linux内核内部。

References

  1. ↑ libusb: a cross-platform library to access USB devices
  2. ↑ usbutils: USB utilities for Linux, including lsusb
  3. ↑ libusbg: a C library encapsulating the kernel USB gadget-configfs userspace API functionality
  4. ↑ On-The-Go and Embedded Host Supplement to the USB Revision 2.0 Specification
  5. ↑ Linux USB API: The Linux-USB Host Side API - The USB devices
  6. ↑ What are the sysfs structures for Linux USB?
  7. ↑ Documentation/usb/usbmon.txt | |}} usbmon
取自“http://wiki.100ask.org/index.php?title=USB_overview&oldid=7806”