USB/IP 模拟 USB 设备

背景

2018 年的时候发过一篇博客,讲如何用 USB/IP 协议在两台 Linux 电脑之间共享 USB 设备。最近刚好有一个需求,就是针对一个现成的 USB device 的代码,通过 USB/IP 模拟出一个 USB 设备,然后进行调试。

USB/IP 协议

USB/IP 只有一个简略的文档,为数不多的使用 USB/IP 的代码,所以有一些细节没有说的很清楚,只能一点点去尝试。

首先,USB/IP 基于 TCP,端口号 3240 。客户端向服务端发送请求,服务端向客户端进行回应。

请求的类型:OP_REQ_DEVLIST OP_REQ_IMPORT USBIP_CMD_SUBMIT 和 USBIP_CMD_UNLINK

回应的类型:OP_REP_DEVLIST OP_REP_IMPORT USBIP_RET_SUBMIT USBIP_RET_UNLINK

工作的过程大概如下:

  1. OP_REQ_DEVLIST 请求获取设备列表
  2. OP_REP_DEVLIST 返回设备列表
  3. OP_REQ_IMPORT 请求 USB 设备
  4. OP_REP_IMPORT 返回 USB 设备
  5. USBIP_CMD_SUBMIT 发送 URB
  6. USBIP_RET_SUBMIT 返回 URB

(先不考虑 CMD_UNLINK 和 RET_UNLINK)

其中前面四个比较简单清晰,所需要的字段也都是 Descriptor 中对应的字段。后面两个就相对复杂一些:URB data 的长度需要根据 endpoint 类型和 direction 共同决定。URB 实际上是 Linux 内核里的一个数据结构。

USB 协议

那么,USB 协议的几种 transfer 怎么对应到 URB 的数据呢?首先看最常见的三种([ref](https://www.beyondlogic.org/usbnutshell/usb4.shtml):

  1. Control Transfer
    1. 第一种是 Control IN,一共有三个阶段,第一个阶段是 Setup,Host 发送给 Device 一个八字节的 Setup Packet;第二个阶段是 Data,Device 发送给 Host 一段数据;第三个阶段是 Status,Host 发送给 Device 一个 Zero Length Packet。此时 Setup Packet 对应 urb 中的 setup,Data 就对应 RET_SUBMIT 里面的 URB data 了,自然 CMD_SUBMIT 中是没有 URB data 的
    2. 第二种是 Control OUT,一共有三个阶段,第一个阶段是 Setup,Host 发送给 Device 一个吧字节的 Setup Packet;第二个阶段是 Data,Host 给 Device 发送一段数据;第三个阶段是 Status,Device 给 Host 发送一个 Zero Length Packet。此时 Setup Packet 对应 urb 中的 setup,Data 对应 CMD_SUBMIT 末尾的 URB data,长度由 transfer_buffer_length 指定。返回的 RET_SUBMIT 不带 URB data,但依然需要有 RET_SUBMIT。
  2. Interrupt/Bulk Transfer
    1. 第一种是 Interrupt/Bulk IN,由 Device 给 Host 发送一段数据,附在 RET_SUBMIT 中。
    2. 第二种是 Interrupt/Bulk OUT,由 Host 给 Device 发送一段数据,中 CMD_SUBMIT 的 URB data 中。返回的 RET_SUBMIT 不带 URB data,但不能不发 RET_SUBMIT 。

可见,Interrupt 和 Bulk 是比较简单的,而 Control 和 Isochronous(没有提到)则比较复杂。

回到 USB/IP 协议

其实补充了这些信息以后,就可以实现一个 USB/IP 协议的服务器了。

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