USB 功能簡(jiǎn)介

USB 功能模塊包括了USB Host，USB Device 和OTG 功能。

USB Host 目前已經(jīng)支持上的功能有：Mass Storage，UVC。

USB Device 目前已經(jīng)支持上的功能有：ADB，UAC。

OTG 主要用作Host 與Device 的切換，如當(dāng)板子通過 USB 線連接到 USB 主機(jī) (PC) 上時(shí)，
此時(shí) OTG 是加載成 USB Device；若當(dāng)前板子是通過 OTG 線連接一個(gè)USB 設(shè)備，此時(shí) OTG 則加載
成 USB Host。

USB 外設(shè)特性

• Complies with USB 2.0 Specification
• Supports High-Speed (HS, 480-Mbps), Full-Speed (FS, 12-Mbps), and Low-Speed (LS, 1.5-Mbps) in Host mode
• Supports High-Speed (HS, 480 Mbps), Full-Speed (FS, 12 Mbps) in Device mode
• Supports the UTMI+ Level 3 interface. The 8-bit bidirectional data buses are used
• Supports bi-directional endpoint0 for Control transfer
• Supports up to 8 User-Configurable Endpoints for Bulk, Isochronous and Interrupt bi-directional transfers (Endpoint1, Endpoint2, Endpoint3, Endpoint4)
• Supports up to (4KB+64Bytes) FIFO for EPs (Including EP0)
• Supports High-Bandwidth Isochronous & Interrupt transfers
• Automated splitting/combining of packets for Bulk transfers
• Supports point-to-point and point-to-multipoint transfer in both Host and Peripheral mode
• Includes automatic ping capabilities
• Soft connect/disconnect function
• Performs all transaction scheduling in hardware
• Power Optimization and Power Management capabilities
• Includes interface to an external Normal DMA controller for every Eps

USB 配置介紹

SYS_CONFIG.FEX 配置說明

sys_config.fex 中主要是對(duì) OTG 功能進(jìn)行配置，各個(gè)配置的含義可如下所示：

Key

Value

[usbc0]

控制器0的配置。

usb_used:

USB使能標(biāo)志。置1，表示系統(tǒng)中USB模塊可用,置0,則表示系統(tǒng)USB禁用。

usb_port_type

USB端口的使用情況。 0: device only;1: host only;2: OTG;usb_detect_type: USB

usb_detect_mode

USB端口的檢查方式。0: 線程輪詢;1: id中斷觸發(fā)

usb_id_gpio

USB ID pin腳配置。具體請(qǐng)參考gpio配置說明。

usb_det_vbus_gpio

USB DET_VBUS pin腳配置。具體請(qǐng)參考gpio配置說明。

usb_drv_vbus_gpio

USB DRY_VBUS pin腳配置。具體請(qǐng)參考gpio配置說明。

usb_drv_vbus_type

vbus設(shè)置方式。0: 無; 1: gpio; 2: axp。

usb_det_vbus_gpio

"axp_ctrl",表示axp 提供。

usbh_driver_level

usb驅(qū)動(dòng)能力等級(jí)

usbh_irq_flag

usb中斷標(biāo)志

示例：

;--------------------------------
;---       USB0控制標(biāo)志
;--------------------------------
[usbc0]
usb_used                = 1
usb_port_type           = 2
usb_detect_type         = 1
usb_detect_mode         = 0
usb_id_gpio             = port:PB04< 0 >< 0 >< default >< default >
usb_det_vbus_gpio       = port:PA24< 0 >< 0 >< default >< default >
usb_drv_vbus_gpio       = port:PA29< 1 >< 0 >< default >< default >
usb_drv_vbus_type       = 1
usbh_driver_level       = 5
usbh_irq_flag           = 0

RTOS MENUCONFIG 配置說明

• 使能USB 驅(qū)動(dòng)
  ?> Drivers Options

  ? > soc related device drivers
      ? > USB Drivers
          [*] USB
  

• 使能OTG
  ?> Drivers Options

  ? > soc related device drivers
      ? > USB Drivers
          [*] USB_MANAGER
  

• 使能USB Host

使能完USB Host 之后，還需要選擇：OHCI 與EHCI（一共有0 和1 兩組，對(duì)于R128 來說，只需要使能USB0）。另外，還要選擇功能驅(qū)動(dòng)（Mass Storage，UVC），不然只是使能USB Host 則無法正常運(yùn)行USB Host 的功能。

USB Host 控制器驅(qū)動(dòng)配置如下：

USB Host
? > Drivers Options
    ? > soc related device drivers
        ? > USB Drivers
            [*] USB_HOST

OHCI
? > Drivers Options
    ? > soc related device drivers
        ? > USB Drivers
            ? > USB HOST
                [*] USB_OHCI_0

EHCI
? > Drivers Options
    ? > soc related device drivers
        ? > USB Drivers
            ? > USB HOST
                [*] USB_EHCI_0

• 使能USB Device

USB Device 除了UDC 的使能之外，也需要選擇對(duì)應(yīng)的功能驅(qū)動(dòng)Gadget 以及功能驅(qū)動(dòng)對(duì)應(yīng)的上層應(yīng)用。

USB Device 控制器驅(qū)動(dòng)配置如下：

USB Device
? > Drivers Options
    ? > soc related device drivers
        ? > USB Drivers
            [*] USB_DEVICE

USB Device使能dma通信
? > Drivers Options
    ? > soc related device drivers
        ? > USB Drivers
            ? > USB DEVICE
                [*] UDC_USE_DMA

USB 源碼結(jié)構(gòu)

lichee/rtos?hal/hal/source/usb
├── common/
├── core/
├── gadget/
│ ├── function/
├── hid/
│ ├── Class/
│ ├── Client/
│ │ ├── KeyBoard/
│ │ └── Mouse/
│ ├── Include/
├── host/
├── include/
├── manager/
├── platform/
├── storage/
│ ├── Class/
│ ├── Disk/
│ ├── include/
│ └── Misc/
├── udc/
└── uvc/
├── Class/
├── drv_webcam/
│ ├── dev_cfg/
│ └── webcam_core/
├── Include/
├── Misc/
└── Webcam/

• common: USB 驅(qū)動(dòng)初始化公用文件。
• core: USB Host 驅(qū)動(dòng)框架層文件。
• gadget: USB Deivce 功能驅(qū)動(dòng)gadget 驅(qū)動(dòng)總?cè)肟谖募琭unction 則是各個(gè)功能驅(qū)動(dòng)的驅(qū)動(dòng)文件。
• hid: USB Host HID 協(xié)議及驅(qū)動(dòng)文件。
• host: USB Host 硬件控制器驅(qū)動(dòng)。
• include: USB 公用頭文件。
• manager: USB OTG 驅(qū)動(dòng)。
• platform: 不同平臺(tái)的配置文件。
• storage: USB Host Mass Storage 協(xié)議及驅(qū)動(dòng)文件。
• udc: USB Deivce 硬件控制器驅(qū)動(dòng)。
• uvc: USB Host UVC 協(xié)議及驅(qū)動(dòng)文件。

USB 常用功能說明

配置OTG 功能

OTG 功能下，需要根據(jù)USB ID 腳去進(jìn)行Device/Host 模式的切換；如果需要支持NULL 模式（既不加載Device 也不加載Host 驅(qū)動(dòng)）, 那么還需要VBUS 狀態(tài)檢測(cè)引腳。

涉及到的主要改動(dòng)點(diǎn)：

在sys_config.fex，修改如下配置：
usb_port_type配置為2,即OTG模式。
usb_id_gpio配置對(duì)應(yīng)的USB ID引腳。
usb_det_vbus_gpio, 需要根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行配置:

1.如果需要檢測(cè)VBUS狀態(tài)，則按下面情況進(jìn)行配置：
配置成對(duì)應(yīng)的gpio即可。

2.如果不需要檢測(cè)VBUS狀態(tài)(缺少NULL模式)
那么直接填寫USB ID的gpio配置(也就是VBUS與ID狀態(tài)一致)。

USB OTG 驅(qū)動(dòng)，會(huì)根據(jù)ID 和VBUS 的狀態(tài)，自動(dòng)切換成對(duì)應(yīng)的模式。

Device

• ID 腳一般情況下為高電平，只有接入OTG 線時(shí)會(huì)拉低;
• VBUS 為1 表示micro USB 口有接入外部電源;
• 一般不會(huì)出現(xiàn)ID 為0，VBUS 為1 的情況。這表示接入OTG 線，但是還檢測(cè)到VBUS;
• 如果沒有VBUS 檢測(cè)，ID 只有0 和1 的兩種情況, 也就是說要么加載device 驅(qū)動(dòng)，要么加載host 驅(qū)動(dòng); 這會(huì)帶來一些影響：usb 相關(guān)時(shí)鐘一直被打開，導(dǎo)致有一定功耗，以及硬件射頻。

USB GADGET 功能配置

USB Gadget 支持眾多功能，它們的配置方法比較類似，只需要在mrtos_menuconfig 中選上對(duì)應(yīng)的Gadget 功能驅(qū)動(dòng)即可在系統(tǒng)初始化時(shí)自動(dòng)加載。與Linux 不一樣的是，RTOS 的gadget 功能配置全部hardcode 在功能驅(qū)動(dòng)里，無需像Linux 一樣需要在應(yīng)用層手動(dòng)進(jìn)行g(shù)adget 配置。

另外，目前RTOS 的USB 驅(qū)動(dòng)還不支持composite gadget，因此只能支持加載單一的gadget 功能驅(qū)動(dòng)，無法同時(shí)多個(gè)功能。

ADB 功能

adb 的全稱為Android Debug Bridge，就是起到調(diào)試橋的作用。通過ADB，可以直接在PC 上通過命令行控制小機(jī)端的控制臺(tái)；也可以通過ADB 進(jìn)行文件傳輸。

menuconfig 驅(qū)動(dòng)相關(guān)配置：

? > Drivers Options
    ? > soc related device drivers
        ? > USB Drivers
            ? > USB DEVICE
                [*] DRIVERS_USB_GADGET_ADB

menuconfig ADBD 應(yīng)用相關(guān)配置：

? > System components
    ? > aw components
        ? > USB Components Support
            ? > USB Gadget Support
                [*] adbd service

在RTOS 的USB 框架中，一旦加載了adb gadget，就會(huì)自動(dòng)啟用adbd 服務(wù)，直接連上PC 就可以使用了。

adb 正常啟動(dòng)的相關(guān)log：

[usb0] insmod device driver!
adbd version:AW?V1.1.6, compiled on: Apr 11 2023 10:33:24
adbd service init successful

PC 運(yùn)行效果圖如下圖所示：

UAC 功能

UAC 全稱為USB Audio Class，USB 音頻類。

通過UAC，可以實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)獲取音頻設(shè)備的音頻數(shù)據(jù)，并且通過UAC 實(shí)現(xiàn)操控設(shè)備音量，采樣率，等參數(shù)。UAC 實(shí)現(xiàn)對(duì)外接音頻操作，從用戶功能來說，主要包括USB 麥克風(fēng)、USB 聲卡和其它音頻設(shè)備的功能控制和接口標(biāo)準(zhǔn)。

menuconfig 驅(qū)動(dòng)相關(guān)配置：

? > Drivers Options
    ? > soc related device drivers
        ? > USB Drivers
            ? > USB DEVICE
                [*] DRIVERS_USB_GADGET_UAC

menuconfig UACD 應(yīng)用相關(guān)配置：

? > System components
    ? > aw components
        ? > USB Components Support
            ? > USB Gadget Support
                [*] uacd service

? > System components
    ? > aw components
        ? > USB Components Support
            ? > USB Gadget Support
                ? > uacd audio function
                    [*] AudioSystem local audio

uacd 正常啟動(dòng)的相關(guān)log：

[usb0] insmod device driver!
uacd version:AW?V0.5, compiled on: Apr 27 2023 10:44:02
[UACD?INFO][u_audio_init] line:167 stream=1, rate=48000, ch=2, bits=16, audio_buf_size=192
[UACD?INFO][u_audio_init] line:167 stream=0, rate=16000, ch=2, bits=16, audio_buf_size=64
[UACD?INFO][u_audio_stop_capture] line:320
[UACD?INFO][u_audio_stop_playback] line:457
[UACD?INFO][u_audio_stop_capture] line:320
[UACD?INFO][u_audio_stop_playback] line:457

啟動(dòng)成功之后，能夠在PC 端看到新增了一個(gè)音頻輸入和輸出的設(shè)備，如下圖：

USB HOST 功能配置

接入OTG 線后，成功切換成 USB Host 的log 可參考如下：

[ehci?usb0] insmod host driver!
calibration finish, val:0x19, usbc_no:0
ehci insmod status = 1
[usbh core]: add gen_dev SW USB2.0 'Enhanced' Host Controller (EHCI) Driver
[D(rv.)] devops: register dev(sunxi_timer) ok
USB 0.0 started, EHCI 1.00
[usbh core]: adding sub dev (config #1, interface 0)
usb match id suceessfull
[hub]: usb hub probe
[hub]: 1 port detected
[usbh hub]: local power source is good
[E(rv.)] pm device sunxi_ehci0(00000000082AE1D0) has already registered
[ohci?usb0] insmod host driver!
calibration finish, val:0x19, usbc_no:0
[usbh core]: add gen_dev SW USB2.0 'Open' Host Controller (OHCI) Driver
[usbh core]: adding sub dev (config #1, interface 0)
usb match id suceessfull
[hub]: usb hub probe
[hub]: 1 port detected
[usbh hub]: local power source is good
[D(rv.)] devops: register dev(sunxi_ohci0) ok

U 盤功能

選上以下配置：

Mass Storage
? > Drivers Options
    ? > soc related device drivers
        ? > USB Drivers
            ? > USB HOST
                [*] Mass Storage support
                [*] USB CD support

等待U 盤掛載成功，可以發(fā)現(xiàn)根目錄下多了一個(gè)usb_msc 的文件夾，這個(gè)即是U 盤掛載的文件夾。可以通過該文件夾與U 盤進(jìn)行讀取/傳輸文件。

• 目前R128 只支持fat32 文件系統(tǒng)的U 盤，其他文件系統(tǒng)U 盤會(huì)掛載失敗。
• 只支持掛載單分區(qū)的U 盤，如果U 盤被分解成了多個(gè)分區(qū)的話，只能掛載上第一個(gè)分區(qū)。

接入U(xiǎn) 盤后，系統(tǒng)開始識(shí)別U 盤。成功識(shí)別到U 盤的log 信息如下：

ehci_irq: highspeed device connect
port debounce 0...
port debounce 0...
port debounce 25...
port debounce 50...
port debounce 75...
hub_port_init: udev address = 0
[hub_port_init]: new high speed USB device address 0
usb hub set new address(2)
[usbh core]: adding sub dev (config #1, interface 0)
usb match id suceessfull
mscDevProbe begin
[msc]: GetMaxLUN successful, max lun is 0
begin mscLunAdd
disk, send last lun msg.........
mscLun? >LunNo=0
mscLun? >mscDev? >MaxLun=1
BlkDev? >last_lun=1
Wrn: short transfer, urb_state(0), want_len(192), real_len(70)
Wrn: short transfer, urb_state(0), want_len(192), real_len(24)
?????????????????Disk Information?????????????????
WriteProtect = 0
MediaPresent = 1
WCE = 0
RCD = 0
capacity = 29532M, sector number = 60481536
sector_size = 512
DevNo = 0
ClassName =
DevName = SCSI_DISK_000
??????????????????????????????????????????????????
hub_port = 1
cnt = 0
Classname = DISK
DevName = SCSI_DISK_000
DeviceName = SCSI_DISK_000
Vender = TOSHIBA USB FLASH DRIVE PMAP
Product = USB FLASH DRIVE PMAP
Serial = PMAP
HubPortNo = 1
DeviceType = 2
DiskRead: block(0, 1) is adjacence max capacity(39ae000), can't use special write
mount usb mass storage successull!!
..............................................................................
[USB Disk]: Register new device, class = [DISK], dev = [SCSI_DISK_000]
..............................................................................
end mscLunAdd
mscDevScanThread end...

然后通過ls 查看usb_msc，可以看到U 盤里的文件：

c906 >ls
dev data usb_msc

c906 >ls usb_msc
System Volume Information 3.txt

USB 攝像頭

選上以下配置：

UVC
? > Drivers Options
    ? > soc related device drivers
        ? > USB Drivers
            ? > USB HOST
                [*] USB_CAMERA

接上USB 攝像頭后，成功識(shí)別出攝像頭后會(huì)出現(xiàn)以下log:

ehci_irq: highspeed device connect
port debounce 0...
port debounce 0...
port debounce 25...
port debounce 50...
port debounce 75...
hub_port_init: udev address = 0
[hub_port_init]: new high speed USB device address 0
usb hub set new address(3)
[hub] :skipped 1 descriptor after configuration
skipped 6 descriptors after interface
skipped 1 descriptor after endpoint
skipped 26 descriptors after interface
num_ep:0
skipped 1 descriptor after endpoint
skipped 4 descriptors after interface
num_ep:0
num_ep:0
skipped 2 descriptors after interface
skipped 1 descriptor after endpoint
[usbh core]: adding sub dev (config #1, interface 0)
usb match id suceessfull
UVCDevProbe begin
Probing generic UVC device
device quirks 0x0
Found format MJPEG.
? 1920x1080 (30.0 fps)
? 1280x720 (30.0 fps)
? 640x480 (30.0 fps)
? 640x360 (30.0 fps)
? 352x288 (30.0 fps)
? 320x240 (30.0 fps)
? 320x180 (30.0 fps)
? 176x144 (30.0 fps)
? 160x120 (30.0 fps)
? 1920x1080(30.0 fps)
Found format YUV 4:2:2 (YUYV).
? 1920x1080 (5.0 fps)
? 1280x720 (10.0 fps)
? 640x480 (30.0 fps)
? 640x360 (30.0 fps)
? 352x288 (30.0 fps)
? 320x240 (30.0 fps)
? 320x180 (30.0 fps)
? 176x144 (30.0 fps)
? 160x120 (30.0 fps)
? 1920x1080 (5.0 fps)
Found UVC 1.00 device USB 2.0 Camera (0c45:6366)
num_altsetting=7
UVC device initialized.
DRV_WEBCAM_MInit
webcam plug in message...
[usbh core]: adding sub dev (config #1, interface 1)
[usbh core]: adding sub dev (config #1, interface 2)
[usbh core]: adding sub dev (config #1, interface 3)

通過log 信息能夠看到，在識(shí)別出USB 攝像頭后，會(huì)打印出該攝像頭支持的格式以及分辨率。

接著通過uvc 測(cè)試命令，對(duì)UVC 功能進(jìn)行測(cè)試：

usb uvc_test

測(cè)試命令調(diào)用完成之后，會(huì)在/data 目錄下生成5 張名為/data/source_frame_x.jpg 的圖片。通過adb pull 將圖片拉到PC 端，然后在PC 端打開圖片即可看到USB 攝像頭拍下的照片。

USB 調(diào)試方法

USB OTG 功能調(diào)試

除了OTG 的自動(dòng)切換功能，還可以進(jìn)行手動(dòng)的切換，需要使用到USB 命令。

USB Device/Host 的手動(dòng)切換方法：

輸入usb ?h 能夠看見usb 的全部命令。

• USB Device 的相關(guān)命令
  usb udc {?i|?r} []
  ?i：指的是指定需要進(jìn)行切換的USB口。目前R128芯片只有USB0是支持Device模式的。
  ?r：指的是remove，注銷當(dāng)前的Device模式。
  比如說將USB0切換成Device模式，則運(yùn)行：
  usb udc ?i 0
• USB Host 的相關(guān)命令
  usb hci {?i|?r} []
  ?i：指的是指定需要進(jìn)行切換的USB口。
  ?r：指的是remove，注銷當(dāng)前的Host模式。
  比如說將USB0切換成Host模式，則運(yùn)行：
  usb hci ?i 0

USB 相關(guān)工具

ADB

ADB 功能是從Android 移植過來的，設(shè)備端會(huì)運(yùn)行adbd 服務(wù)，而Host 端(一般為PC) 通過adb工具進(jìn)行調(diào)試，如adb shell, adb push/pull 等。

ADB 功能說明

adb shell 功能

PC端執(zhí)行adb shell,可進(jìn)入控制臺(tái)。

PC端執(zhí)行adb shell + command, 例如adb shell ls /可以直接將結(jié)果輸出到終端。

adb push/pull 功能

推送文件到小機(jī)端：
adb push test.bin /data

從小機(jī)端拉取文件：
adb pull /data/test.bin .

adb 網(wǎng)絡(luò)連接

如果需要用此功能，需要額外進(jìn)行menuconfig 的配置，配置方法如下：

? > System components
    ? > aw components
        ? > USB Components Support
            ? > USB Gadget Support
                [*] adb local transport
                (5555) adb local transport port

adb local transport port 是用于配置端口號(hào)的，用于在adb 網(wǎng)絡(luò)連接時(shí)匹配端口的，默認(rèn)為5555。

在進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)adb 連接之前，需要保證PC 和小機(jī)端在同一個(gè)局域網(wǎng)中，并且可以ping 通。

小機(jī)端運(yùn)行ifconfig，查看當(dāng)前小機(jī)端的IP，假設(shè)IP為192.168.1.101。

則PC端執(zhí)行adb connect 192.168.1.101建立連接，然后就可以開始執(zhí)行adb shell等命令了。