USB 功能簡介

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

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

USB Device 目前已經支持上的功能有：ADB，UAC。

OTG 主要用作Host 與Device 的切換，如當板子通過 USB 線連接到 USB 主機 (PC) 上時，
此時 OTG 是加載成 USB Device；若當前板子是通過 OTG 線連接一個USB 設備，此時 OTG 則加載
成 USB Host。

USB 外設特性

• 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 OTG 功能進行配置，各個配置的含義可如下所示：

Key

Value

[usbc0]

控制器0的配置。

usb_used:

USB使能標志。置1，表示系統中USB模塊可用,置0,則表示系統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

usb_id_gpio

USB ID pin腳配置。具體請參考gpio配置說明。

usb_det_vbus_gpio

USB DET_VBUS pin腳配置。具體請參考gpio配置說明。

usb_drv_vbus_gpio

USB DRY_VBUS pin腳配置。具體請參考gpio配置說明。

usb_drv_vbus_type

vbus設置方式。0: 無; 1: gpio; 2: axp。

usb_det_vbus_gpio

"axp_ctrl",表示axp 提供。

usbh_driver_level

usb驅動能力等級

usbh_irq_flag

usb中斷標志

示例：

;--------------------------------
;---       USB0控制標志
;--------------------------------
[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 驅動
  ?> 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，對于R128 來說，只需要使能USB0）。另外，還要選擇功能驅動（Mass Storage，UVC），不然只是使能USB Host 則無法正常運行USB Host 的功能。

USB Host 控制器驅動配置如下：

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，也需要選擇對應的功能驅動Gadget 以及功能驅動對應的上層應用。

USB Device 控制器驅動配置如下：

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 源碼結構

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 驅動初始化公用文件。
• core: USB Host 驅動框架層文件。
• gadget: USB Deivce 功能驅動gadget 驅動總入口文件，function 則是各個功能驅動的驅動文件。
• hid: USB Host HID 協議及驅動文件。
• host: USB Host 硬件控制器驅動。
• include: USB 公用頭文件。
• manager: USB OTG 驅動。
• platform: 不同平臺的配置文件。
• storage: USB Host Mass Storage 協議及驅動文件。
• udc: USB Deivce 硬件控制器驅動。
• uvc: USB Host UVC 協議及驅動文件。

USB 常用功能說明

配置OTG 功能

OTG 功能下，需要根據USB ID 腳去進行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 驅動）, 那么還需要VBUS 狀態檢測引腳。

涉及到的主要改動點：

在sys_config.fex，修改如下配置：
usb_port_type配置為2,即OTG模式。
usb_id_gpio配置對應的USB ID引腳。
usb_det_vbus_gpio, 需要根據實際情況進行配置:

1.如果需要檢測VBUS狀態，則按下面情況進行配置：
配置成對應的gpio即可。

2.如果不需要檢測VBUS狀態(缺少NULL模式)
那么直接填寫USB ID的gpio配置(也就是VBUS與ID狀態一致)。

USB OTG 驅動，會根據ID 和VBUS 的狀態，自動切換成對應的模式。

Device

• ID 腳一般情況下為高電平，只有接入OTG 線時會拉低;
• VBUS 為1 表示micro USB 口有接入外部電源;
• 一般不會出現ID 為0，VBUS 為1 的情況。這表示接入OTG 線，但是還檢測到VBUS;
• 如果沒有VBUS 檢測，ID 只有0 和1 的兩種情況, 也就是說要么加載device 驅動，要么加載host 驅動; 這會帶來一些影響：usb 相關時鐘一直被打開，導致有一定功耗，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 中選上對應的Gadget 功能驅動即可在系統初始化時自動加載。與Linux 不一樣的是，RTOS 的gadget 功能配置全部hardcode 在功能驅動里，無需像Linux 一樣需要在應用層手動進行gadget 配置。

另外，目前RTOS 的USB 驅動還不支持composite gadget，因此只能支持加載單一的gadget 功能驅動，無法同時多個功能。

ADB 功能

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

menuconfig 驅動相關配置：

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

menuconfig ADBD 應用相關配置：

? > 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，就會自動啟用adbd 服務，直接連上PC 就可以使用了。

adb 正常啟動的相關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，可以實現實時獲取音頻設備的音頻數據，并且通過UAC 實現操控設備音量，采樣率，等參數。UAC 實現對外接音頻操作，從用戶功能來說，主要包括USB 麥克風、USB 聲卡和其它音頻設備的功能控制和接口標準。

menuconfig 驅動相關配置：

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

menuconfig UACD 應用相關配置：

? > 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 正常啟動的相關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

啟動成功之后，能夠在PC 端看到新增了一個音頻輸入和輸出的設備，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，可以發現根目錄下多了一個usb_msc 的文件夾，這個即是U 盤掛載的文件夾。可以通過該文件夾與U 盤進行讀取/傳輸文件。

• 目前R128 只支持fat32 文件系統的U 盤，其他文件系統U 盤會掛載失敗。
• 只支持掛載單分區的U 盤，如果U 盤被分解成了多個分區的話，只能掛載上第一個分區。

接入U 盤后，系統開始識別U 盤。成功識別到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，成功識別出攝像頭后會出現以下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，在識別出USB 攝像頭后，會打印出該攝像頭支持的格式以及分辨率。

接著通過uvc 測試命令，對UVC 功能進行測試：

usb uvc_test

測試命令調用完成之后，會在/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 調試方法

USB OTG 功能調試

除了OTG 的自動切換功能，還可以進行手動的切換，需要使用到USB 命令。

USB Device/Host 的手動切換方法：

輸入usb ?h 能夠看見usb 的全部命令。

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

USB 相關工具

ADB

ADB 功能是從Android 移植過來的，設備端會運行adbd 服務，而Host 端(一般為PC) 通過adb工具進行調試，如adb shell, adb push/pull 等。

ADB 功能說明

adb shell 功能

PC端執行adb shell,可進入控制臺。

PC端執行adb shell + command, 例如adb shell ls /可以直接將結果輸出到終端。

adb push/pull 功能

推送文件到小機端：
adb push test.bin /data

從小機端拉取文件：
adb pull /data/test.bin .

adb 網絡連接

如果需要用此功能，需要額外進行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 是用于配置端口號的，用于在adb 網絡連接時匹配端口的，默認為5555。

在進行網絡adb 連接之前，需要保證PC 和小機端在同一個局域網中，并且可以ping 通。

小機端運行ifconfig，查看當前小機端的IP，假設IP為192.168.1.101。

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