Jeonghun (James) Lee: USB OTG (Gadget) Legacy 사용법

11/18/2020

USB OTG (Gadget) Legacy 사용법

1. USB Legacy Gadget 사용법

Kernel에서 기존부터 제공하는 Legacy Gadget 으로 Kernel의 Gadget Module Driver를 Load를 하면 쉽게 사용하는 방법이다.

Legacy를 사용하기 위해서는 각 Kernel Legacy Gadget Driver들을 반드시 Module로 만들어서 사용해야한다.

1.1 USB Kernel 설정 후 빌드 및 확인

USB OTG 사용시 Gadget 관련 Kernel 설정 및 확인

USB Gadget에 관련된 Kernel 설정은 아래의 링크로 확인하고 관련 기능 확인
https://ahyuo79.blogspot.com/2020/11/usb-device-gadget-cdc.html

USB Gadget Kernel API

Gadget의 세부적인 구현을 하려면 반드시 알아야함

https://www.kernel.org/doc/html/v4.13/driver-api/usb/gadget.html

USB Host Debugging

https://elinux.org/images/1/17/USB_Debugging_and_Profiling_Techniques.pdf

https://ahyuo79.blogspot.com/2014/11/usb-host-gadget-debug-2.html

1.2 USB Device 와 USB Function 구조 파악

내부적으로 보면 , Legacy Gadget Driver 역시 Kernel 의 USB Function을 사용하므로 관련소스를 보면 이해하기가 쉽다

USB Device Descriptor 구조

Configuration Descriptor
Interface Descriptor -> Function (USB Device) ==> Class Driver (USB Host 와 연결)

included Endpoint Descriptors

Gadget Legacy Driver 역시 내부적으로 각 Function 들과 연결되어 동작되어짐

https://training.ti.com/sites/default/files/docs/USB-M6-USB-in-Device-Mode.pdf

2. USB Legacy Gadget Module 사용

기본적인 사용법은 각 사용할 Module 찾아 Module을 올리면 기본적으로 동작된다.

다만 확인해야 할 사항이 현재 UDC가 사용가능하는 것을 확인해야하고, 더불어 UDC가 사용중이면, 사용 중인 Module Driver를 제거를 한 후 다른 Module를 사용해야한다.

두 개의 기능을 동시에 사용하고 싶다면 Composite Device 을 Kernel에서 설정을 해야하며, 제한적으로 사용가능하다.

에러사항

보통 gadget을 사용중이거나, kernel에서 udc를 별도로 설정을 안했을 경우

$ modprobe g_serial
udc-core: couldn't find an available UDC - added [g_serial] to list of pending drivers

$ lsmod   // 현재 사용중인 다른 gadget 확인 or USB Gadget ConfigFS에서 설정한 것 해제

USB CDC 의 관련사항
https://en.wikipedia.org/wiki/Ethernet_over_USB

USB Legacy Gadget의 공통 Parameter 및 설정방법

Parameter	Purpose	Type
idVendor	USB Vendor ID	(ushort)
idProduct	USB Product ID	(ushort)
bcdDevice	USB Device version	(BCD) (ushort)
iSerialNumber	SerialNumber string	(charp)
iManufacturer	USB Manufacturer string	(charp)
iProduct	Product string	(charp)

$ vi /etc/modprobe.d/options  // modprobe usbserial vendor=0x0525 product=0xA4A6
....
options usbserial vendor=0x0525 product=0xA4A6
...

https://processors.wiki.ti.com/index.php/Linux_USB_Gadget_Parameter_Customization

http://www.armadeus.org/wiki/index.php?title=USB_Gadget

반드시 필독 (아래 이외의 UVC 와 UVA g_printer 사용)

TI-USB와 다른 AP와 별차이가 없으며 쉽게 설명

https://training.ti.com/sites/default/files/docs/USB-M6-USB-in-Device-Mode.pdf

USB 모든 Gadget 기본 TET 방법

USB Device Gadget Function기준으로 테스트 방법

https://www.kernel.org/doc/Documentation/usb/gadget-testing.txt

2.1 g_serial (ACM)

USB to Serial 가장 많이 사용이 되며, 동작역시 쉽게된다.

USB Device 설정

# CONFIG_USB_G_SERIAL 
# USB Gadget Driver (Device의 /dev/ttyGS0 -> Host의 ACM) 실제연결
$ modprobe g_serial
g_serial gadget: Gadget Serial v2.4
g_serial gadget: g_serial ready
g_serial gadget: high-speed config #2: CDC ACM config

USB Device: ttyGS0 생성
USB Host: ttyACMx

USB Device 에서 USB Host 통신확인

Host에서 간단히 TEST Message 확인 및 socat으로 다른 /dev/ttyx 와 /dev/ttyGS0 연결

$ ls /dev/ttyGS0    // 생성확인 
/dev/ttyGS0
$ cat /sys/class/tty/ttyGS0/dev
246:0

// Host에서 USB Serial로 연결 후 Baudrate를 맘대로 변경해도 다 됨 (기본 115200) 설정 후 테스트  
$ echo "Test " > /dev/ttyGS0
$ cat /dev/ttyGS0

https://www.kernel.org/doc/Documentation/usb/gadget_serial.txt
https://linux-sunxi.org/USB_Gadget/Serial

2.2 g_ether (RNDIS/ECM)

Kernel 설정 및 USB Host 지원상황에 따라 USB CDC 가 달라지며, 각각 독립적인 Network이 구성되며, 각 Route Table 역시 확인해봐야한다.

USB Device 설정

$ modprobe g_ether
using random self ethernet address
using random host ethernet address
usb0: HOST MAC a2:3a:fa:76:8c:18
usb0: MAC 4a:1e:02:84:f1:3f
using random self ethernet address
using random host ethernet address
g_ether gadget: Ethernet Gadget, version: Memorial Day 2008
g_ether gadget: g_ether ready
g_ether gadget: high-speed config #2: RNDIS

or 

$ modprobe g_ether idVendor=0x1234 idProduct=0xabcd bcdDevice=0x0304 \
iSerialNumber=sn7890 iManufacturer=myCom iProduct=demo

USB Device Network 설정

아래와 같이 강제로 usb0을 up 시키거나, 자동으로 잡도록 /etc/network/interface or /etc/systemd/network/xxx.network 로 설정

$ ifconfig usb0 up
$ ifconfig usb0
usb0      Link encap:Ethernet  HWaddr 4A:1E:02:84:F1:3F
          inet6 addr: fe80::481e:2ff:fe84:f13f/64 Scope:Link
          UP BROADCAST RUNNING MULTICAST  MTU:1500  Metric:1
          RX packets:0 errors:0 dropped:0 overruns:0 frame:0
          TX packets:0 errors:0 dropped:0 overruns:0 carrier:0
          collisions:0 txqueuelen:1000
          RX bytes:0 (0.0 B)  TX bytes:0 (0.0 B)

$ ifconfig usb0 192.168.5.7

USB Host Network 설정

USB Host 의 경우 usb0으로 잡혀도 route table이 link-local로 잡혀 제대로 통신이 되지 않는다.

그러므로 별도로 route table를 설정해줘야 한다.

$ ifconfig usb0 192.168.5.11 

// Route Table에 현재 설정한 부분이 link-local로 되며, 등록이 안됨
$ route
...
link-local      0.0.0.0         255.255.0.0     U     204    0        0 usb0
..
// 직접 Route Table에 추가 
$ sudo route add -net 192.168.5.0 netmask 255.255.255.0 usb0
....
192.168.5.0     0.0.0.0         255.255.255.0   U     0      0        0 usb0

USB Device 와 Host 검증

최종테스트 Host 와 Device 사이에 ping으로 테스트 진행하며, ifconfig에서 Packet이 전송되었는지를 반드시 확인하자

$ ifconfig usb0        //USB Device 
usb0      Link encap:Ethernet  HWaddr 4A:1E:02:84:F1:3F
          inet addr:192.168.5.7  Bcast:192.168.5.255  Mask:255.255.255.0
          inet6 addr: fe80::b4fe:8fff:fe61:d00d/64 Scope:Link
          UP BROADCAST RUNNING MULTICAST  MTU:1500  Metric:1
          RX packets:0 errors:0 dropped:0 overruns:0 frame:0
          TX packets:0 errors:0 dropped:0 overruns:0 carrier:0
          collisions:0 txqueuelen:1000
          RX bytes:0 (0.0 B)  TX bytes:0 (0.0 B)

$ ifconfig usb0        //USB Host  
usb0      Link encap:Ethernet  HWaddr A2:3A:FA:76:8C:18
          inet addr:192.168.5.11  Bcast:192.168.5.255  Mask:255.255.255.0
          inet6 addr: fe80::b4fe:8fff:fe61:d00d/64 Scope:Link
          UP BROADCAST RUNNING MULTICAST  MTU:1500  Metric:1
          RX packets:0 errors:0 dropped:0 overruns:0 frame:0
          TX packets:0 errors:0 dropped:0 overruns:0 carrier:0
          collisions:0 txqueuelen:1000
          RX bytes:0 (0.0 B)  TX bytes:0 (0.0 B)

좀 더 속도 및 세부적으로 검증하고자 하면, iperf 를 이용하여 세부검증을 하자.

2.3 g_mass_storage (MASS STORAGE)

일반적으로 내부 Partition을 연결하거나 File을 연결하여 사용하면 된다.
내부 파일을 연결시에는 Image를 만들어서 연결해도 상관이 없지만, FAT로 Format 후 사용하자.

Window에서 인식하기 위해서 File or Device FAT or NTFS 로 format을 해야함

$ modprobe g_mass_storage file=/dev/mmcblk0p3   
Mass Storage Function, version: 2009/09/11
LUN: removable file: (no medium)
LUN: file: /dev/mmcblk0p3
Number of LUNs=1
g_mass_storage gadget: Mass Storage Gadget, version: 2009/09/11
g_mass_storage gadget: userspace failed to provide iSerialNumber
g_mass_storage gadget: g_mass_storage ready
g_mass_storage gadget: high-speed config #1: Linux File-Backed Storage

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