- USB의 Pin Type
Micro USB A/B 부터 5Pin으로 변경되어 ID Pin을 필요
- USB의 기본 4 Pinout
| Pin | Name | Wire color[a] | Description | |
|---|---|---|---|---|
| 1 | VBUS | Red or | Orange | +5 V |
| 2 | D− | White or | Gold | Data− |
| 3 | D+ | Green | Data+ | |
| 4 | GND | Black or | Blue | Ground |
- USB 의 5 Pinout (OTG이후)
| Pin | Name | Wire color[a] | Description |
|---|---|---|---|
| 1 | VBUS | Red | +5 V |
| 2 | D− | White | Data− |
| 3 | D+ | Green | Data+ |
| 4 | ID | No wire | On-The-Go ID distinguishes cable ends:
|
| 5 | GND | Black | Signal ground |
USB는 일반 USB Pin을 제외하고 5 Pin이며, 이때 새로 생긴 것이 OTG (On-The-Go) Pin이다.
이는 HOST가 될수 있으며, Device가 될수도 있기때문에 이 Pin은 중요한다.
- 자세한 내용은 Wiki 참조
http://processors.wiki.ti.com/index.php/DM81xx_AM38XX_USB_User_Guide
2. USB Host Driver의 구조
USB는 아래와 같이 USB Version에 따라 지원되는 기능이 달라지며 자세한 내용은 아래의 링크를 참조하자.
- USB Host Controller 기본구조
- OHCI (Open Host Controller Interface)
- 처음 만들어진 USB 1.0 / 1.1 표준 USB Host Controller 이며, fireworks device를 위해 사용되어진다고하는데, 최근 Linux Kernel에 존재함
- UHCI(Universal Host Controller Interface)
- USB 1.x 부터 인텔에 의해 만들어져서 로얄티가 있다고 하며, 아직도 Linux에 소스가 존재함
OHCI 와 UHCI 관련내용
- USB Host Controller 확장구조 ( USB2.0 / USB3.0)
- EHCI (Enhanced Host Controller Interface)
- USB 2.0 지원을 위한 표준이며 보통 Linux Kernel에 존재한다.
- xHCI (Extensible Host Controller Interface)
- USB 3.0 지원을 한다고 하며, OHCI/UHCI/EHCI를 대체를 한다고 아직 사용을 못해봤다.
Chip Maker마다 다르겠지만, 기본 자사 USB Host Controller Driver(OHCI)에 EHCI를 조합으로 사용을 하는 것으로 보이며,
각 Chip Maker의 USB Host Controller가 OHCI or UCHI를 선택해서 사용하는 것 같은데, 로얄티 문제로 주로 OHCI기반으로 구성하는 것 같다.
- Linux Device Driver 관련자료
- USB Host 구조 와 Protocol 구조 및 Class Descriptor 관련
https://ahyuo79.blogspot.com/2014/10/usb-device-descriptor.html
USB Device 의 Class Descriptor 와 USB Class Driver 와 연결
https://ahyuo79.blogspot.com/2014/11/class-descriptor.html
https://ahyuo79.blogspot.com/2014/11/class-descriptor.html
- USB CDC for LTE 관련 Driver
http://tpholic.com/xe/?mid=ibmqna&page=2&document_srl=6593791
https://www.linuxquestions.org/questions/linux-newbie-8/how-do-i-define-ttyusb0-423976/
https://www.olimex.com/forum/index.php?topic=558.0
http://www.makelinux.net/ldd3/chp-13-sect-4
- 관련소스-Makefile
USB Host 의 Kernel의 Makefile로 상위 OHCI 와 UHCI / ECHI 확인
http://elixir.free-electrons.com/linux/v3.0.87/source/drivers/usb/host/Makefilehttp://elixir.free-electrons.com/linux/v2.6.12-rc2/source/drivers/usb/host/Makefile
USB File System 의 이용
http://www.hep.by/gnu/kernel/usb/usbfs.html
http://www.hep.by/gnu/kernel/usb/usbfs.html
https://stackoverflow.com/questions/25793399/mount-usbfs-on-linux-3-10-kernel
2.1 USB Host Module 동작
아래와 같이 USB는 Interface Descriptor와 Probe가 가장 중요하므로, 아래와 같이 각 기능을 확인을 해보자.
요즘은 USB Driver를 모듈 만들어 modprobe를 이용하여 vendor, product 정보를 넣고 올린다. (udevd 이용)
USB의 Host의 USB Device Module기본동작은 다음과 같다
- Device/Interface Descriptor를 분석하여 맞게 Driver Loading
- Interface driver는 보통 Probe에서 다른 Interface driver로 연결
- Endpoint Descriptor를 분석하여 URB를 Host와 Device가 통신할 것인지 분석.
URB는 USB Request Block으로 Endpoint Descriptor의 기초로 만들어지면, 이 DATA 구조로 Host와 Device는 통신을 하게된다.
- Probe의 역할
물론 최종 Interface Driver가 존재하며, 이곳에서 Endpoint Descriptor와 URB관련 부분이 존재한다.
2.2 USB Host의 Core File의 기능
- USB HCD Core Files
Linux Version 마다 다르겠지만, drivers/usb/core 위치한 driver들이 각 명령을 Control 하고 제어를 담당한다
- USB의 기본적인 Control ( GET_DESCRIPTOR ...)
- USB의 URB 전송 및 제어
- Hub Class
- 다른 USB Driver Probe 제어 (Device/Interface Descriptor 기준)
http://elixir.free-electrons.com/linux/v2.6.28/source/drivers/usb/core/usb.c#L606
- USB Device Driver 등록 (Module의 관리)
- usb_register_driver는 모든 USB Driver가 등록하고 이를 관리. (Linked List)
- usb_register_driver 내에는 usb_probe_interface 가지고 있으며,module내의 probe별도
- usb_probe_interface는 USB match 관련부분 등록된 USB Driver를 호출 전 관리
- 간혹 open() 에서 사용되는 usb_find_interface로 Interface driver를 찾음
2.3 USB Host Module 기본구조
module_init/module_exit 할때 각각의 module을 usb_register_driver 등록 및 해제한다.
- 기본 USB Module
2.4 USB Host 연결된 Module Example
아래의 Driver를 Probe를 간단히 분석해보면, probe에서 다시 usbnet_probe를 호출하여 결국 usbnet_probe를 사용하여
Endpoint가 결정되고, URB 부분이 완성된다.
http://elixir.free-electrons.com/linux/v3.13-rc1/source/drivers/net/usb/qmi_wwan.c#L794
http://elixir.free-electrons.com/linux/v3.13-rc1/source/drivers/net/usb/usbnet.c#L1543
http://elixir.free-electrons.com/linux/v4.3.3/source/include/uapi/linux/usb/cdc.h#L17
http://elixir.free-electrons.com/linux/v3.17.5/source/drivers/net/usb/qmi_wwan.c#L845
3. USB OTG의 Gadget (Device) 구조
USB Device의 구조는 설명했듯이 기본적인 USB에서 제공하는 각 Descriptor를 제공을해줘야한다.
그리고 이의 설정에 맟추어 EndPoint 와 URB로 USB HOST와 통신이 가능하도록 해줘야한다.
http://elixir.free-electrons.com/linux/v3.13-rc1/source/drivers/net/usb/qmi_wwan.c#L794
http://elixir.free-electrons.com/linux/v3.13-rc1/source/drivers/net/usb/usbnet.c#L1543
- 관련 Linux Driver 문서
USB_DEVICE (Venid, ProductID) struct usb_device_id usb_register(&pen_driver); device_register (&port->dev);
- Debug는 USB Host에서 Probe시 Interface의 정보기술
xxxx_probe(struct usb_interface *intf, const struct usb_device_id *prod)
{
printk("intf No:%d Ty:%d Cl:%d SC:%d Pr:%d\n"
,intf->cur_altsetting->desc.bInterfaceNumber
,intf->cur_altsetting->desc.bDescriptorType
,intf->cur_altsetting->desc.bInterfaceClass
,intf->cur_altsetting->desc.bInterfaceSubClass
,intf->cur_altsetting->desc.bInterfaceProtocol
); //jhlee
}
- inlclude/linux/usb.h
struct usb_interface {
/* array of alternate settings for this interface,
* stored in no particular order */
struct usb_host_interface *altsetting;
struct usb_host_interface *cur_altsetting; /* the currently
* active alternate setting */
unsigned num_altsetting; /* number of alternate settings */
int minor; /* minor number this interface is
* bound to */
enum usb_interface_condition condition; /* state of binding */
struct device dev; /* interface specific device info */
struct class_device *class_dev;
};
...
struct usb_host_interface {
struct usb_interface_descriptor desc;
/* array of desc.bNumEndpoint endpoints associated with this
* interface setting. these will be in no particular order.
*/
struct usb_host_endpoint *endpoint;
char *string; /* iInterface string, if present */
unsigned char *extra; /* Extra descriptors */
int extralen;
};
- inlclude/linux/usb_ch9.h
/* USB_DT_INTERFACE: Interface descriptor */
struct usb_interface_descriptor {
__u8 bLength;
__u8 bDescriptorType;
__u8 bInterfaceNumber;
__u8 bAlternateSetting;
__u8 bNumEndpoints;
__u8 bInterfaceClass;
__u8 bInterfaceSubClass;
__u8 bInterfaceProtocol;
__u8 iInterface;
} __attribute__ ((packed));
http://elixir.free-electrons.com/linux/v4.3.3/source/include/uapi/linux/usb/cdc.h#L17
http://elixir.free-electrons.com/linux/v3.17.5/source/drivers/net/usb/qmi_wwan.c#L845
USB Device의 구조는 설명했듯이 기본적인 USB에서 제공하는 각 Descriptor를 제공을해줘야한다.
그리고 이의 설정에 맟추어 EndPoint 와 URB로 USB HOST와 통신이 가능하도록 해줘야한다.
기존에는 별도의 USB Device Chip을 사용하는 경우도 있으나, 현재 Linux에서는 OTG기반으로 USB Gadget(Device)를 사용가능하다
USB Gadget의 Function ACM
http://elixir.free-electrons.com/linux/v3.7.9/source/drivers/usb/gadget/f_acm.c
3.1 USB Gadget Driver
OTG(On-The-Go) Mode로 사용할 경우, USB는 Device Mode와 Host Mode가 동시 동작이 가능하기 때문에,
Host 이외에 Linux에서는 Gadget이라는 것을 이용하여 USB Device Mode를 지원한다.
아래와 같이 USB Device Mode로 사용할 경우 각 Class Device를 대충 알아보자.
대표적인 것들이 Mass Storage , CDC 등 다양하게 이용이되며, Module 형태로 Kernel에서 기본적으로 제공을 해준다.
반드시 Kernel Version을 확인하자.
https://www.kernel.org/doc/htmldocs/gadget/index.html
- 각 개별 모듈의 위치
- 주요소스 분석 부분
- Gadget Driver에서의 Descriptor의 정의 및 설정부분
- Endpoint를 어떻게 기본 통신을 하는지 개념
- 이 Endpoint 통신부분과 다른 Interface와 어떻게 연결되는지 관련부분 Driver들
- 관련내용
http://www.linux-usb.org/gadget/h2-otg.html
http://www.usb.org/developers/docs/
https://events.linuxfoundation.org/sites/events/files/slides/LinuxConNA2013-andrzej.pietrasiewicz-usb-gadget-configfs_0.pdf
- 관련소스
https://elixir.free-electrons.com/linux/v2.6.29.3/source/drivers/usb/gadget
https://git.linuxtv.org/pinchartl/uvcvideo.git/tree/drivers/usb/gadget?h=uvcvideo-gadget
- TI-Sitara Version 예제
# lsmod Module Size Used by sd_mod 28383 2 usb_storage 47815 1 scsi_mod 135887 2 usb_storage,sd_mod bc_example 7250 0 sha512_generic 9903 0 sha512_arm 12079 0 drbg 13425 1 des_generic 17736 0 cbc 2324 0 xfrm_user 22606 2 xfrm4_tunnel 2040 0 ipcomp 2257 0 xfrm_ipcomp 4311 1 ipcomp esp4 6466 0 ah4 5627 0 bluetooth 327425 2 af_key 26406 0 xfrm_algo 6970 5 ah4,esp4,af_key,xfrm_user,xfrm_ipcomp usb_f_acm 5404 1 u_serial 11555 3 usb_f_acm usb_f_ecm 6620 1 g_multi 6330 0 usb_f_mass_storage 37916 2 g_multi usb_f_rndis 15406 2 g_multi u_ether 13577 3 usb_f_ecm,usb_f_rndis,g_multi libcomposite 44392 5 usb_f_acm,usb_f_ecm,usb_f_rndis,g_multi,usb_f_mass_storage configfs 26917 6 usb_f_acm,usb_f_ecm,usb_f_rndis,libcomposite,usb_f_mass_storage rpmsg_pru 4958 0 virtio_rpmsg_bus 12724 1 rpmsg_pru musb_dsps 8235 0 musb_hdrc 71486 1 musb_dsps udc_core 12063 2 musb_hdrc,libcomposite usbcore 195911 2 musb_hdrc,usb_storage pm33xx 5577 0 snd_soc_simple_card 7712 0 ecb 1909 0 pru_rproc 11796 2 pruss_intc 7163 3 pru_rproc ti_emif_sram 6242 1 pm33xx wkup_m3_ipc 8278 1 pm33xx sha256_generic 9503 1 hmac 2735 1 wkup_m3_rproc 3669 1 md5 1897 0 pvrsrvkm 406903 5 bc_example sha1_generic 2621 0 sha1_arm_neon 6261 0 sha1_arm 3862 1 sha1_arm_neon omap_aes_driver 19488 0 pruss 10892 1 pru_rproc remoteproc 26901 4 pruss,wkup_m3_rproc,pru_rproc,wkup_m3_ipc omap_sham 21513 0 virtio 7742 2 remoteproc,virtio_rpmsg_bus virtio_ring 12163 2 remoteproc,virtio_rpmsg_bus wlcore_sdio 6771 0 omap_rng 4759 0 rng_core 7794 1 omap_rng snd_soc_tlv320aic3x 48260 1 musb_am335x 1426 0 ti_am335x_tsc 6029 0 rtc_omap 8272 1 omap_wdt 4634 0 ti_am335x_tscadc 6290 1 ti_am335x_tsc sch_fq_codel 8289 4 cryptodev 38007 2
USB Gadget u_serial는 USB ACM으로 usb_f_acm과 연결되어 동작 (USB to Serial)