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USB Gadget接口配置

Linux内核在设备端提供了Gadget Framework，允许开发板虚拟成各种USB外设：串口、网卡、音频设备、U盘、摄像头等。

​ 适用平台：Linux-4.9及同架构的全志SoC（T507/H616等）

• ACM（虚拟串口）
• NCM（以太网网卡）
• UAC1（音频设备）
• ADB（Android Debug Bridge）

3.1、接口类型详解

核心结构

usb_gadget/g1/ ├── idVendor → 厂商 VID ├── idProduct → 产品 PID ├── strings/0x409/ → 设备字符串（序列号、制造商、产品名） ├── configs/c.1/ → 配置集合（可以有多个） │ ├── strings/0x409/configuration │ └── f1.acm → ../functions/acm.usb0 ├── functions/ → 功能函数目录 │ ├── acm.usb0 │ ├── ncm.usb0 │ ├── uac1.gs0 │ └── ffs.adb └── UDC → 绑定到实际 USB 控制器

3.1.1、ACM （Abstract Control Model — 虚拟串口）

​ 把USB设备虚拟为CDC ACM标准的串口，PC端识别为COM口，Linux端对应/dev/ttyGS0。

配置关键模块

CONFIG_USB_CONFIGFS_ACM=y/mCONFIG_USB_F_ACM=y/mCONFIG_USB_U_SERIAL=y/m

ConfigFS配置示例

mkdir-p/sys/kernel/config/usb_gadget/g1/functions/acm.usb0ln-s/sys/kernel/config/usb_gadget/g1/functions/acm.usb0 /sys/kernel/config/usb_gadget/g1/configs/c.1/

使用

• 板端写：echo hello > /dev/ttyGS0
• PC端读：通过串口工具打开对应COM口。
• 典型波特率115200 ~ 921600均可，延迟< 1 ms。

3.1.2、NCM（Network Control Model— 虚拟网卡）

功能

​ 将开发板虚拟为USB网卡，实现主机与设备间的IP通信（类似RNDIS，但NCM性能更高）。

配置关键模块

CONFIG_USB_CONFIGFS_NCM=y/mCONFIG_USB_F_NCM=y/mCONFIG_USB_U_ETH=y/m

ConfigFS配置示例

mkdir-p/sys/kernel/config/usb_gadget/g1/functions/ncm.usb0echo"02:12:34:56:78:9a">/sys/kernel/config/usb_gadget/g1/functions/ncm.usb0/dev_addrecho"06:12:34:56:78:9a">/sys/kernel/config/usb_gadget/g1/functions/ncm.usb0/host_addrln-s/sys/kernel/config/usb_gadget/g1/functions/ncm.usb0 /sys/kernel/config/usb_gadget/g1/configs/c.1/

使用

设备端会生成usb0网口：

ifconfigusb0192.168.42.2 up

PC端设置静态IP 192.168.42.1，即可ping通，支持SSH、SCP、HTTP等通信。

优势

• 相比RNDIS，NCM采用CDC规范，驱动跨平台（Windows 10+、Linux、macOS均支持）。
• 支持多frame打包，提高带宽利用率。

3.1.3、UAC1（USB Audio Class 1.0）

功能

​ 让板卡虚拟成标准USB声卡，PC端识别为 “USB Audio Device”，可作为录音或播放通道。

配置关键模块

CONFIG_USB_CONFIGFS_F_UAC1=y/mCONFIG_USB_F_UAC1=y/m

ConfigFS配置示例

mkdir-p/sys/kernel/config/usb_gadget/g1/functions/uac1.gs0# 可选参数# echo 48000 > /sys/kernel/config/usb_gadget/g1/functions/uac1.gs0/p_srate# echo 2 > /sys/kernel/config/usb_gadget/g1/functions/uac1.gs0/p_chmaskln-s/sys/kernel/config/usb_gadget/g1/functions/uac1.gs0 /sys/kernel/config/usb_gadget/g1/configs/c.1/

使用

• 在aplay -l中会出现 “USB Audio Device”。
• 可用ALSA接口读取或播放音频流。
• 常用于语音输入/输出、AI语音网关、视频会议终端。

注意

• 声道和采样率受限于USB带宽。
• 若需双向音频，可启用p_*和c_*参数分别控制Playback/Capture。

3.1.4、ADB（Android Debug Bridge，基于FunctionFS）

功能

​ 通过USB实现主机ADB调试通道，用于Android或 基于Android系统的Linux设备。

配置关键模块

CONFIG_USB_CONFIGFS_F_FS=y/mCONFIG_USB_F_FS=y/m

ConfigFS配置示例

mkdir-p/dev/usb-ffs/adbmount-tfunctionfs adb /dev/usb-ffs/adbmkdir-p/sys/kernel/config/usb_gadget/g1/functions/ffs.adbln-s/sys/kernel/config/usb_gadget/g1/functions/ffs.adb /sys/kernel/config/usb_gadget/g1/configs/c.1/

使用

板端启动adbd：

/usr/bin/adbd&

PC端执行：

adb devices

即可识别到设备。

特性

• 通信层基于FunctionFS，速度快、稳定。
• 可同时与ACM、NCM并存。

3.1.5、配置方式

1. 打开kernel配置页面

   cdcdkernel/linux-4.9/makeARCH=arm64 menuconfig

2. 修改usb虚拟串口相关配置

   路径：Device Drivers → USB support → USB Gadget Support

   <M>USB Gadget Drivers(Serial Gadget(with CDC ACM and CDC OBEX support))--->

   路径：Device Drivers → USB support → USB Serial Converter support

   <M>USB driverforGSM and CDMA modems

3. 保存并退出

4. 编译并打包

   ./build.sh kernel&&./build.sh pack

3.2、复合设备（Composite Gadget）

​Linux 4.9的ConfigFS支持多功能并存，只需在 同一gadget下创建多个function并链接到 同一个config。

典型结构

functions/ ├── acm.usb0 ├── ncm.usb0 ├── uac1.gs0 └── ffs.adb configs/c.1/ ├── f1.acm ->../functions/acm.usb0 ├── f2.ncm ->../functions/ncm.usb0 ├── f3.uac1 ->../functions/uac1.gs0 └── f4.adb ->../functions/ffs.adb

内核通过Composite Framework自动合并接口描述符，主机端会看到多接口复合设备。

3.3、工作流程与启动顺序

1. 加载核心模块
   modprobe libcomposite（加载ConfigFS支撑）

2. 挂载configfs
mount -t configfs none /sys/kernel/config

3. 创建gadget目录
   /sys/kernel/config/usb_gadget/g1

4. 设置VID/PID、字符串信息
   写入idVendor和idProduct；创建strings/0x409/。

5. 创建configs/c.1并设定MaxPower等参数。

6. 创建所需functions（acm/ncm/uac1/ffs.adb）。

7. 符号链接 到config。

8. 绑定UDC（USB控制器）：

   ls/sys/class/udc/echomusb-hdrc.1.auto>/sys/kernel/config/usb_gadget/g1/UDC

解绑时：

echo"">/sys/kernel/config/usb_gadget/g1/UDC

3.4、主机侧识别情况

性能与延迟参考