STEPBYSTEP设计一个USB调试助手之九:基于异步传输的简单USB测试工具

原创 嵌入式Lee 2024-04-12 08:01

一. 前言

前面我们实现了批量和中断传输的功能,至此工具已经初步具备了实用价值,可以进行控制传输和批量/中断传输的测试了。但是目前是基于同步接口实现的,也就是点击按钮,进行传输,等待传输完再显示, 这样效率不高,也不适合应用。这一篇就来利用libusb的异步接口,实现新的收发框架,后面再将新的框架应用到我们的测试工具,所以本文先实现一个命令行的工具,先不带GUI,主要是测试异步框架,后面再应用的带GUI的测试工具中。

二. 异步传输编程框架

异步传输参考官方文档

https://libusb.sourceforge.io/api-1.0/group__libusb__asyncio.html

我这里做了个总结,画出了应用框图,看图更直观。

首先传输是针对端点的,所以前面需要一段初始化过程,过程即对应USB的框架层次

设备->接口->端点。当然这里还有libusb的运行环境初始化,

所以初始化过程就是

libusb_init_context->libusb_open_device_with_vid_pid->libusb_claim_interface

对应的释放过程和上述初始化过程完全相反。

初始化之后,至此就可以进行端点的操作了,异步操作分为以下几个步骤

分配传输 libusb_alloc_transfer->

填充传输参数 libusb_fill_bulk_transfer->

提交传输 libusb_submit_transfer->

等待传输完回调cb->

释放传输libusb_free_transfer

当然以上不是所有过程都需要走一遍,比如不需要重复分配传输,可以一直反复用。

当然是否传输完也是需要去检查的,所以这个实际是通过libusb_handle_events来实现的,该函数实现事件消息循环处理。周期调用该函数即可,可以使用一个线程单独运行它。此时cb就是在该线程运行,那么要注意和传输处理所在的线程不是同一个线程注意多线程问题。

如上框图,我这里设计的是用三个线程,主线程实现初始化,然后创建事件处理线程和传输处理线程,等待传输处理线程和事件处理线程运行完再执行释放过程。

事件处理线程只做一件事就是调用libusb_handle_events执行libusb的事件消息循环。

处理线程实现异步传输的处理:分配传输,填充传输,提交传输等。

处理线程如果执行完,我这里设置的是收到指定长度的内容之后,就发送信号量给事件处理线程,并退出线程,事件处理线程收到信号也退出线程。这样主线程等到他们都退出则执行释放过程。

以上仅作为一般框架建议,实际使用一个线程也可以。

三. 接口

实际上面已经介绍了相关的接口,具体可以参考官方文档,这里再总结下

1.运行环境初始化与反初始化

libusb_init_context/libusb_exit

2.设备打开与关闭

libusb_open_device_with_vid_pid/libusb_close

3.接口申请与释放

libusb_claim_interface/libusb_claim_interface

4.异步传输

libusb_alloc_transfer/libusb_fill_bulk_transfer/libusb_submit_transfer/libusb_free_transfer

5.事件循环

libusb_handle_events

四. 基于异步传输框架的测试

4.1 实现

实际上述框架已经介绍的差不多了,实现起来就很简单了,直接上代码,代码里也有注释,就不再赘述了

我这里是用的是mingw qt环境,开发环境搭建参考前面的系列文章。

Usb_test.c实现如下

//#include //#include #include #include #include #include "libusb.h"
#define TRANSFER_SIZE 64 /* 一次传输的大小 */#define VID 0x1999#define PID 0x0101#define USB_ITF_ID 0#define USB_IN_EP 0x81#define USB_OUT_EP 0x01
static void* usb_event_thread(void *arg); /* USB事件线程处理函数 */static void* usb_handle_thread(void *arg); /* USB业务线程处理函数 */pthread_t s_usb_event_thread; /* USB事件处理线程句柄 */pthread_t s_usb_handle_thread; /* USB业务处理线程句柄 */
libusb_device_handle *s_opened_handle = NULL; /* USB打开的设备句柄 */
struct libusb_transfer* s_tx_transfer = NULL; /* 发送传输 */struct libusb_transfer* s_rx_transfer = NULL; /* 接收传输 */static uint8_t s_tx_buffer[TRANSFER_SIZE]; /* 发送数据 */static uint8_t s_rx_buffer[TRANSFER_SIZE]; /* 接收数据 */static int s_tx_busy = 0; /* 发送忙标志 */static int s_rx_busy = 0; /* 接收忙标志 */static int s_tx_len = 0;static int s_rx_len = 0;sem_t s_sem;
int16_t vid = VID;int16_t pid = PID;int16_t itf = USB_ITF_ID;int16_t in_ep = USB_IN_EP;int16_t out_ep = USB_OUT_EP;
#define MAX_TX_LEN (sizeof(s_tx_buffer)*100)
int usb_test_main(int argc, char *argv[]){ int r; /* 解析参数 */ if(argc != 6) { printf("usage:usb_test.exe vid pid itf inep outep"); }
sscanf("%*s %#x %#x %d %#x %#x",&vid,&pid,&itf,&in_ep,&out_ep); for(size_t i=0 ;i<sizeof(s_tx_buffer); i++) { s_tx_buffer[i] = i; }
r = libusb_init_context(/*ctx=*/NULL, /*options=*/NULL, /*num_options=*/0); if (r < 0) { printf("failed to init context %d\r\n",r); return r; }
s_opened_handle = libusb_open_device_with_vid_pid(NULL, vid, pid); if (s_opened_handle == NULL) { printf("open dev err\r\n"); libusb_exit(NULL); return r; }
r = libusb_claim_interface(s_opened_handle,itf); if (r < 0) { printf("failed to claim interface %d\r\n",r); libusb_close(s_opened_handle); libusb_exit(NULL); return r; }
sem_init(&s_sem, 0, 0);
/* 创建usb事件处理线程 */ r = pthread_create(&s_usb_event_thread,0,usb_event_thread,0); if (r != 0) { printf("failed to create usb event thread:%d\r\n",r); libusb_release_interface(s_opened_handle,itf); libusb_close(s_opened_handle); libusb_exit(NULL); return r; }
/* 创建usb业务处理线程 */ r = pthread_create(&s_usb_handle_thread,0,usb_handle_thread,0); if (r != 0) { printf("failed to create usb handle thread:%d\r\n",r); libusb_release_interface(s_opened_handle,itf); libusb_close(s_opened_handle); libusb_exit(NULL); return r; }
/* 等待线程结束 */ void *res; pthread_join(s_usb_event_thread,&res); pthread_join(s_usb_handle_thread,&res); sem_destroy(&s_sem);
if(s_tx_len != s_rx_len) { printf("err send_len:%d,rx_len:%d!\r\n",s_tx_len,s_rx_len); } else { printf("ok send_len:%d,rx_len:%d!\r\n",s_tx_len,s_rx_len); }
libusb_release_interface(s_opened_handle,USB_ITF_ID); libusb_close(s_opened_handle); libusb_exit(NULL);
return 0;}
void tx_cb(struct libusb_transfer *transfer){ if (transfer->status == LIBUSB_TRANSFER_COMPLETED) { /* 成功 */ printf("tx_cb ok\r\n"); } else { /* 失败 */ printf("tx_cb err %d\r\n",transfer->status); //libusb_submit_transfer(transfer); } s_tx_len += transfer->actual_length; libusb_free_transfer(transfer); s_tx_busy = 0;}
void rx_cb(struct libusb_transfer *transfer){ if (transfer->status == LIBUSB_TRANSFER_COMPLETED) { /* 成功 */ printf("rx_cb ok\r\n"); } else { /* 失败 */ printf("rx_cb err %d\r\n",transfer->status); //libusb_submit_transfer(transfer); }
if(transfer->actual_length > 0) { printf("rx len %d\r\n",transfer->actual_length); } s_rx_len += transfer->actual_length; libusb_free_transfer(transfer);
s_rx_busy = 0;}
static void* usb_event_thread(void *arg){ while(1) { if(0 == sem_trywait(&s_sem)) { return 0; } libusb_handle_events(0); const struct timespec interval= { .tv_nsec = 1000000, .tv_sec = 0, }; pthread_delay_np(&interval); } return 0;}
static void* usb_handle_thread(void *arg){ while(1) { int rc; if(s_rx_len >= MAX_TX_LEN) { sem_post(&s_sem); return 0; }
/* 发送处理 */ s_tx_transfer = libusb_alloc_transfer(0); libusb_fill_bulk_transfer(s_tx_transfer,s_opened_handle,out_ep,s_tx_buffer,sizeof(s_tx_buffer),&tx_cb,0,100); rc = libusb_submit_transfer(s_tx_transfer); if(rc < 0) { s_tx_busy = 0; libusb_free_transfer(s_tx_transfer); s_tx_transfer = 0; }
/* 接收处理 */ s_rx_transfer = libusb_alloc_transfer(0); libusb_fill_bulk_transfer(s_rx_transfer,s_opened_handle,in_ep,s_rx_buffer,sizeof(s_rx_buffer),&rx_cb,0,100); rc = libusb_submit_transfer(s_rx_transfer); if(rc < 0) { s_rx_busy = 0; libusb_free_transfer(s_rx_transfer); s_rx_transfer = 0; }
const struct timespec interval= { .tv_nsec = 1000000, .tv_sec = 0, }; pthread_delay_np(&interval); }
return 0;}

Usb_test.h如下

#ifndef USB_TEST_H#define USB_TEST_H
#if defined(__cplusplus)extern "C" {#endif
int usb_test_main(int argc, char *argv[]);
#if defined(__cplusplus)}#endif
#endif // USB_TEST_H

Main.cpp如下

#include #include "usb_test.h"
int main(int argc, char *argv[]){ QCoreApplication a(argc, argv); usb_test_main(argc, argv); return a.exec();}

整个工程如下

4.2 发布程序

这里顺便提一下发布代码,直接拷贝usb_tool.exe到其他地方是不能直接运行的,因为依赖一些库, 需要使用工具发布。

build-usb_tool-Desktop_Qt_6_6_1_MinGW_64_bit-Debug\debug下的

Usb_tool.exe放到某个文件夹下

开始菜单搜索打开如下命令行

 

Cd usb_tool.exe所在目录

执行windeployqt usb_tool.exe

会自动添加对应的依赖库

生成文件如下,在这里就可以直接点击exe运行了,发布就复制整个文件夹即可。

4.3 测试

命令行输入

usb_tool.exe 0x1999 0x0101 0 0x81 0x01

我这里接的是一个winusb设备,vid pid0x1999 0x0101

接口0下有0x81IN端点和0x01OUT端点,设备代码逻辑是收到01端点的数据原样从0x81端点返回。

4.4 工程和可执行代码

完整的代码,框图和可执行文件可以从以下地址下载

链接:https://pan.baidu.com/s/1CfWEpmxFS4NAweZpWd3slw?pwd=pzj7

提取码:pzj7

五. 总结

以上只是简单的demo,还有一些可改进的地方

1.以上demo处理线程中提交传输,回调中进行处理,等回调处理完设置标志,处理线程再提交下一次传输,实际并没有pipeline流水起来,因为处理线程需要等到回调中处理完才提交下一次传输,这里中间会有间隔。实际libusb支持pipeline,提交传输实际是动态分配资源并挂载描述符的,所以可以一次提交多个,这样在一个传输完成时,后续还有多个传输正在进行,此时处理线程又可以继续提交传输,这样流水起来,才能高效。

2.以上demo仅仅作为演示,实际应用,需要提供给应用层更简单的读写接口,此时需要借助FIFO,即处理线程负责接收数据到RX FIFO,负责从TX FIFO取数据发送, 这样应用层读写数据只需要读RX FIFO,写TX FIFO,实现和底层解耦。


评论
  • 一、SAE J1939协议概述SAE J1939协议是由美国汽车工程师协会(SAE,Society of Automotive Engineers)定义的一种用于重型车辆和工业设备中的通信协议,主要应用于车辆和设备之间的实时数据交换。J1939基于CAN(Controller Area Network)总线技术,使用29bit的扩展标识符和扩展数据帧,CAN通信速率为250Kbps,用于车载电子控制单元(ECU)之间的通信和控制。小北同学在之前也对J1939协议做过扫盲科普【科普系列】SAE J
    北汇信息 2024-12-11 15:45 77浏览
  • 习学习笔记&记录学习学习笔记&记录学习学习笔记&记录学习学习笔记&记录学习笔记&记录学习习笔记&记学习学习笔记&记录学习学习笔记&记录学习习笔记&记录学习学习笔记&记录学习学习笔记记录学习学习笔记&记录学习学习笔记&记录学习学习笔记&记录学习学习笔记&记录学习学习笔记&记录学习习笔记&记录学习学习笔记&记录学习学习笔记&记录学习学习笔记&记录学习学习笔记&记录学习学习笔记&记录学习学习笔记&记录学习学习笔记&学习学习笔记&记录学习学习笔记&记录学习学习笔记&记录学习学习笔记&记录学习学习笔记&记
    youyeye 2024-12-10 16:13 105浏览
  • 时源芯微——RE超标整机定位与解决详细流程一、 初步测量与问题确认使用专业的电磁辐射测量设备,对整机的辐射发射进行精确测量。确认是否存在RE超标问题,并记录超标频段和幅度。二、电缆检查与处理若存在信号电缆:步骤一:拔掉所有信号电缆,仅保留电源线,再次测量整机的辐射发射。若测量合格:判定问题出在信号电缆上,可能是电缆的共模电流导致。逐一连接信号电缆,每次连接后测量,定位具体哪根电缆或接口导致超标。对问题电缆进行处理,如加共模扼流圈、滤波器,或优化电缆布局和屏蔽。重新连接所有电缆,再次测量
    时源芯微 2024-12-11 17:11 73浏览
  • 我的一台很多年前人家不要了的九十年代SONY台式组合音响,接手时只有CD功能不行了,因为不需要,也就没修,只使用收音机、磁带机和外接信号功能就够了。最近五年在外地,就断电闲置,没使用了。今年9月回到家里,就一个劲儿地忙着收拾家当,忙了一个多月,太多事啦!修了电气,清理了闲置不用了的电器和电子,就是一个劲儿地扔扔扔!几十年的“工匠式”收留收藏,只能断舍离,拆解不过来的了。一天,忽然感觉室内有股臭味,用鼻子的嗅觉功能朝着臭味重的方向寻找,觉得应该就是这台组合音响?怎么会呢?这无机物的东西不会腐臭吧?
    自做自受 2024-12-10 16:34 136浏览
  • RK3506 是瑞芯微推出的MPU产品,芯片制程为22nm,定位于轻量级、低成本解决方案。该MPU具有低功耗、外设接口丰富、实时性高的特点,适合用多种工商业场景。本文将基于RK3506的设计特点,为大家分析其应用场景。RK3506核心板主要分为三个型号,各型号间的区别如下图:​图 1  RK3506核心板处理器型号场景1:显示HMIRK3506核心板显示接口支持RGB、MIPI、QSPI输出,且支持2D图形加速,轻松运行QT、LVGL等GUI,最快3S内开
    万象奥科 2024-12-11 15:42 68浏览
  • 天问Block和Mixly是两个不同的编程工具,分别在单片机开发和教育编程领域有各自的应用。以下是对它们的详细比较: 基本定义 天问Block:天问Block是一个基于区块链技术的数字身份验证和数据交换平台。它的目标是为用户提供一个安全、去中心化、可信任的数字身份验证和数据交换解决方案。 Mixly:Mixly是一款由北京师范大学教育学部创客教育实验室开发的图形化编程软件,旨在为初学者提供一个易于学习和使用的Arduino编程环境。 主要功能 天问Block:支持STC全系列8位单片机,32位
    丙丁先生 2024-12-11 13:15 49浏览
  • 全球知名半导体制造商ROHM Co., Ltd.(以下简称“罗姆”)宣布与Taiwan Semiconductor Manufacturing Company Limited(以下简称“台积公司”)就车载氮化镓功率器件的开发和量产事宜建立战略合作伙伴关系。通过该合作关系,双方将致力于将罗姆的氮化镓器件开发技术与台积公司业界先进的GaN-on-Silicon工艺技术优势结合起来,满足市场对高耐压和高频特性优异的功率元器件日益增长的需求。氮化镓功率器件目前主要被用于AC适配器和服务器电源等消费电子和
    电子资讯报 2024-12-10 17:09 84浏览
  • 近日,搭载紫光展锐W517芯片平台的INMO GO2由影目科技正式推出。作为全球首款专为商务场景设计的智能翻译眼镜,INMO GO2 以“快、准、稳”三大核心优势,突破传统翻译产品局限,为全球商务人士带来高效、自然、稳定的跨语言交流体验。 INMO GO2内置的W517芯片,是紫光展锐4G旗舰级智能穿戴平台,采用四核处理器,具有高性能、低功耗的优势,内置超微高集成技术,采用先进工艺,计算能力相比同档位竞品提升4倍,强大的性能提供更加多样化的应用场景。【视频见P盘链接】 依托“
    紫光展锐 2024-12-11 11:50 47浏览
  • 【萤火工场CEM5826-M11测评】OLED显示雷达数据本文结合之前关于串口打印雷达监测数据的研究,进一步扩展至 OLED 屏幕显示。该项目整体分为两部分: 一、框架显示; 二、数据采集与填充显示。为了减小 MCU 负担,采用 局部刷新 的方案。1. 显示框架所需库函数 Wire.h 、Adafruit_GFX.h 、Adafruit_SSD1306.h . 代码#include #include #include #include "logo_128x64.h"#include "logo_
    无垠的广袤 2024-12-10 14:03 69浏览
  • 智能汽车可替换LED前照灯控制运行的原理涉及多个方面,包括自适应前照灯系统(AFS)的工作原理、传感器的应用、步进电机的控制以及模糊控制策略等。当下时代的智能汽车灯光控制系统通过车载网关控制单元集中控制,表现特殊点的有特斯拉,仅通过前车身控制器,整个系统就包括了灯光旋转开关、车灯变光开关、左LED前照灯总成、右LED前照灯总成、转向柱电子控制单元、CAN数据总线接口、组合仪表控制单元、车载网关控制单元等器件。变光开关、转向开关和辅助操作系统一般连为一体,开关之间通过内部线束和转向柱装置连接为多,
    lauguo2013 2024-12-10 15:53 81浏览
我要评论
0
点击右上角,分享到朋友圈 我知道啦
请使用浏览器分享功能 我知道啦