Linux USB HOST EXTERNAL VIRTUAL COM PORT

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前言

DTS配置的参考

内核配置的参考

[USB Subsystem内核配置](#USB Subsystem内核配置)

[USB Phy内核配置](#USB Phy内核配置)

[USB Host Core驱动内核配置](#USB Host Core驱动内核配置)

[USB EHCI驱动内核配置](#USB EHCI驱动内核配置)

[芯片平台USB Host Controller驱动内核配置](#芯片平台USB Host Controller驱动内核配置)

[USB HOST CDC ACM内核配置](#USB HOST CDC ACM内核配置)

验证测试的参考

总结

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前言

USB虚拟串口（简称VCP，Virtual COM Port的缩写），它是利用USB的CDC(Communication Device Class)类来实现的一种通信接口,在物理层通过USB总线，采用虚拟串口的方式为主机提供一个物理串口。

在系统内部，USB控制器提供了一个批量传输IN端口和一个批量传输的OUT端点，用于数据的接收和发送，模拟串口的RX和TX线。另外USB控制器还提供中断IN端点，发送当前串口的状态，实现对串口传输的控制。

串口设备的数据，由系统的串口采集，在芯片内完成USB包的封装，通过USB总线上传到主机，再由相应的串口应用程序进行处理。对于用户来说，看到的是基于串口的数据采集和传输，而实际上实现的是基于USB协议包的数据传输。

在这里主要实现的是串口通信主机的功能，使用的是USB HOST CDC ACM(Abstract Control Model)驱动来实现。

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DTS配置的参考

/* usb20 host controller */
   usb_1: usb1@YYYYYYYY {
        compatible = "xxx,xxx-usb";
        reg = <0xYYYYYYYY 0xYYY>;
        interrupts = <GIC_SPI INT_USB20_HOST IRQ_TYPE_LEVEL_HIGH>;

        clocks = <&ahbX_gate 9>, <&ahbX_reset 9>;
        clock-names = "usb_gate", "usb_reset";

        xxx,usbphy = <&usbphy_1>;

        dr_mode = "host"; /* 配置成了USB host模式 */
   ...

内核配置的参考

USB Subsystem内核配置

CONFIG_USB_SUPPORT=y
CONFIG_USB_ARCH_HAS_HCD=y

USB Phy内核配置

CONFIG_USB_PHY=y
CONFIG_USB_NX_PHY=y

USB Host Core驱动内核配置

CONFIG_USB_COMMON=y
CONFIG_USB=y
CONFIG_USB_ANNOUNCE_NEW_DEVICES=y
CONFIG_USB_DEFAULT_PERSIST=y

USB EHCI驱动内核配置

CONFIG_USB_EHCI_HCD=y
CONFIG_USB_EHCI_ROOT_HUB_TT=y
CONFIG_USB_EHCI_TT_NEWSCHED=y
CONFIG_USB_EHCI_HCD_PLATFORM=y

芯片平台USB Host Controller驱动内核配置

CONFIG_USB_XXX=y
CONFIG_USB_XXX_HOST=y
CONFIG_USB_XXX_DEBUG=y

USB HOST CDC ACM内核配置

CONFIG_USB_ACM=y

验证测试的参考

1. 使用两个主控设备，例如使用两个开发板，其中一个配置成USB HOST CDC ACM，另外一个配置成USB Gadget CDC ACM（配置成工厂测试模式）。

2. 把USB Gadget CDC ACM的主控设备通过USB线接到USB HOST CDC ACM的主控设备上，此时查看USB HOST CDC ACM的主控设备是否产生`/dev/ttyACM*`的设备节点，例如：

# find / -name "*ACM*"
  /dev/ttyACM0
  /sys/devices/platform/xxxxxxxx.usb1/xxx_hdc.1/usb2/2-1/2-1.2/2-1.2:1.0/tty/ttyACM0
  /sys/class/tty/ttyACM0

3. USB HOST CDC ACM的主控设备向USB Gadget CDC ACM的主控设备发起请求，例如：

# echo "date set 2024-11-22 15:10:50" > /dev/ttyACM0
# date set ok

4. 观察USB Gadget CDC ACM的主控设备的日期时间是否被修改。

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总结

USB虚拟串口HOST CDC ACM的作用，简单来说，就是‌让USB设备在主机上模拟出传统串口，实现高速、即插即用的串行通信‌。它属于USB通信设备类（CDC）的一个子类，通过抽象控制模型（ACM）在操作系统中创建虚拟串口，支持跨平台数据传输。

• 核心作用

1. 虚拟串口模拟‌：将USB设备映射为系统识别的串行端口（如/dev/ttyACM*），兼容传统串口应用。
2. 高速数据传输‌：理论速率可达12Mbps，远超传统串口（如RS-232的115.2Kbps）。
3. 即插即用‌：主流操作系统（Windows 7+、Linux和macOS）原生支持，无需额外驱动。
4. 控制信号支持‌：管理RTS/CTS、DTR/DSR等硬件流控信号。

• 技术实现

1. 接口分离‌：通过控制接口（端点0）管理设备状态，数据接口（端点1/2）传输数据，支持双向通信。
2. 跨平台兼容‌：遵循USB-IF标准，可在嵌入式系统、物联网设备等场景灵活应用。

• 典型应用

1. 嵌入式开发‌：如ARM板卡通过USB Gadget框架实现CDC ACM。
2. 工业通信‌：替代传统串口，提升设备间通信效率。

总之，CDC ACM通过标准化和高效性，可成为现代串行通信的重要解决方案之一。