Libusb在Android平台上的环境以及原理

 

 

一、环境：配置NDK环境

1、下载libusb源码：https://github.com/libusb/libusb/releases，如下图所示

2、删除一些和Android平台无关的文件，删除后的文件如下图所示：

• 思考问题：

1. Android是怎么获取usb设备？

如上图所示：连接adb shell，然后cd到/sys/bus/usb/devices/目录，命令ll可以看到里面有很多链接的文件，其实这些文件就代表设备或者功能，那么什么代表的是设备？什么代表的是功能呢？如上图，有冒号的且后面有数字的就代表的是功能接口，无冒号的就代表设备。如：1-0:1.0 就表示1号总线的0号端口设备，使用的1号配置，接口号为0。

所以，我们可以遍历此目录来获取usb设备，那么获取usb设备是怎么获取他们的信息的呢？继续向设备目录下面一层可以看到如下图所示：

里面有很多信息，包括设备的bcdDevice(usb版本)、idProduct(产品id)、idVendor(厂商id)、speed(usb传输速度)、descriptors(设备描述符)等，都可以在这里获取。

这样，我们最初始获取usb设备的问题就解决了。那么如果插拔usb设备，是不是一直都需要这样监听呢？

 

1. Android是怎么检测usb设备插拔？

使用Netlink来实现接收内核消息，读取热插拔信息，它是特殊的socket，使用时设置特定的参数即可监听到内核uevent事件，从而区分插拔事件NETLINK_KOBJECT_UEVENT,  groups = 1，如下图所示：

所以，在libusb中只要对此socket进行监听即可，如下图代码的监听：

1. Android是怎么进行数据传输的？

1. 拿到句柄fd，如下图中的目录文件中open操作

1. 通过ioctl与内核通信(linux_usbfs.c中submit_bulk_transfer函数)

通过ioctl与内核通信，具体见如下kernel代码drivers/usb/core/devio.c

  

二、目录文件介绍(os目录下都是一些和平台相关的，os外面是通用的)：

a. linux_netlink.c：主要负责socket连接和监听热插拔的消息。

b.linux_usbfs.c: 主要是对Linux的一些文件进行操作，包括打开文件、释放文件、获取设备信息、和内核进行通信等

c.poll_posix.c: linux：通信设置pipe信息

d.threads_posix.c：主要是封装了一下线程锁和等待的一些机制。

e.config.h：对libusb进行一些配置

f.core.c：对os中的linux_usbfs.c进一步的封装，提供给外界调用的一些接口，包括初始化、分配内存、释放内存、通信的封装等。

g.descriptor.c：主要是获取设备描述符的封装。

h.hotplug.c：主要是对热插拔函数的封装，可以注册和反注册热插拔函数。

i.io.c：主要是和usb通信的一些封装，这里的封装均是异步接口

j.libusb.h：主要是对外提供的接口

k.libusbi.h：libusb内部使用的接口

l.sync.c：同步传输的封装

 

三、libusb传输封装的介绍，这里只介绍内部实现的同步bulk传输

接口的调用libusb_bulk_transfer -> do_sync_bulk_transfer() ->libusb_fill_bulk_transfer()、libusb_submit_transfer()、sync_transfer_wait_for_completion()等待completed被设置为1后返回transfer的值，包括buffer和actual_length

 

四、libusb的demo

#include 

#include "libusb.h"

static void print_devs(libusb_device **devs)
{
    libusb_device *dev;
    int i = 0, j = 0;
    uint8_t path[8]; 

    while ((dev = devs[i++]) != NULL) {
        struct libusb_device_descriptor desc;
        int r = libusb_get_device_descriptor(dev, &desc);
        if (r < 0) {
            fprintf(stderr, "failed to get device descriptor");
            return;
        }

        printf("%04x:%04x (bus %d, device %d)",
            desc.idVendor, desc.idProduct,
            libusb_get_bus_number(dev), libusb_get_device_address(dev));

        r = libusb_get_port_numbers(dev, path, sizeof(path));
        if (r > 0) {
            printf(" path: %d", path[0]);
            for (j = 1; j < r; j++)
                printf(".%d", path[j]);
        }
        printf("\n");
    }
}

int main(void)
{
    libusb_device **devs;
    int r;
    ssize_t cnt;

    r = libusb_init(NULL);
    if (r < 0)
        return r;

    cnt = libusb_get_device_list(NULL, &devs);
    if (cnt < 0)
        return (int) cnt;

    print_devs(devs);
    libusb_free_device_list(devs, 1);

    libusb_exit(NULL);
    return 0;
}

 

五、开发中遇到的问题

1、我们知道发现设备是从/sys/bus/usb/devices/发现的，但是打开设备则是在/dev/bus/usb/xxx中打开的，如果一旦发现设置，就直接去打开，有可能会导致打开失败的情况，原因是这个设备节点还没有来得及创建，就去打开这个设备，现在修复有两种方式：

a.如果打开失败，则slee(1)秒，再去打开，如果这次再打开失败，则就真的失败了，这个方式亲测还是可以的，而且查看Android源码好像也是用这种方式

b.这个方法简单的验证了一下可行，但是不知道会不会导致其他问题，就是发现设备枚举的时候就去获取他的主设备号和次设备号，然后在打开的时候，发现没有这个设备，就手动的创建设备，如下代码，其中/dev/bus/usb/002/为设备节点的路径，243为设备相应的主设备号，0为设备相应的次设备号。

mknod("/dev/bus/usb/002", S_IFCHR | 0666, makedev(243, 0)) = 0

2、如果是基于libusb开发的异步传输，而且传输时有很多缓存，我们可能会向libusb提供的demo上面写的那样，直接在接收到设备拔出的消息之后立刻libusb_close(handle), 这样会有个问题，有可能你提交成功的transfer不会通过回调返回给你，导致这个transfer会丢失，最终就是内存泄漏了。那么怎么解决这个问题呢？有两个方案：均亲测可行

a. 在收到设备拔出的消息之后不要立刻libusb_close(handle);在其他的时机close就可以了

b. 如果一定要在拔出后立刻libusb_close(handle);,我们可以把提交成功的transfer加入到一个队列里，在合适的时候free掉这些队列的transfer，以及transfer里面的buffer。