Question

我有一个我想要实现的USB协议，但我在最好的方法上有点迷失。

USB协议涉及来回交换数据和确认包，如下所示：

Device: data
Host: ACK
Host: reply
Device: ACK

但有时，数据包可能会像这样异步进入：

Device: data #1
Device: data #2
Host: ACK #1
...

我希望有一个API可以抽象出USB的所有细节，并让程序只使用实际数据，而不必担心数据包标头或确认数据包或类似的东西。理想情况下，将有一个write_to_device函数阻塞，直到设备确认数据包，read_from_device将阻塞直到收到数据包，is_data_available函数立即返回是否有任何队列中的数据。

我正在考虑运行一个处理USB事件的独立线程。该线程将处理所有数据封装和确认。

当数据包进入时，处理线程将发送ACK数据包，然后提取原始数据并将其写入管道。 read_from_device函数（从主线程调用）将只从该管道中读取并自然阻塞，直到有数据。但是如果我使用这个方案，我将无法实现is_data_available函数的简洁方法 - 没有办法检查管道中是否有数据而没有读取它。

这样的事情：

[ Main thread    ][ Processing thread   ]
| Read from pipe ||                     |
|                || USB packet comes in |
|                || Send ACK packet     |
|                || Extract data        |
|                || Write data to pipe  |
| Read succeeds  ||                     |
| Return data    ||                     |

真正的问题是实施write_to_device功能。

[ Main thread                ][ Processing thread      ]
| Somehow signal write       ||                        |
| Wait for write to complete ||                        |
|                            || Send the data          |
|                            || Wait for ACK packet    |
|                            || Somehow signal that write completed
| Return                     ||                        |

如何干净地实现发送数据包的方式，等待确认数据包然后返回？

Answer 1

我建议你创建一个自定义管道类或结构。为此，您可以定义一个write方法，该方法还可以等待信号量触发。如果您使用的是Linux，sem_wait（来自信号量函数系列，sem_*）就是您想要查看的内容。

写入函数然后将数据写入FIFO并等待标记信号量。但是，写入线程如何知道所有数据何时通过您想要发送的管道到达？如果线程必须阻塞读取，则可能会出现问题。

所以我建议你在从主线程到处理线程的管道中使用微格式，发送一个整数大小来定义你要写入的字节数。然后，处理线程将读取该字节数，将其转发给设备，并在标记所有数据后立即标记信号量。 write函数将等待信号量，因此非繁忙阻塞直到处理线程完成。

这是自定义管道结构和概述的写入函数的起草方式：

#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
#include <semaphore.h>

typedef struct {
    int write_to_pipe, read_from_pipe;
    sem_t *write_sem;
} MyPipe;

MyPipe *pipe_new() {
    int fds[2];
    if (pipe(fds)) {
        // handle error here
        return NULL;
    }

    sem_t *sem = NULL;
    if (sem_init(sem, 0, 0)) {
        // handle error here
        close(fds[0]);
        close(fds[1]);
        return NULL;
    }

    MyPipe *result = malloc(sizeof(MyPipe));
    result->write_to_pipe = fds[1];
    result->read_from_pipe = fds[0];
    result->write_sem = sem;
    return result;
}

void pipe_write(MyPipe *pipe, const unsigned char *buf, const int size) {
    write(pipe->write_to_pipe, &size, sizeof(int));
    write(pipe->write_to_pipe, buf, size);
    sem_wait(pipe->write_sem);
}

处理线程将知道MyPipe实例，并在需要时从read_from_pipe读取。它首先读取主线程写入管道的字节数，然后读取所有字节的任意块。将所有数据发送到设备并由其确认后，它可以sem_post信号量，以便pipe_write返回。

可选地，可以添加另一个信号量，其中pipe_write个帖子使处理线程仅在实际有可用数据时读取数据。

免责声明：尚未测试代码，只检查它是否已编译。需要使用-pthread构建，以便sem_*可用。

Answer 2

libusb或多或少已经完成了你所描述的一切。每个USB端点都可以看作是一个数据报套接字，您可以使用libusb_interrupt_transfer（或libusb_control_transfer）来写入。在这些函数中，您传递一个充当输入或输出的数组。没有必要发送确认等。输入或输出的方向取决于端点的配置。

还有一个asynchronous API，您可以在其中启动传输并向主select或poll循环添加一些文件描述符，并在I / O完成时最终获得回调

USB协议实现的程序设计

2 个答案: