Linux►Drivers

项目自定义 Function：f_bytrans 与 f_audio_raw

项目自定义 Function：f_bytrans 与 f_audio_raw

本树function/Makefile第 53-56 行无条件以obj-m编译两个 2024 年新增的私有 Function，上游内核不存在，是本项目（YPC Encode）的扩展。两者结构相似：ConfigFS function + 字符设备 + kfifo，用户态经/dev节点与 Host 交换数据。

1. f_bytrans（字节透传，/dev/msgtrans*）

1.1 USB 接口

单接口 Vendor Specific（class 0xFF），3 个端点（f_bytrans.c:63）：

端点 FS HS SS
Bulk IN 64B 512B 1024B + burst 15
Bulk OUT 64B 512B 1024B + burst 15
Interrupt IN 64B/interval16 512B/interval4 1024B/interval2

Interrupt IN 用于向 Host 上报RX_FIFO_FULL(0xA0)/TX_FIFO_FULL(0xA1)流控事件（宏定义 36-37 行）。

1.2 核心结构与资源

struct f_bytrans（213 行）：

  • tx_fifo/rx_fifo：各 512KB kfifo（FIFO_SIZE=524288）；
  • send_thread：内核线程bytrans_send，从 tx_fifo 取数据组 bulk IN 请求（847 行）；
  • wq：workqueue 处理 bulk OUT completion 入 rx_fifo；
  • 包缓冲MAX_PACKET_SIZE=1024、每 URB MAX_PACKET_COUNT=32事务；
  • 字符设备：cdev_add于 901 行，device_create于 908 行，节点名msgtrans<minor>，class bytrans，minor 由 IDA 分配。

1.3 数据路径

1
2
3
4
5
6
Host -> bulk OUT -> bytrans_bulk_out_complete -> workqueue -> rx_fifo
      -> 用户 read(/dev/msgtransN)  (空时阻塞于 recv_wait)

用户 write(/dev/msgtransN) -> tx_fifo -> send_thread 唤醒
      -> 组request queue到 bulk IN -> Host
FIFO 满 -> interrupt IN 通知 Host 暂停

1.4 生命周期与注册

  • bytrans_alloc_inst_fixed()（989 行）创建 instance 并初始化 configfs item（item_ops 966 行、attrs 977 行）；
  • bytrans_alloc()（787 行）创建 function，function.name = "bytrans"（809 行）；
  • DECLARE_USB_FUNCTION_INIT(bytrans, ...)（1011 行）注册，ConfigFS 用法：
1
2
mkdir functions/bytrans.0
ln -s functions/bytrans.0 configs/c.1/
  • 释放路径bytrans_free_inst()（778 行）；unbind 时kthread_stop（937 行）。

1.5 审阅要点（潜在风险）

  • send_thread/workqueue 与set_alt/disable并发：断开时在途 request 与 kfifo 状态需要严格同步，注意online标志的内存序；
  • 代码含大量BYTRANS_DEBUG pr_info，量产应降级；
  • FIFO 满策略依赖 Host 配合中断通知，Host 端不理会时会丢数据或阻塞；
  • 字符设备无并发 open 保护说明，多进程同时读写语义未定义，应用侧应单实例使用。

2. f_audio_raw（原始音频，/dev/audio_raw.*）

2.1 设计动机

绕开 UAC 标准协议栈，用 Vendor Specific 接口 + isochronous 端点直接传原始音频字节，Host 侧配套私有驱动/应用。相比 f_uac2 省去 ALSA 和 class request 复杂度，但失去标准 Host 兼容性。

2.2 USB 接口

单接口两个 alternate setting（116-137 行）：

  • alt 0：无端点（空闲）；
  • alt 1：isoc IN + isoc OUT 各一（FS 1023B/interval1，HS 1024B/interval4，SS 1024B/interval2 加 companion）。

audio_raw_set_alt()（687 行）在 alt 1 时使能端点、预队 OUT 请求并置online/rx_enabled/tx_enabled。

2.3 数据面

struct f_audio_raw（48 行起）：

  • fifo_rx：64KB kfifo（FIFO_SIZE37 行）；
  • IN/OUT 各MAX_URBS=32个预分配 request；
  • 读写超时WRITE_TIMEOUT_MS/READ_TIMEOUT_MS = 5000。
1
2
3
4
5
6
Host -> isoc OUT complete (274行) -> kfifo_in(fifo_rx) -> read_wait唤醒
用户 read (325行): 数据不足则等待(kfifo_len>=len 或 offline)
                   kfifo_to_user (360行)
用户 write (366行): 取空闲 in_req 填数据 queue 到 isoc IN
                   无空闲request时等待 write_wait
poll (453行): fifo_rx 有数据 -> EPOLLIN；有空闲URB -> EPOLLOUT

isoc 无重传：OUT 侧 fifo 满时新数据直接丢弃（281 行仅打 debug），IN 侧欠载表现为 Host 收流中断。实时性依赖应用及时消费/供给。

2.4 字符设备与实例

  • class audio_raw（862 行创建），chrdev region 256 个 minor（873 行）；
  • 每实例节点名audio_raw.<instance_id>（964 行），function.name = "audio_raw"（968 行）；
  • audio_raw_alloc_inst()（847 行）分配实例，DECLARE_USB_FUNCTION_INIT于 993 行；
  • ConfigFS：mkdir functions/audio_raw.0后同常规流程。

2.5 审阅要点

  • 文件为新写代码，含中文注释和 debug 日志，风格与上游不一致（缩进混用），合入主线前需清理；
  • offline 竞争：read/write在等待中检查!fa->online退出（352/398 行），但 completion 与 disable 的时序仍需重点测试拔线场景；
  • isoc 带宽在 HS interval4 下约 1024B/500µs≈2MB/s，设计音频格式时须核对是否够用；
  • OUT 丢弃策略意味着不能承载不容忍丢包的数据，只适合音频类容错流。

3. 与标准方案的选型对照

需求 建议
标准 Host 免驱音频 f_uac1/f_uac2
私有低延迟音频流、自控协议 f_audio_raw（本树方案）
可靠字节/消息通道 f_bytrans（bulk，有流控） 或 FunctionFS
用户态完整协议栈 FunctionFS

两个自定义 function 均为obj-m，部署需确认模块随镜像安装并在组装 gadget 前 modprobe。

文章互动

阅读 --

留言

0 条留言

正在加载留言…