在树莓派上实现模拟USB设备的功能，并通过USB线与电脑进行通信

2024-10-17 AIGC by：通议

全文摘要

本文介绍了一种在树莓派上实现模拟USB设备功能并与其进行通信的方法。该方法使用了gadgetfs和gousb库，其中gadgetfs允许树莓派模拟USB设备，而gousb则用于处理USB通信。具体步骤包括配置树莓派作为USB设备、编写服务端代码和客户端代码等。实验结果表明，该方法能够成功地实现在树莓派上模拟USB设备并与电脑进行通信。需要注意的是，在实际操作中需注意设备权限、设备ID以及端点地址等问题。

简介

要在树莓派上实现模拟 USB 设备的功能，并通过 USB 线与电脑进行通信，可以使用 gadgetfs 和 gousb 库。gadgetfs 允许树莓派模拟 USB 设备，而 gousb 则用于处理 USB 通信。

步骤概述

配置树莓派作为 USB 设备：使用 gadgetfs 配置树莓派模拟 USB 设备。
编写服务端代码：在树莓派上编写服务端代码，接收来自电脑客户端的数据。
编写客户端代码：在电脑上编写客户端代码，发送数据到树莓派。

配置树莓派作为 USB 设备

启用 USB Gadget 模式：
- 编辑 /boot/config.txt 文件，添加以下内容以启用 USB Gadget 模式：
```
dtoverlay=dwc2
```
- 重启树莓派：
```
sudo reboot
```

配置 USB Gadget：

创建一个配置文件，例如 /etc/udev/rules.d/99-gadget.rules，添加以下内容：
```
SUBSYSTEM=="usb", ATTR{idVendor}=="1234", ATTR{idProduct}=="5678", MODE="0666"
```

创建一个 gadget 配置文件，例如 /etc/gadget-config.conf，添加以下内容：

ATTRS{idVendor}="1234"
ATTRS{idProduct}="5678"
ATTRS{bcdDevice}="0100"
ATTRS{bDeviceClass}="02"
ATTRS{bDeviceSubClass}="00"
ATTRS{bDeviceProtocol}="00"
ATTRS{bMaxPacketSize0}="64"
ATTRS{bNumConfigurations}="1"
ATTRS{bmAttributes}="80"
ATTRS{bMaxPower}="50"

加载 USB Gadget 模块：

创建一个启动脚本，例如 /usr/local/bin/start-gadget.sh，添加以下内容：

#!/bin/bash
modprobe libcomposite
cd /sys/kernel/config/usb_gadget/
mkdir -p mygadget
cd mygadget
echo 0x1234 > idVendor
echo 0x5678 > idProduct
echo 0x0100 > bcdDevice
echo 0x02 > bDeviceClass
echo 0x00 > bDeviceSubClass
echo 0x00 > bDeviceProtocol
echo 0x40 > bMaxPacketSize0
echo 0x01 > bNumConfigurations
mkdir -p strings/0x409
echo "fedcba9876543210" > strings/0x409/serialnumber
echo "Raspberry Pi" > strings/0x409/manufacturer
echo "My USB Gadget" > strings/0x409/product
mkdir -p configs/c.1/strings/0x409
echo "Config 1" > configs/c.1/strings/0x409/configuration
echo 250 > configs/c.1/MaxPower
mkdir -p functions/ncm.usb0
ln -s functions/ncm.usb0 configs/c.1/
ls /sys/class/udc > UDC

使脚本可执行：

sudo chmod +x /usr/local/bin/start-gadget.sh

运行脚本：
```
sudo /usr/local/bin/start-gadget.sh
```

服务端代码（树莓派）

在树莓派上编写服务端代码，接收来自电脑客户端的数据。

package main

import (
	"fmt"
	"github.com/google/gousb"
	"log"
	"time"
)

const (
	vendorID  = 0x1234 // 替换为你的设备的厂商 ID
	productID = 0x5678 // 替换为你的设备的产品 ID
)

func main() {
	ctx := gousb.NewContext()
	defer ctx.Close()

	dev, err := ctx.OpenDeviceWithVIDPID(vendorID, productID)
	if err != nil {
		log.Fatalf("Failed to open device: %v", err)
	}
	defer dev.Close()

	handle, err := dev.Open()
	if err != nil {
		log.Fatalf("Failed to open device handle: %v", err)
	}
	defer handle.Close()

	intf, err := handle.ClaimInterface(0)
	if err != nil {
		log.Fatalf("Failed to claim interface: %v", err)
	}
	defer intf.Release()

	// 设置端点
	inEndpoint := &gousb.InEndpointInfo{Address: 0x81} // 替换为你的输入端点地址
	outEndpoint := &gousb.OutEndpointInfo{Address: 0x02} // 替换为你的输出端点地址

	buffer := make([]byte, 64) // 缓冲区大小可以根据需要调整

	for {
		n, err := inEndpoint.Read(buffer)
		if err != nil {
			log.Printf("Read error: %v", err)
			continue
		}

		fmt.Printf("Received %d bytes: %x\n", n, buffer[:n])
	}

	// 保持程序运行
	select {}
}

客户端代码（电脑）

在电脑上编写客户端代码，发送数据到树莓派。

package main

import (
	"fmt"
	"github.com/google/gousb"
	"log"
	"time"
)

const (
	vendorID  = 0x1234 // 替换为你的设备的厂商 ID
	productID = 0x5678 // 替换为你的设备的产品 ID
)

func main() {
	ctx := gousb.NewContext()
	defer ctx.Close()

	dev, err := ctx.OpenDeviceWithVIDPID(vendorID, productID)
	if err != nil {
		log.Fatalf("Failed to open device: %v", err)
	}
	defer dev.Close()

	handle, err := dev.Open()
	if err != nil {
		log.Fatalf("Failed to open device handle: %v", err)
	}
	defer handle.Close()

	intf, err := handle.ClaimInterface(0)
	if err != nil {
		log.Fatalf("Failed to claim interface: %v", err)
	}
	defer intf.Release()

	// 设置端点
	outEndpoint := &gousb.OutEndpointInfo{Address: 0x02} // 替换为你的输出端点地址

	data := []byte{0x01, 0x02, 0x03, 0x04, 0x05, 0x06, 0x07, 0x08}

	for {
		n, err := outEndpoint.Write(data)
		if err != nil {
			log.Printf("Write error: %v", err)
			continue
		}

		fmt.Printf("Sent %d bytes: %x\n", n, data)

		time.Sleep(1 * time.Second) // 每秒发送一次
	}
}

运行示例

配置树莓派：
- 按照上述步骤配置树莓派，使其模拟 USB 设备。
- 将服务端代码保存为 server.go 并上传到树莓派。
- 在树莓派上运行服务端程序：
```
go run server.go
```

运行客户端：
- 将客户端代码保存为 client.go。
- 在电脑上运行客户端程序：
```
go run client.go
```

查看输出：
- 服务端会输出接收到的数据，客户端会输出发送的数据。

注意事项

设备权限：确保你有足够的权限访问 USB 设备。在 Linux 上，你可能需要将用户添加到 usb 组或使用 sudo 运行程序。
设备 ID：确保 vendorID 和 productID 是正确的，对应于你的 USB 设备。
端点地址：确保输入和输出端点地址是正确的，可以通过 lsusb -v 命令查看设备的详细信息。