usb service что это
Как технология USB over IP позволила людям забыть о расстоянии
Источник изображения
Сегодня быстрыми темпами роста количества устройств сети Интернет и интернета вещей уже никого не удивишь. Существует множество различных протоколов и технологий, на которых основана обработка и обмен информацией между устройствами и, собственно, сама связь этих устройств.
Некоторые технологии являются своеобразными канонами: используются уже не один десяток лет и постоянно совершенствуются. А есть и такие, которые уже либо вымерли, либо же родились, но так и попали в массы ввиду своего несовершенства, низкой релевантности в отношении требований рынка и прочего.
В этой статье речь пойдет о технологии, не относящейся ни к одной, ни к другой группе. Без нее компьютерные сети смогли бы существовать без особых проблем, но при этом она способна значительно упростить работу и снизить затраты на эксплуатацию у крупных предприятий, небольших организаций и даже домашних пользователей. К примеру, с помощью нее можно пробросить аппаратный USB-ключ защиты ПО внутрь облачной платформы или облака на базе VMware и использовать его так, словно он установлен на локальной машине. Но обо всем по порядку.
История появления технологии USB over IP
Сложно сказать когда именно появилась данная технология в том виде, в каком ее используют сейчас. Вероятнее всего с развитием возможностей программных компонентов Linux, ростом потребностей рынка и изобретательности энтузиастов и появилась современная технология проброса USB-девайсов через сеть.
В наши же дни существуют два популярных инструмента для трассировки USB-устройств: usbip и usbip-win. Оба из них нацелены на совместное использование USB устройств через IP-сеть за счет обработки USB I/O сообщений, их инкапсуляции в TCP/IP и последующей передачи передачи между устройствами сети типа «клиент-сервер». В такой схеме устройства подключаются к серверу и на нем же запускается необходимый демон.
На машине клиента, как правило, запускается любое приложение, которое не умеет работать с сетью, зато прекрасно справляется с USB-девайсами. Технология проброса как раз позволяет эмулировать локальное подключение USB-устройств на клиентской машине.
Кому это интересно и где применяется
Преимущества сетевого проброса USB-устройств:
Используемые технологии и оборудование
Способ обмена информацией у локальных и удаленных устройств отличается лишь тем, что для удаленных девайсов будет использоваться виртуальный драйвер шины: набор инструкций и данных. осуществляющий преобразование логической информации или данных в физические сигналы.
Подключение локальных и удаленных устройств
Когда приложения отправляют запрос на конечное устройство, USB PDD (USB Personal Device Driver) преобразует запросы ввода-вывода в серию команд понятных для USB, а затем отправляет их через драйвер шины (связующее звено между драйвером устройства и конечным устройством) в виде блоков USB-запросов на конечное устройство.
Способы проброса аппаратных ключей
Персональный драйвер устройства (PDD), как ни странно, отвечает за управление отдельными USB-устройствами. PDD отправляет запросы в виде специальных блоков запросов URB (USB Request Block), которыми он обменивается данными с ядром USB (USB Core) — отдельной подсистемой внутри ОС, выполняющей роль поддержки USB-устройств и контроллеров.
Модель обмена данными между USB устройствами и конечным пользователем
Для реализации проброса протокола USB через IP — сеть была разработана сущность, называемая виртуальным интерфейсом хост-контроллера, он же Virtual Host Controller Interface (VHCI). VHCI относится к виртуальному контроллеру и способен экспортировать виртуальные USB-устройства, не поддерживаемые физическими устройствами. В Linux контроллеры VHCI используются для доступа к USB-устройствам с удаленных машин, подключенных по уже известному нам протоколу USBIP.
VHCI является эквивалентом драйвера хост-контроллера (HCD) и отвечает за обработку URB-запросов. И VHCI, и HCD отвечают за обработку URB-запросов, полученных от ядра и делят их на более простые запросы, именуемые как Transfer Descriptions (дескрипторы передачи TD) для их дальнейшей передачи на хост-контроллер интерфейса, он же USB-контроллер (Host Controller Interface HCI). Данный интерфейс работает на уровне физических регистровых передач и обеспечивает коммуникацию с периферийными устройствами, подключенными к USB.
Теперь о том, как USB попадает в сеть. Блок запросов URB преобразуется в блок запроса USB / IP драйвером VHCI и отправляется на удаленный компьютер. Драйвер заглушки также добавлен как новый тип USB PDD. Драйвер-заглушка отвечает за декодирование входящих USB / IP-пакетов с удаленных машин, извлечение URB и последующую отправку их на локальные USB-устройства.
Модуль ядра vhci-hcd — это только виртуальный хост-контроллер, к которому вы можете подключить виртуальные устройства.
Как это устроено в Selectel
Рассмотрим работу с USB-концентратором на примере устройства DistKontrolUSB-16. Для того, чтобы пробросить USB-устройство с порта концентратора, необходимо:
Заключение
Описанная технология способна обеспечить необходимую масштабируемость и гибкость в современной, постоянно изменяющейся среде. Проброс USB-устройств через сеть также обеспечивает надежность за счет ограничения физического доступа к устройствам.
Отсутствует необходимость перемещать оборудование, а безопасность сети повышается за счет возможности использования алгоритмов шифрования и настройки прав доступа. Доступна планировка сценариев для каждого отдельно взятого устройства.
Снижение рисков и затрат на обслуживание, удобство совместного использования ресурсов между рабочими станциями — все это делает технологию usbip конкурентоспособной в отношении безопасной авторизации и передачи данных (с TOTP/HOTP, OCRA) и применимой для решения широкого спектра задач IT.
filecheck .ru
Вот так, вы сможете исправить ошибки, связанные с UsbService.exe
Информация о файле UsbService.exe
Описание: UsbService.exe не является необходимым для Windows. UsbService.exe находится в подпапках «C:\Program Files». Известны следующие размеры файла для Windows 10/8/7/XP 217,088 байт (75% всех случаев), 2,349,640 байт или 921,600 байт. 
Приложение не видно пользователям. Это не файл Windows. Нет более детального описания программы. Процесс слушает или шлет данные на открытые порты в сети или по интернету. UsbService.exe способен манипулировать другими программами, спрятать себя и записывать ввод данных. Поэтому технический рейтинг надежности 64% опасности.
Программа USB to Ethernet Connector или USB Network Gate может быть удалена в Панели управления в разделе программы и компоненты.
Если UsbService.exe находится в папке C:\Windows\System32, тогда рейтинг надежности 68% опасности. Размер файла 768,512 байт (60% всех случаев) или 155,648 байт. У процесса нет видимого окна. Процесс использует порт, чтобы присоединится к сети или интернету. Нет более детального описания программы. Это не системный процесс Windows. Это файл, подписанный Verisign. Поставлена цифровая подпись. UsbService.exe способен манипулировать другими программами, спрятать себя и записывать ввод данных.
Важно: Некоторые вредоносные программы маскируют себя как UsbService.exe. Таким образом, вы должны проверить файл UsbService.exe на вашем ПК, чтобы убедиться, что это угроза. Мы рекомендуем Security Task Manager для проверки безопасности вашего компьютера.
Комментарий пользователя
Лучшие практики для исправления проблем с UsbService
Если у вас актуальные проблемы, попробуйте вспомнить, что вы делали в последнее время, или последнюю программу, которую вы устанавливали перед тем, как появилась впервые проблема. Используйте команду resmon, чтобы определить процесс, который вызывает проблемы. Даже если у вас серьезные проблемы с компьютером, прежде чем переустанавливать Windows, лучше попробуйте восстановить целостность установки ОС или для Windows 8 и более поздних версий Windows выполнить команду DISM.exe /Online /Cleanup-image /Restorehealth. Это позволит восстановить операционную систему без потери данных.
UsbService сканер
Security Task Manager показывает все запущенные сервисы Windows, включая внедренные скрытые приложения (например, мониторинг клавиатуры или браузера, авто вход). Уникальный рейтинг надежности указывает на вероятность того, что процесс потенциально может быть вредоносной программой-шпионом, кейлоггером или трояном.
Бесплатный aнтивирус находит и удаляет неактивные программы-шпионы, рекламу, трояны, кейлоггеры, вредоносные и следящие программы с вашего жесткого диска. Идеальное дополнение к Security Task Manager.
Reimage бесплатное сканирование, очистка, восстановление и оптимизация вашей системы.
Проброс USB-портов из Windows 10 для удалённой работы
Когда человек много лет рыл бункер и запасал там продукты, он должен испытывать глубокое моральное удовлетворение, если бункер понадобился. Он будет довольный заявлять: «А я говори-и-и-ил!» То же касается и того, кто делал запасы продуктов в кладовой, когда все закупались в магазинах только на сегодня. А вот с нашим комплексом для удалённой работы Redd как-то и не хочется злорадствовать. Он проектировался для удалёнки в мирное время. И использовался задолго до первых новостей из Китая.
Давно я про него ничего не писал. Другие проекты отвлекают, да и интерес, судя по рейтингу последней из опубликованных статей, уже упал. Сил на подготовку статьи отнимают много, и это имеет смысл делать только если оно нужно достаточному числу читателей.
Но так как сейчас удалёнка у всех на устах, возникло желание поделиться одной наработкой, которая может кому-то помочь. Это не наша разработка, я проводил исследования в рамках работы над сервисом удаленной работы с отладочными платами All-Hardware. Вот их результаты сейчас и опишу. Проект USB/IP известен многим. Но он давно свёрнут авторами. Самые свежие драйверы были под WIN7. Сегодня я опишу, где скачать вариант для WIN10, и покажу, как я его проверял. Кроме того, разработчики современного аналога уверяют, что у них сделан не только Windows-клиент, но и Windows-сервер (правда, в этом режиме я тестирование не вёл: задача того не требовала). Но кому-то это тоже может оказаться полезным.
Введение
Сначала краткий рассказ, что такое USB/IP. Это комплекс программ, которые позволяют пробросить USB-устройство через сеть. Само устройство подключено к серверу. Клиент располагается на другой машине. При этом на клиентской машине имеется приложение, совершенно не рассчитанное на работу с сетью. Оно хочет настоящее USB-устройство. И оно получает информацию, что это устройство подключено. На это устройство встаёт штатный драйвер. В общем, клиент считает, что он работает с локальным USB-устройством.
Кто-то так пробрасывает ключи защиты. Мы же проверяли возможность удалённого доступа к JTAG-адаптеру.
Проект USB/IP активно развивался до 2013 года. Затем Windows-ветка остановилась. В целом, был выпущен даже двоичный подписанный драйвер. Но он был под Windows 7. Linux-ветка же продолжила развитие, и этот сервис оказался встроенным в саму операционную систему. По крайней мере, в сборку Debian он точно встроен. Причём для Linux имеется и клиент, и сервер, а для Windows исходно был сделан только клиент. Сервер под Windows сделан не был.
Существует очень хорошая статья на Хабре, которую можно использовать и как справочник по работе с данным сервисом, и как отзыв о работе с ним.
Вариант под актуальную версию Windows
Но как бы ни была хороша Windows 7, а она уже мертва. В рамках работ над All-Hardware мы рассматривали разные варианты решения одной из проблем, и надо было просто проверить ряд альтернатив по принципу «подойдёт — не подойдёт». Тратить много человеко-часов на проверку было невозможно. А переделка драйвера под Windows 10 могла затянуть в себя. Поэтому был проведён поиск в сети, который вывел на проект usbip-win. На момент его обнаружения свежий вариант был датирован 23 февраля 2020 года, то есть проект живой. Он может быть собран и под WIN7, и под WIN10. К тому же, в отличие от оригинального проекта, может быть собран не только Windows-клиент, но и Windows-сервер.
Я проверил, проект прекрасно собирается и устанавливается, поэтому дальнейшая работа велась с ним. В файле readme есть ссылка на готовый двоичный код для тех, кто не хочет самостоятельно производить сборку.
Грустная часть проверки: серверная часть
Сначала я расскажу, как проводилась проверка в рамках нашего проекта. Там всё кончилось не очень хорошо. Проверяли адаптер ST-LINK, установленный в корпус комплекса Redd, благо я уже отмечал, что в комплексе используется ОС Linux сборки Debian, а эта сборка содержит встроенный сервис USB/IP.
Согласно статье, устанавливаем сервис:
Дальше в статье подробно рассказано, как автоматизировать процесс загрузки сервиса. Как я разбираюсь в Линуксе, я уже многократно писал. Плохо разбираюсь. У меня нет привычки с умным лицом цитировать чужие тексты, слабо понимая суть. Поэтому я ещё раз напомню ссылку на замечательную статью, где всё рассказано, а сам покажу, что делал я при каждом старте ОС (благо всё было нужно только для проверки):
Назначение первых двух из вышеприведённых заклинаний мне неизвестно, но без них не создаются какие-то каталоги, а без этих каталогов потом не будет экспорта USB-порта. Каталоги создаются только до перезапуска системы. Так что создавать их надо каждый раз. Третья строка — с нею всё понятней, она запускает сервис.
Теперь смотрим, как зовут устройство:
Получается, что нам нужно устройство и busid, равным 1-5.4.1.3.
Всё, сервер готов к работе.
Грустная часть проверки: клиентская часть
В Windows устанавливаем драйвер (делаем это только один раз, дальше он будет всегда установлен). Для этого запускаем от имени администратора файл usbip.exe с аргументом install:
Теперь смотрим, доступно ли нам устройство:
Убеждаемся, что оно присутствует в списке. Ну, и подключаем его:
В менеджере устройств появляется новое USB-устройство, Keil его прекрасно видит…
Но на этом всё приятное кончается. Небольшая программа заливается во флэшку около минуты. Попытки шагать по строкам идут от 5 до 20 секунд на каждую строку. Это неприемлемо. Во время паузы в обе стороны идёт трафик примерно 50 килобит в секунду. Долго и вдумчиво идёт.
Честно говоря, ограничение по времени привело к тому, что я только предполагаю, почему всё было так плохо. Подозреваю, что там по сети бегает JTAG-трафик. А он бегает небольшими пакетами в обе стороны, отсюда и проблемы. Так было завершено исследование с результатом: «Для проекта не подходит».
Более весёлая часть: подготовка
Ещё тогда мне запало в голову, что я краем глаза видел, что в JTAG-адаптере CMSIS DAP по USB ходит не чистый JTAG-трафик, а команды. Сам JTAG-трафик формируется уже внутри адаптера. Давно хотел проверить это, да всё руки не доходили. Массовый перевод на удалёнку заставил это сделать (возникла задачка). Что такое CMSIS DAP? Это JTAG-адаптер, рекомендованный самой компанией ARM для контроллеров Cortex-M. Исходные коды для разных контроллеров выложены на GitHub, можно спаять адаптер на базе любого из них. Я сейчас дам ссылку на клон проекта, адаптированный под макетную плату «Голубая пилюля»: https://github.com/x893/CMSIS-DAP, но поисковые системы могут вывести и на официальный аккаунт ARM.
Чтобы не тратить на сервер целую PC, для проверки, я сделал этакий комплекс Yelloww (чисто по цвету пластика, из которого сделан корпус):
Роль сервера выполняет Raspberry Pi с установленной ОС Raspbian (это тот же Debian, а значит, там имеется требуемый сервер). Одна из «голубых пилюль» выступает в роли адаптера CMSIS DAP, вторая — в роли отлаживаемого устройства.
Точно так же ставим и настраиваем сервис. Разве что здесь список устройств, допустимых к экспорту, намного скромнее:
Понятно, что здесь экспортируем и импортируем устройство busid=1-1.4.
И вот тут конкретно с CMSIS DAP у меня периодически возникает небольшая проблемка. В менеджере устройств я вижу такую неприятность:
Напомню, что статья пишется по принципу «Лучше неплохая, но сегодня, чем идеальная, но завтра». Проблемы удалённой работы возникают прямо сейчас. Надеюсь, в обозримом будущем они уже будут не актуальны. А пока актуальны — показываю, как я обхожу данную проблему вручную. Сначала я отключаю устройство:
Затем сразу же включаю:
И оно начинает работать без проблем. В Keil меняем отладчик на CMSIS DAP:
При работе по локальной сети всё просто летает. Но понятно, что локальная сеть никому не интересна. Я попробовал пробросить порт устройства у себя дома, а затем удалённо зайти на машину на работе и потрассировать «прошивку» оттуда. Связь у моего домашнего провайдера весьма и весьма тормозная, особенно — от меня наружу. Прошивается контроллер примерно втрое медленнее, чем при прямом подключении к USB. Трассировка… Ну около секунды на строку, точно не больше. В общем, терпимо. С хорошими провайдерами, надеюсь, будет лучше.
Заключение
Проект usbip-win является современной заменой для проекта USB/IP. Он живёт и развивается. При этом он предоставляет для ОС Windows не только функцию клиента, но и функцию сервера. Совместимость с Linux-версией сохранена.
Устойчивость работы удалённого USB-устройства неожиданно поразила. Я был уверен, что возникнут таймауты. Возможно, где-то они и возникнут, но для JTAG-адаптеров не было замечено ни одного сбоя. К сожалению, не все USB-устройства могут быть проброшены через сеть по причине низкого быстродействия получившейся системы. Но в случае с JTAG-адаптерами можно рассмотреть альтернативные вещи. В частности, CMSIS-DAP вместо ST-LINK.
Оба рассмотренных проекта (usbip-win и CMSIS-DAP) могут быть скачаны с GitHub в виде исходных кодов.
Если это поможет кому-то организовать удалённый доступ к оборудованию, я буду рад. Использование Raspberry Pi позволит бросить оборудование в произвольных местах.
Работа с устройствами USB в Android
В недавней статье на Geektimes в комментариях возник вопрос о поддержке в ОС Android периферии, подключенной к шине USB. Действительно, большинство вендорского ПО, к примеру, для работы с принтерами и МФУ, поддерживает только подключение по сети. Однако это не означает, что в самой ОС Android нет такой возможности — это означает лишь то, что большинство устройств не имеют полноценного USB хоста, и далеко не все имеют поддержку OTG. По сети же могут работать абсолютно все без исключения.
Большинство устройств на Android при наличии порта OTG поддерживают на уровне системы (ядра Linux или стандартных компонентов Android) следующие классы устройств:
Подробнее список устройств, поддерживаемых на уровне ядра Linux, можно получить в sysfs:
$ ls /sys/bus/usb/drivers
Если же модуль в принципе доступен в исходниках ядра Linux, но не включен в Android — не стоит рассчитывать на то, что его получится собрать и расставить на все целевые системы.
Однако, начиная с Android 3.1 (API 12), в системе содержатся средства, достаточные для поддержки на уровне приложения любой USB периферии. Данные средства описаны в разделе USB Host руководства по Android API. Здесь же я хочу привести примеры реальной работы с некоторыми видами устройств.
Права доступа
Как и для прочих действий, Android требует, чтобы приложение получило разрешение на доступ к USB периферии. Существует 2 способа получить такое разрешение:
Итак, нам необходимо добавить в манифест следующее:
А в res/xml/device_filter.xml вписать следующее:
Отмечу, что хотя общепринято указывать VID:PID в 16-ричной системе счисления, здесь они должны быть указаны в десятичной. В документации заявляется, что возможно указание только класса, без VID и PID, но у меня это не стало работать.
Принтеры
На примере принтера я покажу, как непосредственно использовать API android.hardware.usb. На уровне передачи данных все принтеры поддерживают стандартый класс USB устройств:
Класс предельно простой. В рамках этого класса устройство должно поддерживать:
Код, приведенный ниже, предоставляет функциональность, аналогичную устройству /dev/usb/lp в Linux. Далее нам нужен фильтр, преобразующий исходный документ в пакет данных, понятный конкретной модели принтера. Но это тема иной статьи. Как один из вариантов — можно собрать ghostscript с помощью NDK.
Для работы с устройством нам в первую очередь нужно:
1. Найти устройство. В примере для простоты я ищу первый попавшийся:
2. Получить endpoint’ы:
3. Непосредсвенно открыть устройство:
4. После этого мы можем читать и писать в устройство:
5. По завершении работы — закрыть устройство:
Преобразователи USB-Serial
В отличие от притеров, преобразователи USB-Serial гораздо менее стандартизированы. Существует несколько распространенных чипов, для которых существенно отличается установка параметров последовательного порта — битрейта, чётности и проч. К счастью, есть библиотека github.com/mik3y/usb-serial-for-android, поддерживающая практически все существующие чипы. Библиотека полностью скрывает USB API, сводя все необходимые действия к минимуму вызовов с минимумом параметров.
1. Найти и открыть устройство:
2. Установить параметры последовательного порта:
3. Читать и писать в порт:
4. По завершении работы — закрыть порт:
Резюме
Надеюсь, что мне удалось показать, что работа с USB периферией достаточно проста и логична. Безусловно, реализация протоколов некоторых конкретных устройств не блещет простотой — но это проявится в любой системе в одинаковой степени.
Все приведенные примеры я взял из реального проекта, лишь исключил очевидные проверки, оставив только ключевые строки.
Учимся работать с USB-устройством и испытываем систему, сделанную на базе контроллера FX3
В двух предыдущих статьях мы сделали USB 3.0 систему на базе контроллера FX3. Пришла пора научиться работать с нею из своих программ для PC. Ну, и попутно понять, насколько получившаяся система пригодна для практического применения. Действительно ли ширины канала хватает на весь поток? И не теряются ли единичные байты из потока? Кто хоть немного поработал тестировщиком, не поверит в то, что если система в принципе работает, значит, работает и в деталях. А я на этой должности проработал лет пять, не меньше, поэтому привык проверять всё на практике. В общем, приступаем.
1 Теория о методах доступа к USB
1.1 Windows
Когда новое, доселе неизвестное системе USB-устройство впервые вставлено в ЭВМ, работающую под управлением Windows, оно отображается в диспетчере устройств с жёлтым знаком вопроса. Это связано с тем, что Windows обязательно нужен драйвер для работы с ним. Давайте я немного порассуждаю про эти драйверы, но не с научной точки зрения, а как инженер, раскрыв чисто практические аспекты, но несколько упростив теорию. Потому что мне не нужно, чтобы все уснули. Мне нужно, чтобы суть была понятна, так что ряд скучных деталей придётся опустить.
1.1.1 Драйверы, работающие на функциональном уровне
Что такое USB-устройство? Это набор конечных точек. Но прикладному программисту, если честно, эти точки не интересны. Давным-давно, ещё в прошлом тысячелетии, когда последовательные порты делались на микросхеме UART16550, под неё был сделан функциональный драйвер для Windows, и все прикладные программисты привыкли работать с абстракциями именно этого драйвера. И с этой привычкой трудно спорить. Представим на минутку, что с переходником USB-COM придётся работать в USB-шном стиле, на уровне конечных точек. Есть идеология CDC: две конечных точки туда-обратно, одна точка статуса в режиме прерываний и определённый набор команд, подаваемых через конечную точку EP0. Это всё описано в стандартах, относящихся к USB.
Всё? Нет, некоторым этого мало! Prolific сделала свой набор команд для точки EP0, не совместимый с CDC. А FTDI – свой. Он не совместим ни с CDC, ни с Prolific. Так что, если бы прикладной программист работал бы с переходниками USB-COM на уровне конечных точек, ему пришлось бы нелегко. К счастью, Prolific и FTDI предоставляют функциональные драйверы для своих чипов, а для CDC функциональный драйвер разработала сама Microsoft и прилагает его в составе Windows. Поэтому прикладной программист понятия не имеет, как работать с конкретным переходником (помню, мы целый NDA лет 15 назад с FTDI подписывали, чтобы получить от них руководство по их командам, причём я сразу же им послал информацию об ошибке в документе, так как пока работали бюрократы, я через дизассемблер всё сам уже успел изучить, так что сразу нашёл несовпадение их описания с моим). На прикладном уровне драйверы всех упомянутых производителей дают интерфейс такой же, как и при работе со старым добрым UART16550.
То же касается и USB-накопителей. Мало кто знает, что физически там две конечных точки. Почти никому не интересно, как там надо гонять пакеты, чтобы посылать команды и данные. Как разруливать ошибки, знает ещё меньше людей. Все работают через драйвер usbstor.sys, предоставляемый Microsoft, который обеспечивает работу точно так же, как и с дисками, подключёнными через локальную шину материнской платы.
Удобно? Однозначно! Но вот мы сделали своё устройство, не совместимое по логике работы ни с каким из стандартных. И что нам теперь, всенепременно писать для него персональный драйвер?
Не обязательно. Если нас устраивает работа на прикладном уровне через конечные точки, то уже имеется целый ряд готовых драйверов, которые позволяют общаться с устройством через них. Некоторые из них мы сейчас и рассмотрим.
1.1.2 CyUSB
С этим драйвером я познакомился раньше других. Было это 12 лет назад. Вот с него и начну рассказ. Правда, скажу лишь вскользь. Фирма Cypress, выпуская замечательные контроллеры FX2LP, просто обязана была сделать драйвер, работающий на уровне конечных точек, чтобы облегчить жизнь своим клиентам. И она его сделала. Кому интересно – ищите по слову CyAPI. Это DLL-ка, предоставляющая ряд функций для прикладного программиста. Я как системщик старался обойтись без DLL, поэтому сделал себе библиотеку, работающую с драйвером на уровне IOCTL запросов.
Главный недостаток данной библиотеки заключается в её лицензионном соглашении. Её можно использовать только с контроллерами Cypress. А чтобы всё было убедительнее, начиная с некоторых версий, драйвер стал просто зависать, если он работает с контроллерами других производителей. По крайней мере, старые версии с AT90USB работали, а более свежие – нет. Поэтому я решил, что не буду пользоваться данным драйвером. Даже написал свой… Но вскоре обнаружился замечательный готовый вариант от Microsoft, и я перешёл на него.
1.1.3 WinUSB
Этот драйвер уходит своими корнями в инфраструктуру UMDF. Когда фирма Microsoft работала над возможностью запускать драйверы на пользовательском уровне защиты, они сделали специальный драйвер-прослойку WinUSB. Но через этот же драйвер можно работать и из обычных прикладных программ, а не только из UMDF-драйверов. Кому интересно – вбейте в поиск WinUSB API. Через эту функциональность можно делать то же самое, что и через CyUSB, но с контроллерами любых производителей.
Сам драйвер входит в состав Windows, поэтому в Win7 его можно было вообще ставить без каких-либо проблем с подписыванием. Можно было создать по инструкции от Microsoft или найти и скачать готовый inf файл, поменять в нём VID/PID на свои и установить. К сожалению, начиная с WIN8, обязательно надо подписывать не только сам драйвер, но и INF файл. Однако никто не мешает поправить VID/PID у устройства на тот, который будет найден. Вот у меня есть вот такой подписанный inf файл.
Раньше таких inf файлов на просторах сети было много. Андроид-телефоны через них подключались. Сейчас надо искать по слову WinUSB.sys внутри. Ну, или «ServiceBinary = %12%\WinUSB.sys».
Я поправил «Прошивку» для FX3 вот так:
И теперь могу собирать варианты хоть под CyUSB, хоть под WinUSB с привязкой к имеющемуся у меня inf файлу. А так — можно перевести ОС в режим, не требующий подписывания драйверов, хоть это и не очень удобно.
1.1.4 Библиотека libusb
Вариант с WinUSB отличный, но не кроссплатформенный. Насколько мне известно, под Linux нет точно такого же API, который предоставляет Microsoft для Windows. Кроссплатформенный вариант – это использование библиотеки libusb. Причём под Windows эта библиотека по умолчанию опирается на всё тот же драйвер WinUSB. Нашли драйвер, накатили его на устройство. Скачали библиотеку, начали через неё работать с этим драйвером. Надо будет – через неё же можно будет работать и под Linux. Замечательно? Да. Особенно если мы разработали полностью своё устройство. Но, увы, я просто обязан указать недостаток данного метода для общего случая.
Когда мы устанавливаем на устройство драйвер WinUSB, мы убираем оригинальный драйвер. В рамках данного блока статей мы теряем возможность общаться с нашим устройством при помощи утилиты ControlCenter. Ну, и я не упоминал в статьях про утилиту Streamer, позволяющую измерять скорость устройства… В общем, ею мы тоже не сможем пользоваться, если заменим штатный драйвер на WinUSB.
В рамках другой задачи мне надо было экспериментировать с аудиоустройствами из своего приложения. При этом я не хотел постигать все тонкости работы с ними. Я хотел только некоторые команды подавать, а чтобы всё остальное за меня делала сама операционка. Но если бы я посадил устройства на WinUSB, ОС бы потеряла контроль над ними и не могла бы оказывать мне всемерное содействие.
Можно ли работать из прикладной программы с устройствами, не пересаживая их на специальный драйвер? В принципе, да (правда, это очень аккуратное утверждение). Давайте я покажу этот метод… Правда, в конце — сильно раскритикую его.
1.1.5 Драйвер UsbDk
Библиотека libusb существует в двух версиях. Версия 0.1 и версия 1.0. Обе версии в настоящее время развиваются, создавая некоторую путаницу. И вот версия 1.0 может работать не только через драйвер WinUSB, но и через драйвер UsbDk. Последний является фильтр-драйвером. Что такое фильтр-драйверы? Вспоминаем детство, сказку о царе Салтане:
Собственно, фильтр-драйвер встаёт на пути IRP-пакетов от прикладной программы к основному драйверу и обратно. IRP — это гонцы, которые бегают туда-сюда. А фильтр-драйвер может их пропустить, не изменяя, а может подменить их содержимое. Он придуман для исправления ошибок, чтобы не менять основной драйвер, а просто немножко подправить пакеты, дабы те не вызывали проблем. Их можно править на прямом и на обратном пути. Но в целом, никто не мешает через этот фильтр-драйвер запустить в основной драйвер запросы от приложения, которое общается именно с фильтром. И UsbDk этим и занимается.
Очень схематично, опустив ряд неважных подробностей, это можно показать так:
Вот тут мы видим, что фильтр-драйвер UsbDK подсел на пути пакетов к нашему устройству (на самом деле, он подсел на пути ко всем USB-устройствам, так как прицепился к драйверу класса USB):
Если при открытии библиотеки libusb 1.0 сказать:
то она будет использовать в качестве основы не WinUSB, а UsbDk. Ура? Не совсем. Приведу минимум две проблемы, создаваемые при использовании данного пути.
Первая проблема организационная. Если мы запустили программу, поработали, вышли, то всё будет хорошо. Но вот мы запустили программу, начали работать, а потом почему-то прервались. Да хоть у меня стояла точка останова, исполнение прервалось, я осмотрел переменные, увидел, что программа работает неверно, и завершил её. Могу я так сделать? Дело-то житейское при разработке программы. Или просто зациклилась она. В общем, мы её прервали. Снова запускаем – устройство уже не открывается. Смотрим код ошибки – он очень интересный.
И всё. Выдёргивать-вставлять USB-кабель – бесполезно. Только полная перезагрузка Windows спасёт Отца Русской Демократии. Когда перезапускаешься третий-четвёртый раз за час – это начинает несколько раздражать. Поиск в сети не дал никаких результатов. Попытка бегло осмотреть исходники UsbDk – тоже, а на детальные разбирательства нет времени. Может, кто в комментариях чего подскажет…
Но на самом деле, эта проблема раздражает, но не является фатальной. Вторая проблема более серьёзная. Вот я поставил VirtualBox. Я просто запустил виртуальную машину и хочу подключить к ней, скажем, бластер. И что получаю?
Аналогично – любое другое устройство.
Поиск по сети даёт много вариантов типа: «У меня всё заработало после того, как я потёр заячьей лапкой по бубну из кожи тушканчика, спрыснутому кровью семидесятидвухлетней девственницы, полученной…» … Что там дальше в рецепте — сейчас уже не помню… Тем более, мне он не помог… Более осмысленные рекомендации требуют сносить фильтр-драйверы USB, пока не полегчает. Проблема уходит, когда сносишь именно UsbDK. Ну, значится, так тому и быть. Хотя для экспериментов с аудио, других приемлемых вариантов я не нашёл. Так что драйвер я снёс, но дистрибутив – оставил. Пригодится. Именно поэтому описываю эту методику. Ну, и вдруг кто в комментариях подскажет, как обходить эти две проблемы. Тогда станет совсем здорово.
Итого, сегодня мы будем работать через библиотеку libusb, посадив устройство на драйвер WinUSB. Да, мы потеряем возможность работать с устройством через стандартные приложения от Cypress. Зато всё будет стабильно и хорошо.
1.2 Linux
1.2.1 Драйвер
Я уже много раз писал, что не очень сильно разбираюсь в уходе за пингвинами, поэтому просто перескажу слова своего начальника, опрошенного специально для написания данной статьи.
Некоторые устройства уже поддержаны в Линуксе по классу, либо по VID/PID. Вот, скажем, я подключил макетную плату ICE40 с ПЛИС Latice и подал сначала команду lsusb, чтобы увидеть USB устройства, а затем – уже полюбившуюся нам по прошлым статьям команду:
ls –l /dev/serial/by-path, чтобы увидеть, что мост фирмы FTDI сам прикинулся двумя последовательными портами.
С такими устройствами, если ничего не предпринимать, можно работать только на функциональном уровне. Однако, если функциональный драйвер не подключился, как уверяет начальник, в отличие от Windows такие устройства не станут неизвестными (а потому недоступными). Напротив, с ними можно сразу и без какой-либо подготовки работать через библиотеку libusb. А разработанное нами устройство относится к таковым. Поэтому никакой подготовки для начала работы не требуется. Надеюсь, начальник меня не обманул.
Правда, есть чисто организационная подготовка, которую мы вынесем в собственный раздел.
1.2.2 Отключение требований прав администратора при работе с USB-устройствами
Главная особенность USB-устройств в Linux состоит в том, что по умолчанию для доступа к ним надо обладать правами администратора. То есть, для сборки «прошивки» для ПЛИС ICE40 (к теме статьи они не относятся, но по проекту я сейчас их осваиваю, причём под Linux, так что скриншоты готовить проще для них) мне достаточно набрать make, а вот если для «прошивки» я наберу make prog, то получу такое сообщение:
Не хватает прав. Надо набирать sudo make prog.
Чтобы понизить требуемые права, надо прописать правила. А чтобы быстро выяснить, как их прописать, я обычно даю такой запрос Гуглю:
Ссылок будет много, все они разной степени шаманства. Вот более-менее подробная ссылка:
Using USB Blaster / USB Blaster II under Linux | Documentation | RocketBoards.org
Вообще, мне стало интересно, и я вбил в Гугля строку поиска
/etc/udev/rules.d/
Он нашёл мне много статей про udev. Некоторые более теоретические. Некоторые слишком практические. Пересказывать их не вижу смысла. При желании вы можете погуглить сами. Дам только ссылку на статью, которая мне кажется хорошо сбалансированной по теории и практике:
Igorka: Знакомство с udev в ubuntu
Итак. Иду в каталог /etc/udev/rules.d. Вижу файл 70-snap.snapd.rules, в котором есть правило, относящееся ко всем FTDI чипам:
FTDI-based serial adapters:
Не понимая до конца, что творю, запускаю не просто mc, а sudo mc и в его редакторе создаю файл /etc/udev/rules.d /71-ice40.rules со следующим содержимым:
Закрываю терминал с админскими правами, открываю новый, с правами обычными. Отключаю-включаю устройство, и… Вуаля! Оно уже доступно без прав администратора!
Поэтому можете просто повторить мои шаманства, можете – почитать теорию по ссылкам, после чего у вас всё получится уже с пониманием физики процесса. А так – в рамках данной статьи я буду работать только через Windows, но через кроссплатформенную библиотеку libusb версии 1.0 (не путать с 0.1). Поэтому в Линуксе прописывать правила для устройства FX3 не буду.
2 Практика
Ох, и огромный сегодня получился теоретический раздел! Но наконец, мы владеем достаточным количеством знаний, чтобы приступить к опытам. Напомню, я буду работать в ОС Windows, пользуясь библиотекой libusb 1.0, опираясь на драйвер WinUSB. Я сейчас осваиваю работу с кроссплатформенной библиотекой Qt, поэтому буду разрабатывать код под неё.
2.1 Добавляем libusb в проект
Я скачал библиотеку libusb и распаковал её в каталог своего проекта. Чтобы подключить её к проекту, в файл *.pro пришлось добавить блок:
2.2 Класс для доступа к библиотеке
Обычно примеры для статей я пишу в слитном стиле. Но сегодняшний код получился несколько запутанным, поэтому пришлось вынести работу с платой FX3 в примитивный класс. Вот его интерфейсная часть:
По функциям мы ещё пройдёмся, а пока я отмечу то, что у класса есть переменная-член, хранящая указатель на контекст, который будет нужен для вызова некоторых функций тонкой настройки библиотеки, и манипулятор (в простонародии — хэндл) устройства, необходимый для обращения к устройству.
В конструкторе происходит инициализация и тонкая настройка библиотеки:
Как видим, возможна работа библиотеки через драйвер CyUSB и фильтр UsbDk, но сейчас она отключена. И мы включаем расширенную диагностику работы библиотеки. Все сообщения о проблемах будут сыпаться в окно отладочного вывода. Помните, я показывал сообщение об ошибке при работе UsbDk? Без этой опции никто бы ничего не узнал. Ошибка и ошибка.
Деструктор, соответственно, всё деинициализирует. Класс тестовый, заботиться о наличии дополнительных пользователей библиотекой нет смысла. Так что просто деинициализируем и всё.
Подключение к устройству интересно лишь тем, что может работать по разным парам VID/PID. Как я уже говорил, я могу собирать «прошивку» под штатные VID/PID от Cypress, если идёт работа через UsbDk, и под те, на которые у меня нашёлся inf-файл, устанавливающий драйвер WinUSB. В остальном, ничем не примечательные типовые вызовы функции библиотеки libusb:
Ну, и отключаемся от устройства тоже типовым методом:
Собственно, всё. Функцию чтения из устройства я буду вызывать напрямую. Это противоречит принципам проектирования классов, но для опытов сойдёт. Я просто заметил, что код инициализации сильно разросся и отделил его от основного кода, вынеся в класс. А чтение — оно в одну строку выполняется, его отделять было не нужно.
2.3 Тестовая программа
Программа состоит из функции main() и тестовой функции.
Тестовая функция делится на две части. Первая часть измеряет скорость передачи данных. Вторая — проверяет то, что данные из счётчика приходят с инкрементом. При обнаружении разрыва – сведения об этом выдаются в консоль отладочного вывода. Собственно, вот текст функции:
В будущем я планирую вызывать эту функцию многократно, но пока — функция main() вызывает её один раз:
Собственно, и вся программа.
2.4 Результат тестового прогона
2.4.1 Скорость
При тестовом прогоне мы видим, что скорость близка к требуемой. Напомню, что источник гонит 16-битные данные на скорости 60 МГц, так что нам требуется поток 120 миллионов байт в секунду. Когда на временных диаграммах наблюдался огромный дефицит колбасы, скорость была всего 30 Мегабайт в секунду. Даже меньше, чем практически достижимая скорость на шине USB 2.0. Так что текущие результаты вполне приемлемые.
Правда, чтобы окончательно успокоиться, я решил немного поэкспериментировать со скоростью. Чаще всего она была равна 119 0XX XXX байт в секунду. Изредка – 119 4XX XXX. Ну, и совсем редко – промежуточные значения, похожие на указанные выше. Сначала я решил, что это могут быть ошибки округления. У нас идёт округление показаний таймера, и возникают округления при делении. Тогда я переписал вычисление скорости так (перешёл на наносекунды и стал умножать перед делением, чтобы минимизировать ошибку округления):
Результат ничуть не изменился. Следующее подозрение было, что источник имеет некоторую ошибку кварцевого резонатора и шлёт данные чуть медленнее, чем надо. Но другая плата даёт точно такие же показания! Значит, дело не в экземпляре. Мало того, осциллограф (правда, весьма дешёвый китайский) говорит, что тактовая частота нисколько не занижена, даже чуть завышена.
Тогда я полез в исходники библиотеки libusb и просто-таки утонул в коде, который исполняется при ожидании конца передачи данных. Там такая цепочка функций – просто закачаешься! И много, где может возникать задержка. Но давайте прикинем, какова задержка.
120 мегабайт в секунду… Округлим до ста. Это 1 мегабайт в 10 миллисекунд. А у нас просадка как раз на 1 мегабайт. Неужели начало и конец прокачки съедают так много времени? Как бы проверить хотя бы начерно? Я решил переписать на пробу код под прямой вызов WinUSB API. Полностью объяснять я его не стану, там устройство открывается хитро, через SetupDi API. Я просто воспользовался готовыми своими старыми классами, поэтому всё было сделано под Visual Studio. Но вместо страшных километровых текстов ожидания завершения библиотеки WinUSB, моя функция чтения выглядит вполне канонически:
А тест теперь выглядит так:
Теперь скорость стабильно находится в районе 119 2XX XXX байт в секунду. Вот какой красивый результат я подловил для красного словца:
А вот результат нескольких прогонов подряд:
В общем, никто не запрещает просадке возникать и на входе-выходе в функцию чтения. Если разрывов в показаниях счётчика не будет, то и ладно.
2.4.2 Пропуски в показаниях счётчика
Но на тему разрывов у нас тоже имеется пара строк в выводе основной тестовой программы:
Имеется два нарушения последовательности счёта. Неужели мы нарвались на выпадение данных? К счастью, всё в порядке. Множественные прогоны говорят, что проблемы всегда в одном и том же месте. И мы с таким уже сталкивались в одной из старых статей. У нас есть две точки буферизации данных: буфер контроллера и FIFO в ПЛИС. Готовы ли мы принимать данные или нет, они с выхода счётчика будут заливаться в буфер FX3. Когда тот переполнится, заливка остановится. Кроме буфера FX3, есть ещё FIFO в ПЛИС. Вот у нас и имеется две ёмкости, которые заполнились, но счётчик продолжил работу. При чтении мы увидели разрывы в счёте.
Соответственно, мы наблюдаем явление переходных процессов. При реальной работе надо будет настроить источник так, чтобы он не заполнял буфер данными, пока мы не готовы их принимать (собственно, в статье про голову USB-Анализатора мы уже делали такую функцию через добавление бита «Go»), а пока – просто будем игнорировать ошибки в этой области. Считаем, что это – не баги, а фичи. Меняем проверку разрывов на такую:
Делаем массовый прогон для такого варианта… И тут я понял, кто даёт задержку… Отладочный вывод. Вот так всё выглядит:
Масса вспомогательных текстов, выдаваемых библиотекой. Ну и отлично. Закомментируем в конструкторе класса, обслуживающего libusb, строку:
// libusb_set_option(m_ctx, LIBUSB_OPTION_LOG_LEVEL, LIBUSB_LOG_LEVEL_DEBUG);
Получаем красоту, ничем не отличимую от того, что мы получали при прямом вызове WinUSB API (жаль только, что не идеальный результат):
Но главное – нет сообщений про разрывы в показаниях счётчика (известные точки разрывов мы игнорируем).
А что там нам про таймауты промежуточные говорили? Попробуем читать не 128, а 32 мегабайта! Получаем уже скорость вплоть до 119 8XX XXX мегабайт в секунду!
В общем, всё хорошо… Кроме одного. Я нашёл такой нестандартный вариант теста, при котором штатная «прошивка» FX3 подвисает. Но статья получилась такой большой, что как это найти, а главное – как исправить, я расскажу в следующий раз.