一、客户问题

  • 现象：客户端 App 在用户态读取 device 的连接状态时，出现以下异常：

    • 拔出线缆：用户态没有获取到 disconnect，获取到了suspend
    • 插入线缆：用户态首先获取到 disconnect，再获取到 connect
    • 用户需求：断开线缆时能立马在用户态获取到disconnect

  • 客户对齐：明确客户读取的是用户态的哪个状态？

    • udc state：cat /sys/class/udc/f8180000.usb/state （udc驱动状态，usb_gadget_set_state接口更新）

    • gadgetfs：usb/gadget/legacy/inode.c（gadget设备状态，call_gadget接口更新），比如当dwc2状态改变比如suspend，调用call_gadget(hsotg, suspend)，执行流程如下：

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      call_gadget(hsotg, suspend) -> composite_suspend -> gadget设备的suspend -> gadgetfs_suspend

      inode.c上报状态实现:

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  /* 最终inode.c中的gadgetfs_suspend，
 * 通过next_event()上报事件到userspace，
 * 用户态读取对应节点即可获取gadget设备状态 */
  static void gadgetfs_disconnect (struct usb_gadget *gadget)
  {
	struct dev_data *dev = get_gadget_data (gadget);
	...
	INFO (dev, "disconnected\n");
	next_event (dev, GADGETFS_DISCONNECT);
	ep0_readable (dev);
	...
    }

static void gadgetfs_suspend (struct usb_gadget *gadget)
{
	struct dev_data *dev = get_gadget_data (gadget);
	...
	INFO (dev, "suspended from state %d\n", dev->state);
	next_event (dev, GADGETFS_SUSPEND);
	ep0_readable (dev);
	...
}

static struct usb_gadget_driver gadgetfs_driver = {
	....
	.disconnect	= gadgetfs_disconnect,
	.suspend	= gadgetfs_suspend,
	...
};
  • 客户对齐：使用的是gadgetfs上报的gadget设备状态，不是udc驱动层的状态

二、原因分析

  1. 在 dwc2 USB IP (device 模式) 下，硬件 没有寄存器可以直接判断线缆是否断开：

    gintsts_register

  2. 线缆移除时，device 只会产生 suspend 中断，中断函数回调 gadget 注册的 suspend 。

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    static void dwc2_handle_usb_suspend_intr(struct dwc2_hsotg *hsotg)
    {
    	......
    	if (!hsotg->params.no_clock_gating)
    		dwc2_gadget_enter_clock_gating(hsotg);

    	/* Change to L2 (suspend) state before releasing spinlock */
    	hsotg->lx_state = DWC2_L2;

    	/* Call gadget suspend callback */
    	call_gadget(hsotg, suspend);
    	......
    }

  3. 插入线缆后，触发 dwc2_hsotg_irq: USBRst，调用 dwc2_hsotg_disconnect，触发gadget回调，通知gadgetfs disconnect，最后枚举完又会调用到connect相关函数，触发底层gadgetfs通知用户层connect，这就是为什么插入线缆，在用户层检测到先来一个disconnect，再检测到connect的原因：

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    static irqreturn_t dwc2_hsotg_irq(int irq, void *pw)
    {
    	......
    	if (gintsts & (GINTSTS_USBRST | GINTSTS_RESETDET)) {
    		/* Report disconnection if it is not already done. */
    		dwc2_hsotg_disconnect(hsotg);
    	}
    	......
    }

    void dwc2_hsotg_disconnect(struct dwc2_hsotg *hsotg)
    {
    	......
    	// 回调gadget的disconnect，触发gadgetfs更新用户态的gadget状态
    	call_gadget(hsotg, disconnect);
    	hsotg->lx_state = DWC2_L3;
    	// 更新用户态udc驱动的状态
    	usb_gadget_set_state(&hsotg->gadget, USB_STATE_NOTATTACHED);
    }

三、方案讨论

3.1 phy vbus 方案

通过读取phy offset为0x13的地址，bit 1表示当前vbus的状态：

phy_vbus

通过dwc2控制器来读取phy offset的数据：

GPVNDCTL

3.2 临时方案：用户空间补丁

  1. 内核默认参数
    no_clock_gating = false
    power_down = DWC2_POWER_DOWN_PARAM_NONE
    以上参数导致：suspend中断函数会将PHY clock关闭省电，导致VBUS 不可用，不可以通过读取phy的vbus来区分是suspend还是断开线缆，dwc2默认这个参数，本意就是不区分suspend和断开，毕竟断开线缆后触发的suspend中断中，也是调用call_gadget(hsotg, suspend)

  2. 解决方案
    用户不区分是suspend还是disconnect的情况下，在应用层中判断：当 App 读取到 suspend 状态时，读取 USB PHY VBUS 寄存器。 该寄存器能反映 VBUS 电压，不管是断开线缆还是host主动发起suspend，都会进入suspend中断，内核默认参数配置下会将phy clock关闭，所以这两种情况读出来VBUS都为0，都当成disconnect处理。

  3. 情况举例

  • 情况一：Suspend + Resume

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    1. Host suspend → Device suspend intr → 关闭phy clock(VBUS=0) 
       -> gadget suspend -> gadgetfs上报用户态 -> 应用层读取vbus为0，通知为disconnect。
    2. Host Resume → Device dwc2_handle_wakeup_detected_intr 
       -> 恢复phy clock(VBUS=1) → gadget resume -> gadgetfs上报用户态 -> 通知为resume。

  • 情况二：Disconnect + connect

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    1. Host disconnect → Device suspend intr → 关闭phy clock(VBUS=0) 
       -> gadget suspend -> gadgetfs上报用户态 -> 应用层读取vbus为0，通知为disconnect。
    2. Host connect → dwc2_hsotg_irq -> 后续参考：`原因分析章节第三点`
  1. 风险分析：
  • 如果 Host 主动发送 suspend，此时读取 PHY VBUS 依然会得到 0
  • 因为：默认情况下: no_clock_gating = false, 不管是suspend还是disconnect，都会导致 PHY clock关闭，VBUS 不可用。导致无法准确区分 suspend 与 disconnect 状态。

3.3 最终方案：内核空间补丁

3.3.1 params.c

修改内核默认参数
no_clock_gating = true
power_down = DWC2_POWER_DOWN_PARAM_NONE
以上参数配置：suspend中断函数不会将PHY clock关闭省电，通过读取phy的vbus来区分是suspend还是断开线缆
params_patch

3.3.2 core_intr.c

1. 修改suspend中断服务函数，在里面读取vbus区分suspend和disconnect

core_intr_patch_1

2. 修改resume中断服务函数，正确处理resume恢复动作

core_intr_patch_2

3.3.3 u_serial.c

cdc gadget测试，Windows休眠后挂起时 tty 关闭了，resume时需要修改，防止访问空指针

u_serial_patch

四、测试步骤

disconnect测试热拔插线缆即可

4.1 Linux测试suspend

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anlogic@anlogic-Vostro-3660:/sys/bus/usb/devices/usb1/1-1$ cat configuration
CDC ACM config
anlogic@anlogic-Vostro-3660:/sys/bus/usb/devices/usb1/1-1$ echo auto | sudo tee ./power/control
auto
anlogic@anlogic-Vostro-3660:/sys/bus/usb/devices/usb1/1-1$ echo on | sudo tee ./power/control
on
anlogic@anlogic-Vostro-3660:/sys/bus/usb/devices/usb1/1-1$ cat /dev/ttyACM0
hello


host确定 gadget device：
cat configuration

host挂起(suspend) gadget device：
echo auto | sudo tee ./power/control

host唤醒 gadget device：
echo on | sudo tee ./power/control

测试是否恢复正常工作：
host：    cat /dev/ttyACM0
device：echo hello > /dev/ttyGS0

gadget device查看状态：
cat /sys/class/udc/f8180000.usb/state
not attached或者configured

4.2 Windows测试suspend

不同电脑的usb现象不同，同一台电脑的不同usb端口现象也不同：

  1. 有点电脑点击休眠，usb直接断电，唤醒后重新供电，相当于热拔插。

  2. 有的电脑点击休眠，usb持续供电，不发送suspend，唤醒后直接工作。

  3. 有的电脑点击休眠，usb持续供电，不发送suspend，唤醒时，掉电再上电，相当于热拔插。

  4. 有的电脑点击休眠，usb持续供电，发送suspend，唤醒发送resume，触发device resume流程。

以上所有场景，在最终方案中，使用内核自带的cdc gadget测试都可pass。