USB over

USB over

Иногда возникает желание работать с устройством, подключенным по USB, не держа его на столе рядом с ноутбуком. У меня таким устройством является китайский гравёр с лазером на 500 мВт, штука довольно неприятная при близком контакте. Помимо непосредственной опасности для глаз, в процессе работы лазера выделяются токсичные продукты горения, поэтому устройство должно находится в хорошо проветриваемом помещении, и желательно изолированно от людей. А как же таким устройством управлять? Ответ на данный вопрос я случайно нашел, просматривая репозиторий OpenWRT в надежде найти достойное применение старенькому роутеру D-Link DIR-320 A2. Для подключения решил использовать описываемый на Хабре ранее USB over IP tunnel, однако все инструкции по его установке успели потерять актуальность, поэтому пишу свою.
OpenWRT — операционная система, не нуждающаяся в представлении, поэтому её установку расписывать не буду. Для своего роутера взял последний стабильный релиз OpenWrt 19.07.3, и подключил его к основной точке доступа по Wi-Fi в качестве клиента, выбрав режим lan, чтобы не мучать файрвол.

Серверная часть

Действуем согласно официальной инструкции. После подключения по ssh устанавливаем необходимые пакеты.
root@OpenWrt:~# opkg update root@OpenWrt:~# opkg install kmod-usb-ohci usbip-server usbip-client
Далее подключаем к USB-порту роутера наше устройство (в моём случае устройства: USB-хаб, флешку, на которую смонтирована файловая система роутера (ввиду нехватки места на внутреннем накопителе), и, непосредственно, гравёр).
Пробуем вывести список подключенных устройств:
root@OpenWrt:~# usbip list -l
Пусто.
Путём гугления был найден виновник, им оказалась библиотека libudev-fbsd.
Вытаскиваем руками из репозитория последнюю рабочую версию libudev_3.2-1 из релиза OpenWRT 17.01.7 под свою архитектуру, в моём случае это libudev_3.2-1_mipsel_mips32.ipk. С помощью wget/scp загружаем её в память роутера и переустанавливаем
root@OpenWrt:~# opkg remove —force-depends libudev-fbsd root@OpenWrt:~# opkg install libudev_3.2-1_mipsel_mips32.ipk
Проверяем:
root@OpenWrt:~# usbip list -l — busid 1-1.1 (090c:1000) Silicon Motion, Inc. — Taiwan (formerly Feiya Technology Corp.) : Flash Drive (090c:1000) — busid 1-1.4 (1a86:7523) QinHeng Electronics : HL-340 USB-Serial adapter (1a86:7523)
Китаец, подключенный в USB-хаб, получил bsuid 1-1.4. Запомнили.
Теперь запускаем демон:
root@OpenWrt:~# usbipd -D
и биндим китайца
root@OpenWrt:~# usbip bind -b 1-1.4 usbip: info: bind device on busid 1-1.4: complete
Проверяем, что всё работает:
root@OpenWrt:/home# netstat -alpt Active Internet connections (servers and established) Proto Recv-Q Send-Q Local Address Foreign Address State PID/Program name tcp 0 0 0.0.0.0:3240 0.0.0.0:* LISTEN 1884/usbipd
Чтобы далее биндить девайс автоматически, подредактируем /etc/rc.local, добавив перед exit 0 следующее:
usbipd -D & sleep 1 usbip bind -b 1-1.4

Клиентская часть

Попробуем поключить устройство к Windows 10, используя вышеупомянутую инструкцию с openwrt.org. Сразу скажу: затея обречена на провал. Во-первых, рассматривается только Windows 7 x64. Во-вторых, дана ссылка на тред на sourceforge.net, в котором предлагается скачать с дропбокса патченый в 2014 году драйвер. При попытке запустить его под Windows 10 и подключиться к нашему устройству получаем ошибку:

c:\Utils\usbip>usbip -a 192.168.31.203 1-1.4 usbip for windows ($Id$) *** ERROR: cannot find device
Связано это с тем, что клиент не работает с сервером, собранным под ядро старше версии 3.14.
Сервер usbip под OpenWRT 19.07.3 собран на ядре 4.14.180.
Продолжая поиски, натыкаюсь на актуальную разработку виндового клиента на github. Ок, заявлена поддержка Windows 10 x64, но клиент исключительно тестовый, поэтому присутствует ряд ограничений.
Итак, сначала просят установить сертификат, притом дважды. Ок, помещаем его в Trusted Root Certification Authority и Trusted Publishers.
Далее необходимо перевести операционную систему в тестовый режим. Делается это командой
bcdedit.exe /set TESTSIGNING ON
С первого раза у меня не получилось, помешал secure boot. Для его отключения необходимо перезагрузиться в UEFI, и выставить secure boot — disable. На некоторых моделях ноутбуков может потребоваться установка supervisor password.
После этого загружаемся в Windows и делаем bcdedit.exe /set TESTSIGNING ON
Винда говорит, что всё ок. Снова перезагружаемся, и видим в правом нижнем углу надпись Test Mode, версию и номер билда ОС.
Для чего же все эти манипуляции? Для установки неподписанного драйвера USB/IP VHCI. Сделать это предлагается, скачав файлы usbip.exe, usbip_vhci.sys, usbip_vhci.inf, usbip_vhci.cer, usbip_vhci.cat, и выполнив с правами администратора
usbip.exe install
либо второй способ, установка Legacy Hardware в ручном режиме. Я выбрал второй вариант, получил предупреждение об установке неподписанного драйвера и согласился с ним.
Далее проверяем, что у нас есть возможность подключиться к удаленному USB-устройству, выполняя команду:
usbip.exe list -r <ip вашего роутера>
получаем список устройств:
c:\Utils\usbip>usbip.exe list -r 192.168.31.203 usbip: error: failed to open usb id database Exportable USB devices ====================== — 192.168.31.203 1-1.4: unknown vendor : unknown product (1a86:7523) : /sys/devices/ssb0:1/ehci-platform.0/usb1/1-1/1-1.4 : unknown class / unknown subclass / unknown protocol (ff/00/00)
на ошибку usbip: error: failed to open usb id database не обращаем внимания, на работу не влияет.
Теперь биндим устройство:
c:\Utils\usbip>usbip.exe attach -r 192.168.31.203 -b 1-1.4
Всё, винда обнаружила новое устройство, теперь с ним можно работать так, как будто оно физически подключено к ноутбуку.
С китайским гравёром пришлось немного помучаться, так как при попытке установить его драйвер CH341SER через прилагавшийся к гравёру инсталлятор (да, гравёр на Ардуино), USB/IP VHCI ронял винду в BSOD. Однако установка драйвера CH341SER до подключения устройства через usbip.exe решала проблему.
Итог: гравёр шумит и дымит на кухне при открытом окне и закрытой двери, я наблюдаю за процессом выжигания из другой комнаты через родную софтину, которая не чувствует подвоха.
Использованные источники:

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:
sudo apt-get update sudo apt-get upgrade sudo apt-get install usbip
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):
sudo modprobe usbip-core sudo modprobe usbip-host sudo usbipd -D

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:
user@redd:~$ sudo usbip list -l — busid 1-3 (046d:082d) Logitech, Inc. : HD Pro Webcam C920 (046d:082d) — busid 1-4 (1366:0101) SEGGER : J-Link PLUS (1366:0101) — busid 1-5.1 (067b:2303) Prolific Technology, Inc. : PL2303 Serial Port (067b:2303) — busid 1-5.4.1.1 (0483:5740) STMicroelectronics : STM32F407 (0483:5740) — busid 1-5.4.1.3 (0483:3748) STMicroelectronics : ST-LINK/V2 (0483:3748) <…>
Получается, что нам нужно устройство и busid, равным 1-5.4.1.3.
Даём команду:
sudo usbip bind —busid=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:
usbip.exe install
Теперь смотрим, доступно ли нам устройство:
usbip.exe list —remote=192.168.10.123
Убеждаемся, что оно присутствует в списке. Ну, и подключаем его:
usbip.exe attach —remote=192.168.10.123 —busid=1-5.4.1.3
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:
pi@raspberrypi:~ $ sudo usbip list -l — busid 1-1.1 (0424:ec00) Standard Microsystems Corp. : SMSC9512/9514 Fast Ethernet Adapter (0424:ec00) — busid 1-1.4 (c251:f001) Keil Software, Inc. : unknown product (c251:f001)
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:

И вот он:

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.

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.


Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *