GM-3568JHF丨ARM+FPGA异构开发板系列教程：外设教程 01 USB接口使用教程

最新推荐文章于 2025-12-11 10:30:00 发布

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本篇教程基于ShiMetaPi 研发的FPGA+ARM开发板——GM-3568JHF展开。

1 USB接口概述

GM-3568JHF 开发板基于瑞芯微 RK3568J 芯片设计，提供了丰富的 USB 接口，支持多种 USB 设备连接和数据传输需求。

1.1 USB 接口配置

接口类型	数量	规格	功能描述
USB 3.0 OTG	1路	Type-C	支持主机/设备模式切换
USB 3.0 HOST	1路	Type-A	主机模式，连接外设
USB 2.0 HOST	2路	Type-A	主机模式，连接外设

1.2 RK3568J USB 控制器特性

1）USB 3.0 控制器：

USB 标准: 兼容 USB 3.0/2.0/1.1 标准
传输速率: USB 3.0 最高 5Gbps，USB 2.0 最高 480Mbps
OTG 功能: 支持主机(Host)和设备(Device)模式自动切换
电源管理: 支持 USB 挂起和唤醒功能
热插拔: 支持设备热插拔检测

2）USB 2.0 控制器：

多端口支持: 支持多个 USB 2.0 端口
EHCI 兼容: 兼容 EHCI（Enhanced Host Controller Interface）
OHCI 兼容: 兼容 OHCI（Open Host Controller Interface）
设备支持: 支持各类 USB 设备，如存储设备、输入设备、音频设备等

1.3 支持的 USB 设备类型

存储设备: U盘、移动硬盘、USB SSD
输入设备: USB 鼠标、键盘、游戏手柄
音频设备: USB 音箱、USB 麦克风、USB 声卡
网络设备: USB 网卡、USB Wi-Fi 适配器
视频设备: USB 摄像头、USB 视频采集卡
其他设备: USB 打印机、USB 串口转换器等

2 USB 接口使用

1）连接 USB 设备

将 USB 设备（如 U 盘、鼠标、键盘等）插入开发板的 USB 接口。系统会自动识别设备并加载相应的驱动。

2）查看连接的 USB 设备

使用以下命令查看当前连接的 USB 设备：

root@linaro-alip:/# lsusb
Bus 008 Device 001: ID 1d6b:0003 Linux Foundation 3.0 root hub
Bus 007 Device 002: ID 046d:c077 Logitech, Inc. Mouse
Bus 007 Device 001: ID 1d6b:0002 Linux Foundation 2.0 root hub

如上所示可以看到已经识别到了鼠标(Mouse)

3）挂载 USB 存储设备

如果连接了 USB 存储设备（如 U 盘），可以按以下步骤挂载：

查看设备节点：

root@linaro-alip:/# fdisk -l
...
Device     Boot Start       End   Sectors  Size Id Type
/dev/sda1        2048 122879966 122877919 58.6G  c W95 FAT32 (LBA)

创建挂载点并挂载设备：

mkdir /mnt/usb
mount /dev/sda1 /mnt/usb

查看挂载结果：

root@linaro-alip:/# df -h
Filesystem      Size  Used Avail Use% Mounted on
...
/dev/sda1        59G  768K   59G   1% /mnt/usb

卸载设备：

umount /mnt/usb

4）使用 USB OTG 功能

RK3568 的 USB 3.0 OTG 接口支持设备模式（如 U 盘模式）和主机模式。

设备模式

配置 OTG 为设备模式：

echo peripheral > /sys/devices/platform/fe8a0000.usb2-phy/otg_mode

连接开发板到 PC，PC 会识别开发板为 USB 设备。

主机模式

配置 OTG 为主机模式：

echo host > /sys/devices/platform/fe8a0000.usb2-phy/otg_mode

连接 USB 设备到 OTG 接口，开发板会识别 USB 设备。

5）USB 传输速率测试

1.确定 USB 存储设备：

通过 lsblk 确认 USB 存储设备

root@linaro-alip:/# lsblk
NAME         MAJ:MIN RM  SIZE RO TYPE MOUNTPOINTS
sda            8:0    1 58.6G  0 disk
mmcblk0      179:0    0 28.9G  0 disk
├─mmcblk0p1  179:1    0    4M  0 part
├─mmcblk0p2  179:2    0    4M  0 part
├─mmcblk0p3  179:3    0   64M  0 part
├─mmcblk0p4  179:4    0  128M  0 part
├─mmcblk0p5  179:5    0   32M  0 part
├─mmcblk0p6  179:6    0    6G  0 part /
├─mmcblk0p7  179:7    0  128M  0 part /oem
└─mmcblk0p8  179:8    0 22.5G  0 part /userdata
mmcblk0boot0 179:32   0    4M  1 disk
mmcblk0boot1 179:64   0    4M  1 disk
zram0        254:0    0    0B  0 disk

如上所示，插入 ROCK 3B 的 USB 存储设备为 /dev/sda

2.读取测试

root@linaro-alip:/# sudo dd if=/dev/sda of=/dev/null bs=1M count=100
100+0 records in
100+0 records out
104857600 bytes (105 MB, 100 MiB) copied, 3.34566 s, 31.3 MB/s

这个命令将会从 USB 设备读取数据，并将其写入 /dev/null，以便测试读取速度。这里指定了写入的块的大小为 1M，指定了读取 100 个块，因此总共读取了 100 MB 的数据，读取速度为 31.3 MB/s

3.写入测试

root@linaro-alip:/# sudo dd if=/dev/zero of=/dev/sda bs=1M count=100
100+0 records in
100+0 records out
104857600 bytes (105 MB, 100 MiB) copied, 6.96282 s, 15.1 MB/s

这里指定了写入的块的大小为 1M，写入了 100 个块，总共写入了 100 M 的数据，写入速度为 15.1 MB/s

3 USB OTG 功能

3.1 OTG 模式切换

USB OTG（On-The-Go）接口支持主机和设备模式的动态切换：

主机模式（Host Mode）在主机模式下，开发板作为 USB 主机，可以连接各种 USB 设备：

# 查看 OTG 当前模式
cat /sys/devices/platform/usb0/mode

# 切换到主机模式
echo "host" > /sys/devices/platform/usb0/mode

设备模式（Device Mode）在设备模式下，开发板作为 USB 设备，可以连接到 PC 或其他主机：

# 切换到设备模式
echo "peripheral" > /sys/devices/platform/usb0/mode

# 查看可用的 USB 功能
ls /sys/class/udc/

3.2 USB Gadget 功能

开发板支持多种 USB Gadget 功能：

1）大容量存储设备（Mass Storage）

# 配置为 USB 存储设备
modprobe g_mass_storage file=/dev/mmcblk0p1

2）网络设备（Ethernet Gadget）

# 配置为 USB 网络设备
modprobe g_ether

3）串口设备（Serial Gadget）

# 配置为 USB 串口设备
modprobe g_serial

4 性能优化建议

4.1 USB 3.0 性能优化

使用高质量 USB 线缆: 确保使用符合 USB 3.0 标准的线缆
避免 USB Hub: 直接连接设备以获得最佳性能
文件系统选择: 对于大文件传输，建议使用 exFAT 或 NTFS 文件系统
块大小优化: 使用较大的块大小进行数据传输

4.2 电源管理

# 禁用 USB 自动挂起（提高响应速度）
echo -1 > /sys/module/usbcore/parameters/autosuspend

# 查看 USB 设备电源状态
cat /sys/bus/usb/devices/*/power/control

5 常见问题排除

1）USB 设备无法识别

问题现象: 插入 USB 设备后系统无响应

排除步骤:

# 检查 USB 控制器状态
lsusb -t

# 查看内核日志
dmesg | grep -i usb

# 检查 USB 端口电源
cat /sys/bus/usb/devices/*/power/level

2）USB 传输速度慢

可能原因:

USB 线缆质量问题
USB 设备本身性能限制
文件系统碎片化

解决方案:

# 检查 USB 设备速度
lsusb -v | grep -E "bcdUSB|MaxPower"

# 测试不同块大小的传输性能
dd if=/dev/zero of=/mnt/usb/test bs=1M count=100
dd if=/dev/zero of=/mnt/usb/test bs=4M count=25

3）USB OTG 模式切换失败

排除步骤:

# 检查 OTG 控制器状态
cat /sys/devices/platform/usb0/state

# 重置 USB 控制器
echo "none" > /sys/devices/platform/usb0/mode
echo "host" > /sys/devices/platform/usb0/mode

4）USB 设备功耗过高

问题现象: 连接高功耗 USB 设备后开发板温度升高

解决方案:

# 启用 USB 设备自动挂起
echo "auto" > /sys/bus/usb/devices/*/power/control

# 设置挂起延时（毫秒）
echo 2000 > /sys/bus/usb/devices/*/power/autosuspend_delay_ms

原文链接：https://forum.shimetapi.cn/wiki/zh/fpga-arm/GM-3568JHF/Peripherals/ch01-USB.html