carplay逆向第二步:激活USB的NCM功能

本文介绍CarPlay逆向过程中的第二步——激活USB的NCM功能。NCM即USB网络控制模型,其作用是将USB接口虚拟成网卡,使设备能进行网络通讯。文章详细解释了NCM功能的概念、开启方法及验证步骤。

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carplay逆向第二步:激活USB的NCM功能
carplay第一步是比较复杂的,很多人在第一步就卡住了。相对而言,第二步就简单得多。
1)USB的NCM功能是什么?
简单的说,USB NCM功能就是把USB口虚拟成为一个网卡,使用设备能够使用TCP,UDP等网络通讯协议。

2)怎样打开USB的NCM功能?
嵌入式设备不同版本,打开USB的NCM方法略有不同,但都是在驱动层通过配置参数实现,下面是某芯片的配置参数界面。
usb ncm配置界面

3)怎样判断NCM功能已经正确打开?
嵌入式设备打开NCM的情况,用USB连接另一台同样有NCM功能的嵌入式设备(注意两台设备必须是一主一从。如果同时为主设备,或同时为从设备,则无法通讯),使用ping 命令,直接ping对方的IP地址,如果能ping通,就代表两台嵌入式设备的NCM已经打开了。

<think>好的,我现在要尝试理解在USB NCM驱动中实现GSO(Generic Segmentation Offload)功能的步骤和相关知识。首先,我需要明确几个基本概念,比如USB NCM是什么,GSO的作用,以及为什么在驱动中需要实现GSO。可能还需要了解网络协议栈中的分段卸载机制。 首先,USB NCM(Network Control Model)是USB通信设备类(CDC)的一个子类,用于通过网络连接传输数据包,比如通过USB连接实现以太网功能NCM驱动负责处理USB设备与主机之间的网络数据通信。 GSO全称是Generic Segmentation Offload,是一种网络分段卸载技术。通常在发送大数据包时,网络硬件有MTU(最大传输单元)限制,超过MTU的数据包需要在协议栈中分段。GSO允许将较大的数据包延迟到更底层(如设备驱动)进行分段,从而减少CPU的负担,提高性能。不过,如果硬件本身支持分段(如TSO,TCP Segmentation Offload),则不需要软件处理。否则,GSO会在软件中处理分段。 所以,在USB NCM驱动中实现GSO,可能意味着驱动需要处理将大包分成符合MTU的小包的任务,而不是让上层协议栈处理。这样能提升性能,特别是在USB带宽有限的情况下,减少上层处理的开销。 接下来,我需要考虑在Linux内核中如何为USB NCM驱动添加GSO支持。可能需要了解Linux网络设备驱动结构,特别是net_device结构体的相关操作,比如ndo_features_check和skb的GSO处理。 首先,驱动需要声明支持GSO功能。这可能涉及到在net_device结构中设置适当的feature标志,例如NETIF_F_GSO。不过,具体可能需要更细致的设置,比如检查设备是否支持某些GSO类型(如TCPv4、UDP等)。 其次,当上层协议栈发送一个skb(socket buffer)时,如果启用了GSO,skb会有gso_size和gso_type等属性。驱动需要检查这些属性,并根据需要将skb分割成多个小的数据包,每个不超过MTU的大小。这需要驱动在传输函数(例如ndo_start_xmit)中实现分段逻辑。 但是,USB传输通常使用URB(USB Request Block)来发送数据,每个URB可能对应一个USB帧。因此,驱动可能需要将每个分割后的skb片段封装成URB,并提交给USB子系统发送。 需要注意,分段操作需要正确处理协议头。例如,对于TCP包,分割后每个分段需要有正确的TCP序列号、IP分片标志等。GSO的实现需要确保这些字段的正确性,否则会导致接收端无法重组数据包。 此外,可能还需要处理校验和的问题。如果硬件不支持校验和计算,驱动可能需要在分割后计算每个分段的校验和,或者确保校验和正确。这可能涉及到设置skb的csum_start和csum_offset等属性。 另外,需要考虑skb的线性化(linearization)。如果skb是非线性的(例如有分页数据),驱动可能需要先将其线性化,以便分割和处理。但线性化会消耗CPU资源,需要权衡利弊。 还可能涉及驱动中的队列管理,比如在发送多个URB时如何管理它们的完成回调,确保资源不被耗尽,或者处理错误情况下的重传。 现在,我需要验证这些思路是否正确。例如,检查现有的Linux USB NCM驱动代码(如drivers/net/usb/cdc_ncm.c)是否已经实现了GSO,或者是否有相关的补丁。如果现有的驱动没有实现,可能需要参考其他类似驱动(如USB RNDIS驱动)如何处理GSO。 查阅Linux内核代码,发现cdc_ncm驱动确实有处理GSO的相关代码。例如,在传输函数中,可能调用skb_checksum_help来处理校验和,或者使用skb_segment函数来分割GSO类型的skb。 具体来说,在cdc_ncm的tx_fixup函数中,驱动可能需要对skb进行调整,以适应USB NCM的格式,并在必要时进行分段。例如,每个NCM传输块需要添加NCM特定的头部,因此即使上层已经进行了GSO,驱动可能还需要进一步处理。 因此,实现GSO可能需要驱动在传输前处理skb的分段,并确保每个分段符合USB NCM的封装格式,包括必要的头信息和长度字段。 另外,还需要考虑驱动与协议栈的交互,比如通过设置dev->features来启用GSO支持,并处理协议栈传递下来的GSO类型的skb。 总结来说,步骤可能包括: 1. 在驱动中启用GSO支持,设置正确的net_device feature标志,如NETIF_F_GSO。 2. 在传输函数(如ndo_start_xmit)中处理skb的分段,使用skb_segment等函数。 3. 确保每个分段符合USB NCM的封装格式,添加必要的头信息。 4. 处理校验和等协议相关的字段,可能需要软件计算。 5. 管理URB的提交,确保分段后的数据正确发送。 在这个过程中,可能会遇到一些问题,比如如何正确处理分段后的协议头,或者性能优化的问题,比如如何减少内存拷贝,提高处理效率。此外,还需要测试不同的GSO类型(如TCPv4、UDP、VxLAN等),确保驱动能够正确处理各种情况。 另外,可能还需要考虑与TSO的兼容性,如果硬件本身支持某种分段卸载,那么驱动可能需要优先使用硬件支持,而不是GSO。但在USB NCM的情况下,硬件支持可能有限,所以GSO主要依赖软件实现。 最后,需要确保实现后的驱动符合内核代码规范,进行充分的测试,包括性能测试和正确性测试,验证GSO功能是否有效,数据包能否被接收端正确重组,以及性能是否有提升。</think>在USB NCM驱动中实现GSO(Generic Segmentation Offload)功能,需结合协议栈特性与USB传输机制。以下是分步说明: --- ### **1. GSO功能背景** - **作用**:GSO允许将大于MTU的数据包分段操作推迟到网络驱动层,减少协议栈处理开销,提升吞吐量。 - **适用场景**:USB带宽有限,通过软件分段卸载CPU压力,尤其适用于高吞吐量场景(如视频传输)。 --- ### **2. 实现关键步骤** #### **2.1 启用GSO支持** - **设置`net_device`特性**:在驱动初始化时,声明支持GSO类型(如TCP/UDP分段): ```c dev->features |= NETIF_F_GSO; dev->hw_features |= NETIF_F_GSO; ``` - **限制条件**:通过`ndo_features_check`检查物理MTU是否支持GSO分段: ```c static netdev_features_t cdc_ncm_features_check(struct sk_buff *skb, ...) { if (skb->len > dev->mtu) return features & ~(NETIF_F_ALL_CSUM | NETIF_F_GSO_MASK); return features; } ``` #### **2.2 分段处理逻辑** - **传输函数改造**:在发送函数(如`cdc_ncm_tx_fixup`)中处理GSO分段: - 调用`skb_is_gso(skb)`判断是否需要分段。 - 使用`skb_segment()`分割原始`skb`为多个子`skb`,每个长度不超过MTU。 ```c if (skb_is_gso(skb)) { struct sk_buff *segs = skb_gso_segment(skb, dev->features); // 遍历segs并逐个封装发送 } ``` #### **2.3 封装NCM头部** - **添加NCM帧头**:每个分段后的数据包需封装NCM特定的传输块头(如16字节头,包含长度、序列号等): ```c struct ncm_transfer_block { __le16 ncm_hdr; __le16 tp_len; // 数据长度 // ...其他字段 }; ``` - **填充元数据**:根据协议要求设置序列号、块大小等字段。 #### **2.4 校验和与线性化** - **校验和计算**:若设备不支持硬件校验和,需调用`skb_checksum_help()`软件计算: ```c if (skb->ip_summed == CHECKSUM_PARTIAL) skb_checksum_help(skb); ``` - **非线性SKB处理**:若分段后的`skb`为非线性(分页数据),需线性化: ```c if (skb_linearize(skb) != 0) goto drop; ``` #### **2.5 提交URB发送** - **构造URB请求**:将每个分段后的数据包封装为USB Request Block(URB),提交至USB核心: ```c for (每个分段skb) { urb = usb_alloc_urb(0, GFP_ATOMIC); usb_fill_bulk_urb(urb, udev, tx_pipe, skb->data, skb->len, tx_complete, skb); usb_submit_urb(urb, GFP_ATOMIC); } ``` - **资源管理**:控制并发URB数量,避免内存耗尽。 --- ### **3. 注意事项** - **性能优化**:避免频繁内存拷贝,利用零拷贝技术(如`skb`直接传递)。 - **错误处理**:处理分段失败、URB提交错误等场景,释放资源并统计丢包。 - **兼容性**:验证不同GSO类型(TCPv4、UDP-L4、VxLAN等)的兼容性。 --- ### **4. 测试验证** - **功能测试**:发送超MTU数据,抓包确认分段正确性。 - **性能对比**:启用GSO前后对比CPU使用率与吞吐量。 - **压力测试**:高负载场景下验证稳定性。 --- 通过上述步骤,USB NCM驱动可实现GSO功能,显著提升大包传输效率,适用于对吞吐量敏感的USB网络设备。
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