使用i.MX RT1060连接USB 4G module（RNDIS模式）

NXP管管

使用i.MX RT1060连接USB 4G module（RNDIS模式）

NXP的SDK里面有一个例程evkbmimxrt1060_lwip_dhcp_usb_bm，该例程可以实现连接3款不同的支持RNDIS的手机，实现USB 4G上网功能。但是如果客户实际使用的上网终端是4G模块，而不是这三款手机，这个例程就有可能不能直接跑起来，需要我们去做适配。

本文就将介绍，当上网的终端更改为Quectel的4G LTE模块C200A-CN时（支持RNDIS模式），如何来做响应的适配，并实现上网的功能。

一、基础知识
1.1 什么是RNDIS

RNDIS = Remote Network Driver Interface Specification，即远程网络驱动接口规范。这是微软定义的一套基于USB的通信协议。基于该协议的USB设备，可以免驱直接接入windows系统，在windows操作系统上显示为一个网卡。

1.2 网络层次模型
使用RT1060连接USB 4G module上网的网络层次模型如下：

从便于理解的角度上，我们可以把RNDIS看成是一个特殊的PHY，完成MAC的传输。
1.3 RNDIS上网接口/端点分析

在SDK原例程中，使用了2个接口，3个端点，见下图。

其中数据接口就是用来传输以太包的，每个方向有一个端点。RNDIS接口主要是用来查询设备状态。
1.4 C200A接口/端点分析


C200A的实现了5个接口，其中包含了上述接口：

额外需要使用到的接口是AT接口，见下图。

AT接口的功能是拨号，这里面包括了对模块的状态查询和控制等。我们需要在这里向4G模块查询相关的状态，并且发送联网命令，这样模块才能接入互联网，这样后面发送的IP包才能和互联网进行通信。使能AT接口以及在AT接口上拨号，是我们使能/适配新的4G module需要做的主要工作。
4G模块其他定义的接口，我们这里并不需要使用到，所以本文在此不做介绍。
1.5 关于NXP SDK USB HOST的一些基础知识

1）SDK会自动解析配置描述符，这里会识别出配置描述符中所有的接口和端点。参见USB_HostParseDeviceConfigurationDescriptor（），这个函数在/evkbmimxrt1060_lwip_dhcp_usb_bm_c200a/usb/host/usb_host_devices.c。

2）Event回调，参见USB_HostEvent()，此函数在/evkbmimxrt1060_lwip_dhcp_usb_bm_c200a/lwip/port/usb_ethernetif_bm.c。

3）为每个接口open pipe。
参见USB_HostCdcOpenDataInterfac()，USB_HostCdcOpenControlInterface()， in usb_host_cdc.c。

4）状态机维护
状态机的维护请参见USB_HosCdcRndisTask()，以及
USB_HostCdcRndisControlCallback() in
/evkbmimxrt1060_lwip_dhcp_usb_bm_c200a/lwip/port/usb_ethernetif_bm.c
下图展示的是默认的状态机，我们需要做一些调整来使能4G模块的AT接口以及在AT接口上拨号。

二、实现细节


基于前面介绍的基础知识，本章节主要介绍适配到C200A的实现细节，这里更侧重于代码更改来讲述。代码的更新主要集中于usb_ethernet_bm.c和usb_ethernet.h。
增加AT接口对应的数据结构

更新状态机

增加对应的API和callback，具体细节请参见本文相关的代码，下面列出了关键的API。

1. USB_HostCdcRndisATInCallback();
   
2. USB_HostCdcRndisATOutCallback();
   
3. dial_tx(); // Send command on AT interface
   
4. dial_rx(); // Receive message from AT interface
   
5. lte_dial(); // Dial, then USB 4G module can connect to internet
   
6. USB_HostCdcRndisC200ACallback();
   
7. ep0_communicate(); // API used for AT interface enablement, to send/receive command/message to/from EP0
   
8. init_c200a(); // Initiate C200A, then AT interface communication is available

复制代码

支持的最大接口数。


这个最大接口数在连接不同的USB 4G Module的时候，可能需要更改。比如对于LE910C1-EU，需要更改为8。对于本文中使用到的C200A，默认的5就可以工作。

1. #define USB_HOST_CONFIG_CONFIGURATION_MAX_INTERFACE (8U)

复制代码

更新状态机，主要代码变动在evkbmimxrt1060_lwip_dhcp_usb_bm\lwip\port\usb_ethernetif_bm.c中的USB_HostCdcRndisControlCallback()以及USB_HosCdcRndisTask()中，具体细节请参见本文相关的代码。
适配4G模块的RNDIS接口和AT接口，这里的AT接口序号是通过USB协议分析仪抓出的log反向推导出来的。我们需要把协议栈解析出来的接口绑定到g_RndisInstance.atInterfaceHandle上。以下代码位于\evkbmimxrt1060_lwip_dhcp_usb_bm\lwip\port\usb_ethernetif_bm.c 中的
USB_HostCdcRndisEvent();。该代码直接将协议栈解析好的interface[3]（通过usb分析仪抓包解析得出）付给对应的接口handle。

三、注意事项
由于4G模块比较耗电，在本例中i.MX RT1060模块需要使用电源适配器外接供电。否则如果供电不足会导致4G模块重复复位。

四、小结
在万物互联的时代，越来越多的嵌入式设备会有接入互联网的需求。本文阐述了通过USB去连接4G模块去实现上网的相关基础知识和实现细节。希望这些内容能在读者在碰到相关的应用时能有所帮助。

五、代码链接
本文的代码可以从以下链接获取:
https://gitee.com/nxa16038/usb_rndis_4g_module_public

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