hpm6000系列使用rndis模式连接4G模块

一、概述

在物联网应用当中，有些应用场景需要用到USB 4G模块进行上网，实现外网数据交互。先楫目前的所有hpm6000系列芯片均带有高速480mbps USB接口，可以作为host主机连接各种4G模块。本篇文章以合宙air780e模块为例，讨论如何使用该模块进行上网。

二、原理介绍

1、RNDIS简介

RNDIS（Remote Network Driver Interface Specification）是微软公司定义的USB协议，适用于动态 即插即用 (PnP) 总线（例如 USB、1394、蓝牙和 InfiniBand）上的以太网 (802.3) 网络设备。插入4G USB模块到window系统，设备管理器上会出现rndis设备，window会适配为网络设备，以此进行上网。

远程 NDIS 通过抽象控制和数据通道在主计算机与远程 NDIS 设备之间定义与总线无关的消息协议，消息协议大致分为控制消息和数据消息，控制消息主要用于主机发送给ndis设备的相关控制，比如初始化网络连接REMOTE_NDIS_INITIALIZE_MSG；数据消息主要用于收发tcp/ip协议。如下：

启动网络连接时候，需要做一些初始化，window的文档同样也提供了初始化示例，在实现的一章会基于该示例进行初始化。

2、RNDIS的USB接口端点解析

RNDIS设备需要两个bulk endpoint EP1和EP2端口，分别用来收发RNDIS以太网帧的数据消息，另外需要一个端点0-EP0，用来进行枚举以及RNDIS控制消息传输。

3、合宙air780e模块的USB接口端点解析

在window上，插入780e模块上电后会出现以下三个端口(虚拟串口)以及一个rndis设备。虚拟串口有两个用来发送AT命令，一个用到做log口。详细信息可以参考合宙官网介绍。

在这里我们仅仅使用rndis这个设备，其他的虚拟串口并不需要，但是事实上，hpm6000使用USB作为主机时，需要枚举这些hub设备。因此需要估算下所需要的接口端点数量。一共需要12个endpoint, 以下就是合宙air680e模块的端点解析。

三、方案实现

本章节分别采取hpm_sdk和hpmicro rtthread bsp两种方式实现。均是采用cherryusb协议栈，cherryusb协议栈支持device以及host，host端支持rndis这个class，这样可以快速布局4G usb模块的开发。

1、cherryusb协议栈的USB host的基本知识和配置

本章节目前使用的是cherryusb 0.8版本，若使用其他版本，可能会有一些兼容问题出现，需要开发者自己去调试。

当USB作为HOST主机时，需要配合rtos使用。基本流程如下：

如上所示，需要注意的是“device枚举配置过程”， 需要注意配置下最大的interface和最大endpoint数量。在cherryusb中，提供了usb_config头文件配置，里面可以进行更改。

如果usb log出现 “[E/USB] Interface num overflow”，则说明有些interface Descriptor的bInterfaceNumber，也就是接口编号大于usb_config设置的CONFIG_USBHOST_MAX_INTERFACES,需要更改比之前更大的值

如果usb log出现 “[E/USB] Endpoint num overflow”，则说明有些interface Descriptor的bNumEndpoints，也就是接口使用的端口号大于usb_config设置的CONFIG_USBHOST_MAX_ENDPOINTS,需要更改比之前更大的值

2、cherryusb协议栈的USB HOST RNDIS基本知识和配置

在上述的USB流程之后，如果class driver支持rndis，那么就会进入到class_connect接口进行相关配置。

每个支持的class driver都会对应的connect接口，也就是在usbh_rndis_connect这个api，也就是上述所说的802.3初始化序列示例流程，流程如下：

RNDIS OID相关信息如下：

3、使用hpm_sdk

hpm_sdk已经集成了cherryusb协议栈，可以使用cmake进行配置构建，这里需要做的是rndis需要适配对接lwip，后续的sdk版本将会支持适配。这里做下简单介绍。

①对接rndis

cherryusb协议栈中，对rndis class进行连接成功后，开放了两个weak接口，分别是usbh_rndis_run和usbh_rndis_stop两个api。usbh_rndis_run这个api主要实现lwip网卡加载，netif的output对接rndis的发送api，新建一个软件定时器定时发送keepalive，新建一个线程接收rndis消息，进行分包解析，进而把pbuf丢入lwip的input接口进行以太网包解析。usbh_rndis_stop这个api主要实现删除相关线程管理以及注册的网卡。

②对接Lwip

网卡注册时候，也就是netif_add这个api的init注册，需要实现，也就是截图中的netif_init_cb，需要对接rndis的发送接口。以下是实现方式：

lwip接收解析上，需要单独开个接收线程，rndis端如果有接收到数据，立马进行分包解析，解析完的pbuf丢给lwip的input进行再次解析。

至此，适配完成，移植个ping ip，可以进行外网访问，效果如下：

4、使用hpmicro rtthread bsp

使用该bsp，可以在rtthread studio进行开发，cherryusb仓库已经支持了rtthread的host rndis适配。可以使用online packages进行配置使用。下面对此进行步骤说明。

①选择hpmicro的支持的Bsp board,这里选择hpm6750evkmini，选择模板工程。

② 点击RT-Thread Settings，点击添加软件包，选择cherryusb

③ 配置cherryusb，配置如下：

④网络使能 分别使能套接字抽象层、网络接口设备、lwip，其中lwip线程和以太网栈线程的大小都改为2048，其他使用默认即可

⑤修改内核的软件定时器的栈大小，默认512，改为1024

⑥ 保存以上配置，等待rtthread studi配置应用加载完成。

⑦从所在工程的packages文件夹中的cherryusb部分，在thrid_party的rtthread拷贝rndis_host文件到application文件夹,在hpm_sdk中的sample的cherryusb的根目录拷贝usb_config.h拷贝到application文件夹，并刷新工程，这时候rndis_host.c和usb_config.h就加载完毕。

⑧ 在main,c中定义一个函数，用来初始化USB引脚以及USB主机协议栈初始化,并加入以下头文件包含

⑨ 修改ld文件，加入device class driver info section

⑩ 编译烧录，可以看到现象，可以Ping 外网成功。

5、板子连接

本文使用hpm6750evkmini为例，但是不限于该板子，先楫目前发布的板子均可使用。使用air780e和hpm6750evkmini连线如下：

四、总结

本文讨论了如何使用hpmicro中支持usb的芯片以及板子连接到USB 4G模块AIR780E上网。从hpm_sdk和hpmicro rtthread bsp切入，方便用户参考连接其他4G模块。