Linux Gadget 驱动是 Linux 内核中一个重要的子系统，主要用于将 Linux 设备配置为 USB 外设（Gadget），使其能够作为从设备与其他主机（如 Windows PC、Mac 或其他嵌入式设备）进行通信，该框架为开发者提供了灵活的方式来定制 USB 功能，满足不同场景下的数据传输需求，如文件传输、串口模拟、网络共享等。
Linux Gadget 驱动的核心概念
Linux Gadget 驱动的核心思想是将 USB 外设的功能抽象化，通过配置描述符（Configuration Descriptors）、接口描述符（Interface Descriptors）和端点描述符（Endpoint Descriptors）等 USB 协议定义的结构，来定义设备的功能和行为，内核中的 Gadget 核心层提供了与 USB 主机通信的基础能力，而具体的功能实现则由不同的功能驱动（Function Driver）来完成，如 Mass Storage（存储）、Serial（串口）、ECM（网络）等。
Gadget 设备与 USB 主机的交互流程
当 Linux 设备作为 Gadget 连接到 USB 主机时，主机会通过枚举过程识别设备，Gadget 驱动通过描述符向主机报告设备信息，包括设备类、子类、协议以及支持的功能接口，主机根据描述符加载相应的驱动程序，从而建立数据传输通道，若设备配置为 Mass Storage 功能，主机即可识别为可移动存储设备并进行文件读写操作。
Linux Gadget 驱动的架构组成
Linux Gadget 驱动的架构可分为三层：Gadget 核心层、UDC（USB Device Controller）层和功能驱动层，这种分层设计使得驱动具有良好的可扩展性和模块化特点。
Gadget 核心层
Gadget 核心层是整个框架的核心，负责管理 USB 协议细节，如处理主机发来的控制请求、管理描述符、绑定 UDC 和功能驱动等，它提供了一套标准的 API，供上层功能驱动和底层 UDC 驱动调用，隐藏了 USB 协议的复杂性，开发者无需关心底层的 USB 电气特性和协议细节，只需通过 Gadget 核心提供的接口即可实现功能定制。
UDC 层
UDC（USB Device Controller）层是硬件抽象层，负责与具体的 USB 控制器硬件交互，不同的嵌入式平台可能采用不同的 USB 控制器（如 DWC2、MUSB、EHCI 等），因此需要对应的 UDC 驱动来支持，UDC 驱动实现了与硬件相关的操作，如数据包的收发、中断处理等，并将硬件能力暴露给 Gadget 核心层，DWC2 控制器的 UDC 驱动需要处理该控制器的寄存器配置和 DMA 传输。
功能驱动层
功能驱动层实现了具体的 USB 功能，如文件传输、串口通信等，Linux 内核已经提供了多种内置的功能驱动，开发者也可以根据需求编写自定义功能驱动，功能驱动通过 Gadget 核心提供的接口注册到框架中，并定义所需的接口描述符和端点，当主机枚举设备时，功能驱动会根据描述符创建相应的数据端点，用于双向数据传输。
常用功能驱动及其应用场景
Linux Gadget 驱动支持多种功能驱动，每种驱动对应不同的应用场景，以下是几种常见的功能驱动及其特点：
| 功能驱动名称 | 功能描述 | 典型应用场景 |
|---|---|---|
| g_mass_storage | 将设备模拟为 USB 存储设备 | U 盘、SD 卡读卡器、固件更新 |
| g_serial | 模拟虚拟串口（CDC ACM） | 设备调试、串口通信、数据透传 |
| g_ether | 将设备模拟为以太网卡（RNDIS/EEM） | 网络共享、设备联网、远程调试 |
| g_midi | 模拟 MIDI 音频设备 | 音乐设备连接、音频传输 |
| g_hid | 模拟人机接口设备 | 键盘、鼠标、触摸屏输入 |
以 g_mass_storage 为例，该驱动通过将设备上的块设备（如 SD 卡、eMMC 映射为 U 盘，使主机能够直接访问文件系统，开发者可以通过配置参数指定要导出的块设备，并设置只读或读写模式，在嵌入式系统中，该功能常用于固件更新或数据备份，无需额外的调试工具即可完成文件传输。
开发与配置 Linux Gadget 驱动
开发 Linux Gadget 驱动需要内核配置、驱动加载和设备描述符定制等步骤，以下以配置 Mass Storage 功能为例，简要介绍开发流程。
内核配置
在编译内核时,需要启用以下选项：
CONFIG_USB_GADGET: 启用 Gadget 框架CONFIG_USB_GADGET_STORAGE: 启用 Mass Storage 功能驱动CONFIG_USB_DWC2: 启用对应的 UDC 驱动（以 DWC2 控制器为例）
配置完成后,编译并安装内核模块，确保系统在启动时能够加载相关驱动。
驱动加载与绑定
内核模块加载后,需要将功能驱动绑定到 UDC，可以通过以下命令实现：
modprobe g_mass_storage file=/dev/mmcblk0p1 ro=0
上述命令将 /dev/mmcblk0p1 设备作为存储介质导出为 U 盘，ro=0 表示可读写模式，加载后，设备即可作为 USB 存储设备被主机识别。
设备描述符定制
开发者可以通过修改 usb_composite.c 或使用 configfs 接口来自定义设备描述符，如厂商 ID、产品名称、序列号等，使用 configfs 的步骤如下：
- 挂载 configfs：
mount none -t configfs /sys/kernel/config - 创建 Gadget 设备：
mkdir /sys/kernel/config/usb_gadget/my_gadget - 配置设备描述符（如
idVendor、idProduct） - 创建功能实例并绑定到配置
Linux Gadget 驱动为嵌入式设备提供了灵活的 USB 外设功能实现方案，通过分层架构和丰富的功能驱动，开发者可以快速实现 USB 数据传输、设备调试等功能，无论是工业控制、消费电子还是物联网设备，Gadget 驱动都能满足多样化的 USB 通信需求，随着 USB 协议的不断演进（如 USB 3.0、USB Type-C），Linux Gadget 框架也在持续更新，为开发者提供更强大的支持，在实际开发中，合理选择功能驱动、优化性能和兼容性，是成功应用 Gadget 驱动的关键。
