Проброс USB-портов из Windows 10 для удалённой работы

Когда человек много лет рыл бункер и запасал там продукты, он должен испытывать глубокое моральное удовлетворение, если бункер понадобился. Он будет довольный заявлять: «А я говори-и-и-ил!» То же касается и того, кто делал запасы продуктов в кладовой, когда все закупались в магазинах только на сегодня. А вот с нашим комплексом для удалённой работы Redd как-то и не хочется злорадствовать. Он проектировался для удалёнки в мирное время. И использовался задолго до первых новостей из Китая.

Давно я про него ничего не писал. Другие проекты отвлекают, да и интерес, судя по рейтингу последней из опубликованных статей, уже упал. Сил на подготовку статьи отнимают много, и это имеет смысл делать только если оно нужно достаточному числу читателей.

Но так как сейчас удалёнка у всех на устах, возникло желание поделиться одной наработкой, которая может кому-то помочь. Это не наша разработка, я проводил исследования в рамках работы над сервисом удаленной работы с отладочными платами All-Hardware. Вот их результаты сейчас и опишу. Проект USB/IP известен многим. Но он давно свёрнут авторами. Самые свежие драйверы были под WIN7. Сегодня я опишу, где скачать вариант для WIN10, и покажу, как я его проверял. Кроме того, разработчики современного аналога уверяют, что у них сделан не только Windows-клиент, но и Windows-сервер (правда, в этом режиме я тестирование не вёл: задача того не требовала). Но кому-то это тоже может оказаться полезным.

Введение

Сначала краткий рассказ, что такое USB/IP. Это комплекс программ, которые позволяют пробросить USB-устройство через сеть. Само устройство подключено к серверу. Клиент располагается на другой машине. При этом на клиентской машине имеется приложение, совершенно не рассчитанное на работу с сетью. Оно хочет настоящее USB-устройство. И оно получает информацию, что это устройство подключено. На это устройство встаёт штатный драйвер. В общем, клиент считает, что он работает с локальным USB-устройством.

Кто-то так пробрасывает ключи защиты. Мы же проверяли возможность удалённого доступа к JTAG-адаптеру.

Проект USB/IP активно развивался до 2013 года. Затем Windows-ветка остановилась. В целом, был выпущен даже двоичный подписанный драйвер. Но он был под Windows 7. Linux-ветка же продолжила развитие, и этот сервис оказался встроенным в саму операционную систему. По крайней мере, в сборку Debian он точно встроен. Причём для Linux имеется и клиент, и сервер, а для Windows исходно был сделан только клиент. Сервер под Windows сделан не был.

Существует очень хорошая статья на Хабре, которую можно использовать и как справочник по работе с данным сервисом, и как отзыв о работе с ним.

Вариант под актуальную версию Windows

Но как бы ни была хороша Windows 7, а она уже мертва. В рамках работ над All-Hardware мы рассматривали разные варианты решения одной из проблем, и надо было просто проверить ряд альтернатив по принципу «подойдёт — не подойдёт». Тратить много человеко-часов на проверку было невозможно. А переделка драйвера под Windows 10 могла затянуть в себя. Поэтому был проведён поиск в сети, который вывел на проект usbip-win. На момент его обнаружения свежий вариант был датирован 23 февраля 2020 года, то есть проект живой. Он может быть собран и под WIN7, и под WIN10. К тому же, в отличие от оригинального проекта, может быть собран не только Windows-клиент, но и Windows-сервер.

Я проверил, проект прекрасно собирается и устанавливается, поэтому дальнейшая работа велась с ним. В файле readme есть ссылка на готовый двоичный код для тех, кто не хочет самостоятельно производить сборку.

Грустная часть проверки: серверная часть

Сначала я расскажу, как проводилась проверка в рамках нашего проекта. Там всё кончилось не очень хорошо. Проверяли адаптер ST-LINK, установленный в корпус комплекса Redd, благо я уже отмечал, что в комплексе используется ОС Linux сборки Debian, а эта сборка содержит встроенный сервис USB/IP.

Согласно статье, устанавливаем сервис:

sudo apt-get update 
sudo apt-get upgrade 
sudo apt-get install usbip

Дальше в статье подробно рассказано, как автоматизировать процесс загрузки сервиса. Как я разбираюсь в Линуксе, я уже многократно писал. Плохо разбираюсь. У меня нет привычки с умным лицом цитировать чужие тексты, слабо понимая суть. Поэтому я ещё раз напомню ссылку на замечательную статью, где всё рассказано, а сам покажу, что делал я при каждом старте ОС (благо всё было нужно только для проверки):

sudo modprobe usbip-core
sudo modprobe usbip-host
sudo usbipd -D

Назначение первых двух из вышеприведённых заклинаний мне неизвестно, но без них не создаются какие-то каталоги, а без этих каталогов потом не будет экспорта USB-порта. Каталоги создаются только до перезапуска системы. Так что создавать их надо каждый раз. Третья строка — с нею всё понятней, она запускает сервис.

Теперь смотрим, как зовут устройство:

user@redd:~$ sudo usbip list -l
- busid 1-3 (046d:082d)
   Logitech, Inc. : HD Pro Webcam C920 (046d:082d)

 - busid 1-4 (1366:0101)
   SEGGER : J-Link PLUS (1366:0101)

 - busid 1-5.1 (067b:2303)
   Prolific Technology, Inc. : PL2303 Serial Port (067b:2303)

 - busid 1-5.4.1.1 (0483:5740)
   STMicroelectronics : STM32F407 (0483:5740)

 - busid 1-5.4.1.3 (0483:3748)
   STMicroelectronics : ST-LINK/V2 (0483:3748)
<...>

Получается, что нам нужно устройство и busid, равным 1-5.4.1.3.

Даём команду:

sudo usbip bind --busid=1-5.4.1.3

Всё, сервер готов к работе.

Грустная часть проверки: клиентская часть

В Windows устанавливаем драйвер (делаем это только один раз, дальше он будет всегда установлен). Для этого запускаем от имени администратора файл usbip.exe с аргументом install:

usbip.exe install

Теперь смотрим, доступно ли нам устройство:

usbip.exe list --remote=192.168.10.123

Убеждаемся, что оно присутствует в списке. Ну, и подключаем его:

usbip.exe attach --remote=192.168.10.123 --busid=1-5.4.1.3

В менеджере устройств появляется новое USB-устройство, Keil его прекрасно видит…

Но на этом всё приятное кончается. Небольшая программа заливается во флэшку около минуты. Попытки шагать по строкам идут от 5 до 20 секунд на каждую строку. Это неприемлемо. Во время паузы в обе стороны идёт трафик примерно 50 килобит в секунду. Долго и вдумчиво идёт.

Честно говоря, ограничение по времени привело к тому, что я только предполагаю, почему всё было так плохо. Подозреваю, что там по сети бегает JTAG-трафик. А он бегает небольшими пакетами в обе стороны, отсюда и проблемы. Так было завершено исследование с результатом: «Для проекта не подходит».

Более весёлая часть: подготовка

Ещё тогда мне запало в голову, что я краем глаза видел, что в JTAG-адаптере CMSIS DAP по USB ходит не чистый JTAG-трафик, а команды. Сам JTAG-трафик формируется уже внутри адаптера. Давно хотел проверить это, да всё руки не доходили. Массовый перевод на удалёнку заставил это сделать (возникла задачка). Что такое CMSIS DAP? Это JTAG-адаптер, рекомендованный самой компанией ARM для контроллеров Cortex-M. Исходные коды для разных контроллеров выложены на GitHub, можно спаять адаптер на базе любого из них. Я сейчас дам ссылку на клон проекта, адаптированный под макетную плату «Голубая пилюля»: https://github.com/x893/CMSIS-DAP, но поисковые системы могут вывести и на официальный аккаунт ARM.

Чтобы не тратить на сервер целую PC, для проверки, я сделал этакий комплекс Yelloww (чисто по цвету пластика, из которого сделан корпус):

Роль сервера выполняет Raspberry Pi с установленной ОС Raspbian (это тот же Debian, а значит, там имеется требуемый сервер). Одна из «голубых пилюль» выступает в роли адаптера CMSIS DAP, вторая — в роли отлаживаемого устройства.

Точно так же ставим и настраиваем сервис. Разве что здесь список устройств, допустимых к экспорту, намного скромнее:

pi@raspberrypi:~ $ sudo usbip list -l
 - busid 1-1.1 (0424:ec00)
   Standard Microsystems Corp. : SMSC9512/9514 Fast Ethernet Adapter (0424:ec00)

 - busid 1-1.4 (c251:f001)
   Keil Software, Inc. : unknown product (c251:f001)

Понятно, что здесь экспортируем и импортируем устройство busid=1-1.4.

И вот тут конкретно с CMSIS DAP у меня периодически возникает небольшая проблемка. В менеджере устройств я вижу такую неприятность:

Напомню, что статья пишется по принципу «Лучше неплохая, но сегодня, чем идеальная, но завтра». Проблемы удалённой работы возникают прямо сейчас. Надеюсь, в обозримом будущем они уже будут не актуальны. А пока актуальны — показываю, как я обхожу данную проблему вручную. Сначала я отключаю устройство:

Затем сразу же включаю:

И оно начинает работать без проблем. В Keil меняем отладчик на CMSIS DAP:

И вот он:

При работе по локальной сети всё просто летает. Но понятно, что локальная сеть никому не интересна. Я попробовал пробросить порт устройства у себя дома, а затем удалённо зайти на машину на работе и потрассировать «прошивку» оттуда. Связь у моего домашнего провайдера весьма и весьма тормозная, особенно — от меня наружу. Прошивается контроллер примерно втрое медленнее, чем при прямом подключении к USB. Трассировка… Ну около секунды на строку, точно не больше. В общем, терпимо. С хорошими провайдерами, надеюсь, будет лучше.

Заключение

Проект usbip-win является современной заменой для проекта USB/IP. Он живёт и развивается. При этом он предоставляет для ОС Windows не только функцию клиента, но и функцию сервера. Совместимость с Linux-версией сохранена.

Устойчивость работы удалённого USB-устройства неожиданно поразила. Я был уверен, что возникнут таймауты. Возможно, где-то они и возникнут, но для JTAG-адаптеров не было замечено ни одного сбоя. К сожалению, не все USB-устройства могут быть проброшены через сеть по причине низкого быстродействия получившейся системы. Но в случае с JTAG-адаптерами можно рассмотреть альтернативные вещи. В частности, CMSIS-DAP вместо ST-LINK.

Оба рассмотренных проекта (usbip-win и CMSIS-DAP) могут быть скачаны с GitHub в виде исходных кодов.

Если это поможет кому-то организовать удалённый доступ к оборудованию, я буду рад. Использование Raspberry Pi позволит бросить оборудование в произвольных местах.