詳解 usbmon 抓取的 log 各字段的含義
在上篇文章中，我們已經介紹了如何在 linux 下使用 usbmon 抓取 usb 總線上數據的方法。（https://www.cnblogs.com/shiwenjie/p/8467057.html）
數據抓取到了，但是放眼一看，密密麻麻的全是數字，它們代表什么含義呢？本文將為你揭曉答案。
1. 預備知識
在解讀 usbmon 抓取的數據包的含義之前，我們需要了解一下與 usb 傳輸有關的基礎知識，這樣才能更好的理解數據包的各個字段所代表的含義。
務必要明確一點：usb 總線上傳輸的數據是以包為基本單位的，但是不能隨意的使用包來傳輸數據，必須按照一定的關系把這些不同的包組織成事務（transaction）進行傳輸。
1.1 usb 包的種類
介紹一下 usb 包的種類，總體上分為四類：令牌包、數據包、握手包、特殊包。
1）令牌包
令牌包用來發起一次 usb 傳輸，因為 usb 是主從結構的拓撲結構，所有的數據傳輸都是由主機發起的，設備只能被動的響應，這就需要主機發送一個令牌包來通知哪個設備進行響應，如何響應。
令牌包有 4 種，分別為輸出（OUT）、輸入（IN）、建立（SETUP）和幀起始（SOF）。各個包的功能見下表：
2）數據包：顧名思義，數據包就是用來傳輸數據的，可以從主機到設備，也可以從設備到主機，方向由令牌包來指定。
3）握手包：握手包的發送者一般為數據接收者，用來表示一個傳輸是否被對方確認。在傳輸正常的情況下，主機/設備會發送一個表示傳輸正確的 ACK 握手包。
4）特殊包：特殊包用在一些特殊的場合，這里就不介紹了。
1.2 usb 的事務
介紹了 usb 包的分類，下面就要着重介紹 usb 的事務（transaction）及傳輸類型。前面已經說了，我們不能隨意的使用 usb 包來傳輸數據，必須按照一定的關系把這些不同的包組織成事務才能傳輸數據。
那么事務是什么呢？ 事務通常由三個包組成：令牌包、數據包和握手包。
※注意：usbmon 只抓取事務（transaction）中的數據包，不會抓取令牌包和握手包。
usb 協議規定了 4 種傳輸類型：批量傳輸、等時傳輸、中斷傳輸和控制傳輸。其中，批量傳輸、等時傳輸、中斷傳輸每傳輸一次數據都是一個事務；控制傳輸包括三個過程，建立過程和狀態過程分別是一個事務，數據過程可能包含多個事務。
1.3 usb 的四種傳輸類型
下面用圖來簡單的表示這四種傳輸的過程
1）批量傳輸
2）等時傳輸
3）中斷傳輸
4）控制傳輸
2. 分析 usbmon 抓取的 log
前面介紹了 usb 協議的一些基礎知識，下面就開始分析 usbmon 抓取的 log。
貼一張在 ubuntu 下抓取的 4G 模塊撥號上網的 log。
下面從左到右分析這些字段代表的含義：
1）URB Tag - URB 標簽
該字段表示驅動中定義的struct urb 結構體變量在內核空間的地址，可以使用該字段區分不同的 URB 數據包。
下面兩張圖分別是在 64 位和 32 位 系統上抓取的數據包。可以看到 URB Tag 字段的長度和系統的位數相同。
2）Timestamp - 時間戳
該字段表示的是時間戳，單位是微秒。1微秒 = 10^(-6)秒。
該時間是由下面的 mon_get_timestamp() 函數獲取的，使用 do_gettimeofday() 獲取的時間 位與(&) 上了0xFFF，因此usbmon log顯示的秒數范圍為0 ~ 4096s
// 2773就是當前URB的時間戳
3）Event Type - 事件的類型
S - submission，向 usb controller 提交 URB
C - callback，URB 提交完成后的回調
E - submission error，向 usb controller 提交 URB 發生錯誤
4）Address word - 地址字段
這個字段包含 4 部分，各個部分之間使用分號隔開，這 4 部分分別是 URB 類型及傳輸方向、usb 總線號、usb 設備地址、端點號。
URB 類型及傳輸方向：usb 有四種傳輸方式，分別是控制傳輸(Control)、批量傳輸(Bulk)、等時傳輸(Isochronous)和中斷傳輸(Interrupt)。usb 數據的傳輸方向是以 Host 端為參考對象的，Host 向 usb 設備發送數據那么傳輸方向就是 Output，Host 讀取 usb 設備的數據那么傳輸方向就是 Input。
usb 總線號：該字段表示 usb 總線號，Host 端一般有多個usb controller，每個usb controller 都有一條對應的 usb 總線，使用 usb 總線號區分它們，usb 設備可以掛接到某條總線上。
usb 設備地址：該字段表示 usb 設備的地址，每一個 usb 設備經過枚舉后在 Host 端都有一個唯一的地址。
端點號：表明該次數據傳輸是 Input/Output 到設備的哪個端點。上圖中該字段是 0，就表示這次數據傳輸使用的是設備的端點 0（控制端點）。
5）URB Status word - URB 的狀態
這個字段有兩種表示形式：
① s + 一串數字
② 一串以分號間隔的數字（或單個數字）構成的，這串數字包含下面幾個部分：URB status、interval、start frame 和 error count。特別注意一點，該字段不同於 "Address word" 字段，對於不同的傳輸方式這幾部分是可選的，並非所有部分都是必須的，下圖是不同的傳輸方式包含的信息。
下面分析不同的傳輸方式所包含的信息：
批量傳輸：只包含 URB status 這個字段，它對應着 struct urb 結構體中的 status 成員變量，表示 URB 的狀態。URB status 僅僅對 Event Type 中的 Callback 有意義，對於 Submission 是無意義的，之所以這么做是為了統一格式，方便使用腳本分析 usbmon 的 log。URB status 的具體含義見內核對於該成員變量的注釋。
中斷傳輸：URB status 和 Interval，URB status 見前面的分析，Interval 表示該 URB 對端點輪詢的間隔時間。
等時傳輸：URB status、Interval、start frame 和 error count。等時傳輸包含了所有部分，start frame 和 error count 是等時傳輸所特有的字段，但因為我們的驅動程序中不使用等時傳輸這種方式，因此這里不做過多的分析。
控制傳輸：控制傳輸在提交時（S：submission）這個字段是 s，這里的 s 后面緊跟的數據是控制傳輸的建立過程主機發送的數據包，可以參考前面控制傳輸的示意圖。控制傳輸在回調時（C：callback），這個字段代表的是 URB status。
6）Setup packet - 控制傳輸建立階段的數據包
如果是控制傳輸，這個字段表示控制傳輸建立階段主機發給設備的數據包。
該字段從左到右的格式如下，括號中的數字表示該部分占用的字節大小：
bmRequestType(1) + bRequest(1) + wvalue(2) + wIndex(2) + wLength(2)
每個字段的含義可以在 usb2.0 規范中找到，這部分與 usb 的標准請求等相關。
7）Data Length - 數據包的長度
對於 S(Submission)，Data Length 字段是主機請求發送/讀取的數據長度，但是設備並不一定能夠接收/發送主機請求的數據長度。實際接收/發送的數據長度在 C(Callback)中的 Data Length 字段。
8）Data tag - 數據標簽
”=” 后面緊跟數據流
“>” 表示這是一次 Output 數據傳輸
“<” 表示這是一次 Input 數據傳輸
9）Data words follow - 數據流
這個字段就是一個事務(transaction)中的數據包，我們平時分析 usbmon 的 log 定位問題，也主要是看這個字段。注意一點，這個字段實際顯示的數據 <= Data Length 的值。
3. 使用 usbmon 分析解決問題
下面舉一個使用 usbmon 定位問題的小例子：
客戶由於沒有正確的根據文檔移植驅動，可能在 qmi_wwan 驅動中沒有剝除以太網頭，就導致 quectel-CM 在通過 dhcp 獲取 IP 地址階段失敗，可以通過抓取的 usbmon 的 log 快速的定位問題。
下圖是 usbmon 抓取的 log，可以看到在 dhcp 階段，主機發送的數據包是以太網包而非 IP 包，從而導致獲取 IP 失敗，進而定位到是驅動沒有正確的移植。
參考資料：
【1】linux內核自帶的官方文檔：https://www.kernel.org/doc/Documentation/usb/usbmon.txt
【2】《圈圈教你玩USB》
【3】《Linux那些事之我是USB》
上面兩本書的百度網盤資源（僅供學習，不可商用！！！）