Guía de USB en Gentoo Linux

1.  Introducción

¿Qué es USB?

USB significa Bus Serial Universal (Universal Serial Bus en inglés) y básicamente es una interfaz externa estándar que permite la comunicación entre el computador y varios tipos de periféricos. Algunos de los dispositivos USB más comúnmente usados hoy en día son los teclados, ratones, llaveros (también llamados pen drives), cámaras digitales, grabadores externos de CD y DVD, impresoras, etc.

Actualmente hay dos versiones en uso de USB, a saber, USB 1.1 y USB 2.0. Debido a que USB siempre ha sido compatible hacia atrás con sus versiones anteriores, USB 2.0 es compatible con USB 1.1. Los últimos dispositivos USB típicamente son compatibles con USB 2.0. Adicionalmente USB 2.0 permite una velocidad máxima de transferencia de datos de 480 Mbps o 60 MBps y esta es la principal diferencia entre los dos estándares. Otra ventaja de USB es que los dispositivos son todos enchufables en caliente, lo que significa que no tiene que reiniciar su sistema para poder usar esos dispositivos.

Una perspectiva técnica

Antes de ir a las opciones exactas de configuración en el núcleo, es bueno revisar USB un poco más en detalle. Si está apurado o desea saltarse esta sección, por favor vaya a Configuración del Núcleo.

Un sistema USB tiene una controladora, concentradores y un concentrador raíz, entre otros, y permite tener hasta 127 dispositivos USB incluyendo los concentradores. La controladora no es otra cosa que la interfaz de hardware entre el dispositivo USB y el Sistema Operativo. Hoy en día hay un par de interfaces HCI (Interfaz de Controladora de Host) en uso y son la interfaz OHCI (Open HCI) proveniente de Compaq, UHCI (HCI Universal) y EHCI (HCI Mejorado), ambas de Intel. Tanto OHCI como UCHI son los estándares de interfaces en la industria para USB 1.1 mientras que EHCI lo es para USB 2.0.

El fabricante de hardware provee de una interfaz al programador que permite al sistema interactuar con el hardware al que se le conoce como HCD (Dispositivo Controlador del Host). A través del HCD el dispositivo interactúa con el software. El siguiente diagrama debería aclarar los conceptos y ayudar a una mejor comprensión:

(El software consiste de otras componentes también tal como
el manejador del dispositivo, pero no se muestra por motivos de
simplicidad)


   + -----  Hardware  ----   + ----  Software  ---- +
   |                         |                      |
   |[Disp. USB] -+-> {EHCI}--+--->  ( EHCD )        |
   |             |           |                      |  Usuario
   |             `-> {UHCI}--+--->  ( UHCD )        |
   |                         |                      |
   + -----  Hardware  ----   + ----  Software  ---- +

Un dispositivo USB puede usar un manejador propio o bien uno ya presente en el sistema y esto está basado en el concepto de clase de un dispositivo. Esto significa que si un dispositivo pertenece a cierta clase, entonces otros dispositivos que también pertenezcan a la misma clase pueden hacer uso del mismo manejador. Alguna de esas son la clase USB HID (Dispositivos de Interfaz Humana) que abarca dispositivos de entrada como teclados y ratones, la clase de dispositivos USB de almacenamiento masivo comprende a dispositivos como los llaveros, cámaras digitales, reproductores de audio y la clase CDC de USB (Clase de Dispositivos de Comunicación) que esencialmente cubre los módems USB y dispositivos similares.

¿Qué hay en su máquina?

Es muy simple averiguar si su máquina tiene o no soporte USB 2.0. Usaremos la orden lscpci para este propósito.

(En un sistema USB 1.1, note que solo hay UHCI)

# lspci -v | grep USB
0000:00:04.2 USB Controller: Intel Corp. 82371AB/EB/MB PIIX4 USB (rev 01) (prog-if 00 [UHCI])

(En un sistema USB 2.0, note que hay EHCI y UHCI)

00:1d.0 USB Controller: Intel Corp. 82801DB USB (Hub #1) (rev 01) (prog-if 00 [UHCI])
00:1d.1 USB Controller: Intel Corp. 82801DB USB (Hub #2) (rev 01) (prog-if 00 [UHCI])
00:1d.2 USB Controller: Intel Corp. 82801DB USB (Hub #3) (rev 01) (prog-if 00 [UHCI])
00:1d.7 USB Controller: Intel Corp. 82801DB USB EHCI Controller (rev 01) (prog-if 20 [EHCI])

Así que al usar la orden lspci, puede averiguar si sistema permite el uso de USB 2.0. Esto será de utilidad al activar las opciones correspondientes en el núcleo.

2.  Configuración del Núcleo

Obteniendo el núcleo

Primero instale con emerge las fuentes del núcleo de su preferencia. Aquí usaremos gentoo-sources. Para mayor información acerca de las distintas fuentes del núcleo disponibles en Portage, por favor revise la Guía del Núcleo de Gentoo.

#  emerge gentoo-sources

Ahora, procedemos con la tarea de configurar el núcleo.

#  cd /usr/src/linux
#  make menuconfig

Opciones de configuración para el núcleo

Ahora se dará una mirada a algunas de las opciones que tendrá que activar en el núcleo para asegurar el soporte de USB para sus dispositivos.

Device Drivers  --->
  SCSI device support  --->

(Aunque SCSI será activado de forma automática al seleccionar
"USB Mass Storage", necesitamos activar el soporte de discos)
---   SCSI support type (disk, tape, CD-ROM)
<*>   SCSI disk support

(Luego muévase un nivel atrás y vaya a "USB support")
USB support  --->

(Este es el concentrador raíz y se necesita para el soporte USB. Si
prefiere compilarlo como módulo, será llamado usbcore)
<*> Support for Host-side USB

(Seleccione al menos uno de los siguientes HCD. Si no está seguro,
puede seleccionar todos sin problemas)
--- USB Host Controller Drivers
<*> EHCI HCD (USB 2.0) support
< > OHCI HCD support
<*> UHCI HCD (most Intel and VIA) support

(Moviéndose un poco más abajo, se llega a la sección CDC y
almacenamiento masivo)
< > USB Modem (CDC ACM) support
<*> USB Printer support
<*> USB Mass Storage support

(Si tiene una tarjeta de red USB como la RTL8150, necesitará activar
esto)
USB Network Adapters  --->
    <*> USB RTL8150 based ethernet device support (EXPERIMENTAL)

(Si tiene un conversor serial a USB como el Prolific 2303, necesitará
activar esto)
USB Serial Converter support  --->
    <*> USB Serial Converter support
    <*> USB Prolific 2303 Single Port Serial Driver (NEW)

Si tiene un teclado USB, ratón, joystick, o cualquier otro dispositivo, necesitará activar el soporte para HID. Regrese un nivel a "Device drivers" y active el soporte para HID como se muestra a continuación:

Device Drivers --->
  [*] HID Devices  --->
    <*>   USB Human Interface Device (full HID) support

Ya que están configuradas sus opciones, puede (re)compilar el núcleo y el soporte USB debería estar funcionando una vez que reinicie con el nuevo núcleo. Ahora puede pasar a Ver USB funcionando y asegurarse que todo trabaje como es debido.

3.  Ver USB funcionando

¡dmesg es su amigo!

Ha llegado la hora de probar y usar los dispositivos USB. En este capítulo veremos cómo responde el sistema a los variados dispositivos USB. Empezaremos conectando un llavero USB de 512 MB. Puede usar algún otro dispositivo de almacenamiento masivo similar. Usaremos principalmente dmesg para ver qué está sucediendo y cómo responde el sistema al dispositivo.

(Conecte el llavero en el puerto USB disponible y luego ejecute: 
# dmesg | less

(El dispositivo es seleccionado como de tipo USB 1.1 y se le asigna una dirección. También
dice qué HCD está usando.)
usb 1-1: new full speed USB device using uhci_hcd and address 2

(Aparece automáticamente la emulación SCSI)
scsi0 : SCSI emulation for USB Mass Storage devices
usb-storage: device found at 2

(Ahora se recupera la información del dispositivo incluyendo su número de modelo)
usb-storage: waiting for device to settle before scanning
  Vendor: JetFlash  Model: TS512MJF2A        Rev: 1.00
  Type:   Direct-Access                      ANSI SCSI revision: 02
SCSI device sdb: 1003600 512-byte hdwr sectors (514 MB)

(La característica de protección de escritura es código marcado como EXPERIMENTAL en los últimos núcleos)
sdb: Write Protect is off
sdb: Mode Sense: 0b 00 00 08
sdb: assuming drive cache: write through
SCSI device sdb: 1003600 512-byte hdwr sectors (514 MB)
/dev/scsi/host0/bus0/target0/lun0: p1
Attached scsi removable disk sdb at scsi0, channel 0, id 0, lun 0
Attached scsi generic sg0 at scsi0, channel 0, id 0, lun 0,  type 0
usb-storage: device scan complete
(En este punto, el dispositivo generalmente es accesible montando /dev/sdb1)

(Cuando se desconecta el dispositivo, el sistema da cuenta de aquello)
usb 1-1: USB disconnect, address 2

Una vez que el dispositivo está conectado y montado, puede acceder a él como si fuera un disco duro normal. Las operaciones habituales como cp, mv, rm, etc funcionan bien. También podría crear un sistema de archivos en el llavero USB.

# mount /dev/sdb1 /mnt/usb
# df -h
Filesystem            Size  Used Avail Use% Mounted on
/dev/sda8             9.4G  7.5G  1.9G  80% /
/dev/sda9              11G  8.1G  2.4G  78% /usr
none                  189M     0  189M   0% /dev/shm
/dev/sdb1             490M   34M  457M   7% /mnt/usb

¿Cómo aparecería un ratón USB en caso de que tenga uno? Lo hará como un dispositivo HID.

# dmesg | grep USB
drivers/usb/input/hid-core.c: v2.0:USB HID core driver
usb 1-1: new low speed USB device using address 2
input: USB HID v1.10 Mouse [Logitech USB-PS/2 Optical Mouse] on usb-0000:00:07.2-1

Otra orden elegante que puede usar para ver el estado de sus puertos USB es lsusb. Es parte de sys-apps/usbutils y será cubierto en el siguiente capítulo.

4.  USB en el espacio del usuario

Herramientas útiles

Hasta ahora hemos visto cuánto soporte de USB existe en el núcleo/sistema en Linux. Ahora prestaremos atención en qué tipo de soporte provee Gentoo para USB en el espacio del usuario.

Una de las herramientas más útiles que hay es lsusb. Esta muestra todos los dispositivos conectados al sistema. Instalarlo es muy simple.

# emerge usbutils

Una vez instalado, puede ejecutar lsusb para obtener información simple de los dispositivos USB que están conectados a la máquina.

# lsusb
(Este es el llavero USB de 512 MB de Transcend)
Bus 001 Device 003: ID 0c76:0005 JMTek, LLC. USBdisk
(Este es el ratón óptico)
Bus 001 Device 002: ID 046d:c00e Logitech, Inc. Optical Mouse
(Este es el concentrador raíz)
Bus 001 Device 001: ID 0000:0000

Si es de aquellos que disfruta de ver mucha información, tiene la opción de ejecutar lsusb -v. Inténtelo y vea la cantidad de información que se despliega. Otra buena opción es que lsusb muestra la jerarquía física actual de USB como un árbol y por tanto hace más fácil de entender el mapa exacto del dispositivo. La orden es lsusb -t. Por ejemplo,

# lsusb -t
Bus#  1
`-Dev#   1 Vendor 0x0000 Product 0x0000
  |-Dev#   2 Vendor 0x046d Product 0xc00e
  `-Dev#   3 Vendor 0x0c76 Product 0x0005

Fácilmente puede correlacionar las salidas de lsusb y lsusb -t, que ayuda a la hora de depurar así como entender el funcionamiento de USB.

5.  Agradecimientos ...

Referencias

Me fueron de especial ayuda un buen número de documentos en línea para escribir esto, y algunos de ellos son bastante técnicos pero ciertamente interesantes. Pienso que todos merecen algo de crédito. ¡Así que aquí vamos!

• El sitio Web Oficial de USB
• PFU (FAQ) de USB
• El estándar OHCI de Compaq
• El estándar UHCI de Intel
• El estándar EHCI de Intel

Otros enlaces interesantes

• COMO (HOWTO): LiveUSB en Gentoo Linux

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