自動配置MTU值的USB設備設計與研究

◆肖蕾蕾 史二娜

自動配置MTU值的USB設備設計與研究

◆肖蕾蕾 史二娜

（西安交通工程學院電氣工程學院 陜西 710300）

在使用USB數(shù)據(jù)卡產(chǎn)品時，由于不同運營商的網(wǎng)關MTU值設置不同，使得用戶無法達到理想的數(shù)據(jù)吞吐率，上網(wǎng)效果不理想。針對這一問題，設計了一種自動修改PC的MTU值的USB設備，大大提高了用戶體驗。

MTU值；USB設備；數(shù)據(jù)卡

隨著互聯(lián)網(wǎng)時代的到來，人們對網(wǎng)絡的質(zhì)量需求越來越高，相應的USB數(shù)據(jù)卡產(chǎn)品越來越豐富，不同的網(wǎng)絡運營商網(wǎng)關的MTU值設置也都不一致，如何配置合適的MTU值，達到理想的上網(wǎng)體驗，成為亟待解決的問題。

目前已有配置MTU值的方法，需要使用該數(shù)據(jù)卡終端的用戶知道當前運營商網(wǎng)關的MTU值，對于一般的普通用戶而言，無法確認當前接入網(wǎng)絡的網(wǎng)關MTU值，從而也就不清楚需要設置多少，才可以達到理想的上網(wǎng)效果。

針對以上存在的問題，本文為用戶提供一種新的方法，即通過USB設備自動配置當前接入的PC MTU值，并且實現(xiàn)了相配套的USB設備系統(tǒng)。該方法與系統(tǒng)在不需要用戶手動設置MTU值的情況下，將USB網(wǎng)卡設備接入到PC，通過USB設備自動來修改PC的MTU值，從而可以達到在特定網(wǎng)絡接入時的數(shù)據(jù)吞吐率的最優(yōu)效果，此方法對于普通的終端用戶而言，與原有的方法相比，可以大大提高USB設備的用戶體驗。

1 方法原理

原有通過數(shù)據(jù)卡配置MTU值的方法是：在UI上提供可配置界面，用戶通過在該配置界面中輸入具體的MTU值[2]，最終將該MTU值寫入PC的后臺文件中，并且使用該MTU值進行撥號鏈接的動作[1]。該方法需要用戶確認當前網(wǎng)絡的網(wǎng)關MTU值，因此，對普通用戶來說沒有多大的使用價值，而且未能達到改善用戶體驗的目的。

本方法與系統(tǒng)的原理是：用戶電腦通過USB數(shù)據(jù)卡聯(lián)網(wǎng)時，需要先安裝該USB數(shù)據(jù)卡的驅(qū)動，當數(shù)據(jù)卡連接到PC并枚舉USB網(wǎng)卡設備時，PC會通過該驅(qū)動與數(shù)據(jù)卡交互，從而在用戶電腦上枚舉出USB網(wǎng)卡設備[2]。同時，電腦在與USB網(wǎng)卡設備交互時，會獲取到數(shù)據(jù)卡中預先設置的MTU值，并寫入到該網(wǎng)卡在電腦中的注冊表項，從而達到無須用戶手動配置MTU的效果。

2 設備組成

本方法與系統(tǒng)的組成如下圖1，包括PC側(cè)MTU自動配置模塊、PC側(cè)MTU請求模塊、數(shù)據(jù)卡側(cè)MTU響應模塊、數(shù)據(jù)卡側(cè)網(wǎng)卡驅(qū)動模塊[3]。

圖1 設備組成框圖

（1）USB設備側(cè)網(wǎng)卡驅(qū)動模塊：按照USB協(xié)議，實現(xiàn)一個USB網(wǎng)卡設備。當該設備連接到USB主設備時，會在對應的USB主設備上枚舉出一個USB網(wǎng)卡設備，供該主設備通過此USB網(wǎng)卡設備接入網(wǎng)絡。

（2）USB設備側(cè)MTU響應模塊：在USB數(shù)據(jù)卡設備出廠前，該模塊負責根據(jù)不同的運營商網(wǎng)絡，預設對應網(wǎng)絡的最優(yōu)MTU值，并響應來自USB主機上廠商驅(qū)動下發(fā)的，獲取MTU值的請求消息。

（3）PC側(cè)MTU請求/響應模塊：在USB數(shù)據(jù)卡設備枚舉過程中，由于下發(fā)獲取MTU值的請求消息于USB設備，并且響應收到的MTU響應模塊的響應消息后進行解析處理。

（4）PC側(cè)MTU自動配置模塊：用于將從USB設備獲取到的MTU值，寫到該數(shù)據(jù)卡在主設備上枚舉的網(wǎng)卡設備對應的注冊表中。

3 PC機使用USB實施過程

如圖2所示，當USB設備插入PC后：

（1）首先，PC向設備發(fā)送獲取該設備描述信息的請求消息（Get_Descriptor消息），USB從設備收到消息后，給主機回復包含描述設備描述信息的USB響應消息。包括設備廠商ID，產(chǎn)品ID，以及該USB設備所符合的設備類、子類、協(xié)議類、MI信息等；

（2）其次，PC接著給USB從設備發(fā)送獲取該設備配置信息的請求消息（Get_Configure消息），USB從設備收到此消息后，給主機回復包含設備自身配置信息的USB響應消息。包括該USB設備所支持的所有接口的描述信息、以及每個接口所包含的端點數(shù)、端點方向等；

（3）然后，PC給USB從設備發(fā)送獲取MTU值的請求消息，目的是獲取該USB設備需要接入網(wǎng)絡MTU值，設備在收到該消息后，給主機回復包含MTU值的響應消息。獲取MTU值的請求、響應消息，必須按照USB規(guī)范定義的消息格式，實現(xiàn)該擴展消息；

（4）最后，PC側(cè)收到設備回復的包含MTU值的響應消息后，MTU自動配置模塊將獲取到的MTU值配置到該USB網(wǎng)卡設備對應的PC注冊表中。

圖2 實現(xiàn)MTU值設置的USB設備枚舉過程

bmRequestType字段代表該USB消息為用戶自定義的擴展消息；

bRequest字段代表獲取的消息類型，本文為GET MTU VALUE請求消息；

wValue字段代表接口索引，也就是USB網(wǎng)卡設備對應的接口編號；

wIndex字段代表請求的特性索引；

wLength字段代表USB網(wǎng)卡設備后續(xù)要返回的，包含MTU值的響應消息的長度。

4 軟件部分

該系統(tǒng)包括PC側(cè)軟件與USB數(shù)據(jù)卡側(cè)軟件兩部分：

在該PC側(cè)USB網(wǎng)卡設備驅(qū)動中，除了實現(xiàn)基本的USB網(wǎng)卡枚舉消息，還需要實現(xiàn)圖3中到獲取MTU值的擴展USB消息；

同理，對于USB數(shù)據(jù)卡側(cè)軟件，則需要實現(xiàn)USB網(wǎng)卡驅(qū)動[]、以及當接收到圖3中的，獲取MTU值的擴展USB請求消息后，發(fā)送包含特定網(wǎng)絡MTU值的響應等功能[5]。

實驗證明，通過將實現(xiàn)了自動配置MTU值功能的USB設備接入到PC上，發(fā)現(xiàn)其可以根據(jù)當前的網(wǎng)絡類型，自動修改PC的MTU值，達到理想的上網(wǎng)效果。

5 結束語

該USB設備通過與PC驅(qū)動的自動配合，從而達到無須用戶手動配置MTU值的情況下，通過USB設備自動配置MTU值的目的，使得用戶接入USB設備時提供了方便。

計算機后，PC驅(qū)動會自動從USB設備獲取到MTU值，并且自動將該值配置到用戶的注冊表中，從而大大提高了用戶體驗。

[1]楊偉.Linux下USB設備驅(qū)動研究與開發(fā)[J].計算機工程，2006，32（19）：283-285.

[2]朱曉錦.一種嵌入式USB主機功能模塊設計與實現(xiàn)[J].計算機工程，2007，33（21）：240-243.

[3]彭亞龍.USB設備自動識別操作系統(tǒng)的方法[J].操作系統(tǒng)，2011（10）.

[4]John Garney.Universal Serial Bus rev3.2 Specification[EB/OL].（September 22，2017）[2018.3].

[5]胡唯唯，王宜懷，張永.基于K64的USB驅(qū)動構件化設計[J].電子技術應用，2017，43（7）：55-58.

陜西省教育廳科研計劃項目資助（項目編號：18JK1039）。