【嵌入式linux】网口和USB热插拔检测

在Linux常常需要对网口和USB等外设接口进行插拔检测，从而执行部分初始化操作。下面简要介绍Linux的Netlink机制，并在C程序中使用Linux的Netlink机制完成网口和USB口插拔检测。

Netlink 是 Linux 内核与用户空间进程通信的一种机制，主要用于内核模块和用户程序之间的数据传输。它比传统的通信方式（如 ioctl、procfs、sysfs）更灵活高效。
一、主要特点
双向通信：支持内核与用户空间的双向数据传输。
多协议支持：通过不同的协议类型（如 NETLINK_ROUTE、NETLINK_SOCK_DIAG）满足多种通信需求。
多播支持：允许一个消息同时发送给多个接收者。
异步通信：支持异步消息传递，适合事件驱动场景。
二、使用场景
网络配置：如 iproute2 工具通过 Netlink 配置网络接口和路由。
防火墙和策略路由：如 iptables 和 nftables 使用 Netlink 配置规则。
设备管理：如 udev 通过 Netlink 监控设备事件。
三、基本使用步骤
1.创建套接字：用户空间使用 socket() 创建 Netlink 套接字。

int sock_fd = socket(AF_NETLINK, SOCK_RAW, NETLINK_ROUTE);

2.绑定地址：绑定 Netlink 地址。

struct sockaddr_nl addr;
memset(&addr, 0, sizeof(addr));
addr.nl_family = AF_NETLINK;
addr.nl_pid = getpid(); // 通常使用进程ID
bind(sock_fd, (struct sockaddr*)&addr, sizeof(addr));

3.发送和接收消息：使用 sendmsg() 和 recvmsg() 进行消息传递。
4.处理消息：解析和处理接收到的消息。

Demo1：使用Netlink实现网口热插拔。（ZYNQ-7020平台，linux内核为4.19）

#include <sys/socket.h>
#include <linux/if.h>
#include <linux/rtnetlink.h>
#include <linux/netlink.h>
typedef void (*network_status_callback)(char *eth_name,int status) ;
void network_link_monitor(network_status_callback arg)
{
	int sock;
	int ret;
	struct sockaddr_nl sa;
	int len=4096;
	char buf[4096]={0};
	struct nlmsghdr *nh;
	struct ifinfomsg  *ifinfo;
	struct rtattr *attr;
	network_status_callback nm=arg;
	int i;
	memset(&sa,0,sizeof(sa));
	sa.nl_family=AF_NETLINK;
	sa.nl_groups=RTNLGRP_LINK;
	//sa.nl_pid=getpid();
	
	//创建套接字和绑定Netlink地址，这里使用NETLINK_ROUTE
	sock=socket(AF_NETLINK,SOCK_RAW,NETLINK_ROUTE);
	if(sock<0)
		printf("socket err %d\n",__LINE__);
	setsockopt(sock,SOL_SOCKET,SO_RCVBUF,&len,sizeof(len));
	if(bind(sock,(struct sockaddr*)&sa,sizeof(sa))<0)
		printf("bind err %d\n",__LINE__);
		
	//阻塞接收内核的Netlink消息，可根据应用需求使用非阻塞IO读
	while((ret=read(sock,buf,sizeof(buf)))>0)
	{
		for(nh=(struct nlmsghdr*)buf;NLMSG_OK(nh,ret);nh=NLMSG_NEXT(nh,ret))
		{
			//解析和处理接收到的内核消息
			if(nh->nlmsg_type==NLMSG_DONE)
				break;
			else if(nh->nlmsg_type==NLMSG_ERROR)
			{
				printf("read err %d\n",__LINE__);
				return ;
			}
			else if (nh->nlmsg_type!=RTM_NEWLINK)
			{
				printf("nlmsg_type err %d\n",__LINE__);
				continue;
			}
			ifinfo=NLMSG_DATA(nh);
			//printf("%u : %s \n",ifinfo->ifi_index,(ifinfo->ifi_flags&IFF_LOWER_UP)?"UP":"DOWN");
			attr=(struct rtattr*)(((char*)nh)+NLMSG_SPACE(sizeof(*ifinfo)));
			len=nh->nlmsg_len-NLMSG_SPACE(sizeof(*ifinfo));
			for(;RTA_OK(attr,len);attr=RTA_NEXT(attr,len))
			{
				if(attr->rta_type==IFLA_IFNAME)
				{
					//执行热插拔检测回调函数
					//printf("%s : %s\n",(char*)RTA_DATA(attr),(ifinfo->ifi_flags&IFF_LOWER_UP)?"up":"down");
					if(ifinfo->ifi_flags&IFF_LOWER_UP)
						nm((char*)RTA_DATA(attr),LINK_UP);
					else
						nm((char*)RTA_DATA(attr),LINK_DOWN);
					break;
				}
			}
		}
	}
}

/*
网络插拔检测回调
*/
void monitor_callback(char *eth_name,int status)//status--1 up
{
	printf("%s %s\n",eth_name,status?"up":"down");
}

int main()
{
	printf("net test\n");
    network_link_monitor(monitor_callback);
	while(1)sleep(1);    
    return 0;
}

编译Demo生成net_test拷贝到板子上
测试结果：重复插拔网口可看到内核打印信息和应用程序打印网口up和down信息

Demo2：使用Netlink实现USB口热插拔。（ZYNQ-7020平台，linux内核为4.19）

static void usb_host_thread(void *arg)
{
	char rcv_buf[32]={0};
	int link_status=0;
    int ret=0;
    //判断USB口初始拔插状态
    ret=usb_exec(USB_HOST_CMD);
    if(ret==0)
        link_status=1;
    else
        link_status=0;
    struct sockaddr_nl client;
    struct timeval tv;
    int CppLive,rcvlen;
    fd_set fds;
    int buffersize=1024;
    //创建套接字和绑定Netlink地址，这里使用NETLINK_KOBJECT_UEVENT
    CppLive=socket(AF_NETLINK,SOCK_RAW,NETLINK_KOBJECT_UEVENT);
	if(CppLive<0)
	{
	    printf("socket err %d\n",__LINE__);
        return;
    }
    memset(&client,0,sizeof(client));
    client.nl_family=AF_NETLINK;
    //client.nl_pid=getpid();
    client.nl_groups=1;
    setsockopt(CppLive,SOL_SOCKET,SO_RCVBUF,&buffersize,sizeof(buffersize));
    bind(CppLive,(struct sockaddr*)&client,sizeof(client));
    while(1)
	{
        char buf[2048]={0};
        /*
        FD_ZERO(&fds);
        FD_SET(CppLive,&fds);
        tv.tv_sec=0;
        tv.tv_usec=100 * 1000;
        ret=select(CppLive+1,&fds,NULL,NULL,&tv);
        if(ret<0)
        {
            printf("select err %d\n",__LINE__);
            continue;
        }
            
        if(!(ret>0 && FD_ISSET(CppLive, &fds)))
        {
            printf("select err %d\n",__LINE__);
            continue;
        }
        */  
        //阻塞接收内核的Netlink消息，可根据应用需求使用非阻塞IO读
        rcvlen=recv(CppLive,buf,sizeof(buf),0);
        if(rcvlen > 0)
        {
        	//解析和处理接收到的内核消息
            //printf("%s\n",buf);
            if(strstr(buf,"add")!=NULL)
            {
                if(link_status==0)
                {
                    ((void (*)(int))arg)(1);
                }
                link_status=1;
            }
            else if(strstr(buf,"remove")!=NULL)
            {
                if(link_status==1)
                {
                    ((void (*)(int))arg)(0);
                }
                link_status=0;
            }
        }
            
	}
	
}

void callback(int status)
{
	if(status==1)
		printf("usb host up\n");
	if(status==0)
		printf("usb host down\n");
}

int main()
{
	printf("usb test\n");
    usb_host_monitor(callback);
	while(1)sleep(1);    
    return 0;
}

编译Demo生成usb_test拷贝到板子上
测试结果：重复插拔USB host口可看到应用程序打印USB口的up和down信息