Linux下通过CCID协议与USB设备进行交互经验总结

Linux下通过CCID协议与USB设备进行交互经验总结1.目标2. 实现方法2.1 安装libudev2.1.1 编译安装2.1.2 安装提示错误2.2 编译安装libusb2.2.1 下载libusb2.2.2 编译安装过程2.2.3 安装时提示的错误2.3 编译安装pcsc-lite2.3.1 下载pcsc-lite2.3.2 编译安装过程2.4 编译安装ccid2.4.1 下载ccid2.

Asher@福

3414人浏览 · 2020-10-23 18:16:23

Asher@福 · 2020-10-23 18:16:23 发布

1.目标

在linux系统下通过ccid协议与USB设备实现通讯。

2. 实现方法

通过参考其他人的博客，决定采用如下方式来实现ccid通讯。

2.1 安装libudev

udev 是Linux2.6内核里的一个功能，它替代了原来的devfs，成为当前Linux 默认的设备管理工具。udev以守护进程的形式运行，通过侦听内核发出来的uevent来管理/dev目录下的设备文件。不像之前的设备管理工具，udev在用户空间(userspace) 运行，而不在内核空间(kernel space) 运行。

2.1.1 编译安装

如果是Centos可以通过执行：sudo yum install systemd-devel 或者sudo yum install libudev-devel；如果是Ubuntu可以通过：sudo apt-get install systemd-devel 或者 sudo apt-get install libudev-devel；如果已经有libudev-devel.rpm包，可以执行sudo rpm -ivh libudev-devel.rpm。

2.1.2 安装提示错误

在Ubuntu14.04下，直接执行sudo apt-get install systemd-devel 或者 sudo apt-get install libudev-devel，有的时候并不能安装成功，会出现下面的提示：
在这里插入图片描述
一般apt-get出现上面的情况，就是没有更新APT库，安装如下方式进行更新即可（需要等待一段时间~）：

sudo apt-get update
sudo apt-get upgrade

执行结束后，我们再执行sudo apt-get install libudev-devel即可成功。

2.2 编译安装libusb

对于连接到电脑的USB设备，一般都会需要安装对应的USB driver来支持。有一款开源的跨平台的USB driver，就是libusb，可以用来进行自定义的USB设备的驱动开发。
libusb是一个C语言编写的库，可以供上层的应用来调用，和连接在笔记本上的USB设备进行通信。易于移植，而且有对应的libusb-API的文档，可以用于Linux, OS X, Windows, Android, OpenBSD等系统。而且支持USB 1.0到3.1的规范。一般在Linux系统上会自带了libusb的。其他的平台一般需要安装libusb。

2.2.1 下载libusb

在https://github.com/libusb/libusb/releases/ 地址中选择一个版本进行下载，本文使用的是libusb-1.0.18。

2.2.2 编译安装过程

（1）解压libusb-1.0.18.tar.gz安装包，执行tar -xvf libusb-1.0.18.tar.gz。
（2）进入到libusb-1.0.18文件下，执行三步：（a）./configure；（b） make；（c）sudo make install；

2.2.3 安装时提示的错误

（1）错误提示
checking for inline… inline
checking operating system… Linux
checking for library containing clock_gettime… -lrt
checking libudev.h usability… no
checking libudev.h presence… no
checking for libudev.h… no
configure: error: “udev support requested but libudev not installed”
（2）解决办法
安装libudev-devel即可解决，安装方法已2.1节介绍。

2.3 编译安装pcsc-lite

pcsc-lite 封装了访问使用 SCard API (PC/SC) 访问智能卡设备的开发包。

2.3.1 下载pcsc-lite

在https://alioth-archive.debian.org/releases/pcsclite/pcsclite/地址中选择一个版本进行下载，本文选择的是pcsc-lite-1.8.11版本。

2.3.2 编译安装过程

（1）解压pcsc-lite-1.8.11.tar.bz2安装包，执行tar -xvf pcsc-lite-1.8.11.tar.bz2。
（2）进入pcsc-lite-1.8.11文件夹下，执行三步：（a）./configure；（b）make；（c）sudo make install

2.4 编译安装ccid

该库为符合CCID协议的USB智能卡驱动程序提供了PC / SC IFD处理程序实现。需要此软件包才能通过PC / SC Lite资源管理器（pcscd）与CCID智能卡读取器进行通信。

2.4.1 下载ccid

在https://alioth-archive.debian.org/releases/pcsclite/ccid/ 地址中选择一个版本进行下载，本文使用的是ccid-1.4.16版本。

2.4.2 编译安装过程

（1）解压ccid-1.4.16.tar.bz2安装包，执行tar -xvf ccid-1.4.16.tar.bz2。
（2）进入ccid-1.4.16文件下，找到readers/supported_readers.txt文件，进行如下修改：（a）增加：设备名称（自定义）；（b）增加：VID:PID:设备描述符；
（3）执行编译及安装，（a）./configure；（b）make；（c）sudo make install；

2.5 配置环境变量

将编译生成的共享库的路径添加到环境变量中。执行如下操作：
（1）通过vim /etc/profile的指令，打开profile文件。
（2）增加：export LD_LIBRARY_PATH=/usr/local/lib:$LD_LIBRARY_PATH，保存退出。
（3）执行 source /etc/profile。

2.6 ccid通讯协议测试

2.6.1 启动pcsc服务

在命令行中执行pcscd，注意如果不是root账户执行sudo pcscd。

2.6.2 测试结果

在pcsc-lite-1.8.11/src/ 的路径下找到testpcsc可执行文件，插入设备后，执行./testpcsc，结果如下则证明CCID协议通讯成功。
在这里插入图片描述

2.7 其他软件包的安装

因为项目需要安装一些其他的开源库，因此在这里记录一下。

2.7.1 编译安装boost

Boost是为C++语言标准库提供扩展的一些C++程序库的总称。Boost库是一个可移植、提供源代码的C++库，作为标准库的后备，是C++标准化进程的开发引擎之一，是为C++语言标准库提供扩展的一些C++程序库的总称。

2.7.1.1 下载boost

在https://sourceforge.net/projects/boost/files/boost/ 地址中选择一个版本下载，本文中使用的是boost_1_43_0。

2.7.1.2 编译安装过程

（1）解压boost_1_43_0.tar.gz安装包，执行tar -xvf boost_1_43_0.tar.gz。
（2）进入boost_1_43_0文件中，执行如下步骤：（a）./bootstrap.sh；（b）./bjam（需要等待很长一段时间~）；

2.7.1.3 安装时提示错误

在这里插入图片描述
由第一行可知有78个目标失败，经过分析有一下几个问题需要修改：
（1）./boost/python/detail/wrap_python.hpp:50:23: fatal error: pyconfig.h: No such file or directory，即pyconfig.h文件无法找到。导致该问题产生的原因是，默认情况下在/usr/include/python2.7路径下查找pyconfig.h，但实际情况为该路径并不存在（原因可能是python2升级成python3所致），只有一个python3.5m文件夹存在，且其中不包含pyconfig.h的文件，此时我们需要在终端执行：

sudo apt-get install python3.5-dev

执行完上述命令之后，发现python3.5m文件夹下已经存在pyconfig.h文件。接下来按照参考链接中第8篇博客，修改/boost_1_43_0/tools/build/v2/tools/python.jam的551行。

原来为：includes ?= $(prefix)/include/python$(version)
修改为：includes ?= $(prefix)/include/python$(version)m

重新编译boost代码：（a）./bootstrap.sh --with-python=python3（其中python代表的就是python3.5）；（b）./bjam。执行结果如下：
在这里插入图片描述
由上图可见，失败的数量缩减了78-26=52个。
（2）./boost/config/requires_threads.hpp:29:4: error: #error “Threading support unavaliable: it has been explicitly disabled with BOOST_DISABLE_THREADS”
#error “Threading support unavaliable: it has been explicitly disabled with BOOST_DISABLE_THREADS”。该问题参考第9篇博客，对/boost_1_43_0/boost/config/stdlib/libstdcpp3.hpp文件进行如下修改：

原本为：
#ifdef __GLIBCXX__ // gcc 3.4 and greater:
#  if defined(_GLIBCXX_HAVE_GTHR_DEFAULT) \
        || defined(_GLIBCXX__PTHREADS)
     
修改为：
#  if defined(_GLIBCXX_HAVE_GTHR_DEFAULT) \
        || defined(_GLIBCXX__PTHREADS) \
	|| defined(_GLIBCXX_HAS_GTHREADS)

按照上面内容修改完之后，再执行./bjam的结果如下：
在这里插入图片描述
（3）./boost/thread/xtime.hpp:23:5: error: expected identifier before numeric constant TIME_UTC=1，该问题产生的原因是这个宏定义重复定义了，这里手动将TIME_UTC改成TIME_UTC_。在将/boost_1_43_0/libs/thread/src/pthread/timeconv.inl文件中所有使用TIME_UTC的地方替换成TIME_UTC_。（之前开发时使用的是Centos7到这一步时，应该就没有失败目标了，但是后来为了验证并记录流程选择了Ubuntu16.04，执行到这步时还有20个失败目标，这块内容等我找到解决办法再更新~~~）

3. 通讯接口封装

本块内容主要记录，在PCSC-LITE的基础上进行CCID通讯接口的封装。主要的功能接口如下：
（1）建立上下文，调用SCardEstablishContext实现。
（2）连接设备，调用SCardConnect实现。
（3）关闭设备，调用SCardDisconnect实现。
（4）复位设备，调用SCardReconnect和SCardStatus实现。
（5）设备通讯，调用SCardTransmit实现。
（6）枚举设备，调用SCardListReaderGroups和SCardListReaders实现。
（7）释放上下文，调用SCardReleaseContext实现。
（8）开始通讯，调用SCardBeginTransaction实现。
（9）结束通讯，调用SCardEndTransaction实现。

4. 接口使用中遇到的问题

首先根据接口返回的错误码，我们可以通过官方的错误列表初步定位问题的原因，但是有些时候即使知道了错误描述，也无法定位产生的原因。比如我在使用过程中碰见一个问题：当给设备发送某条指令时，SCardTransmit接口总是返回SCARD_E_NOT_TRANSACTED，错误描述为An attempt was made to end a non-existent transaction（试图终止一个不存在的事务），这么官方的描述请恕我无法理解，我的事务为什么就不存在了？是什么引起的？感觉一头雾水。在网上也没有找到类似问题，求助无门。
经过一段时间的研究后发现，我发送的那条指令，对于设备而言有较长的响应时间，从而联想到可能接口的响应时间即timeout太短所致。终于找到了突破口，但是却发现SCardTransmit的接口参数里并没有这个参数，没办法就去看pcsc-lite的源码，还是没有找到设置timeout的地方（此时的心情有点小失望）。后来通过和其他人沟通，了解到在linux下USB设备都可以通过libusb发送指令的，而libusb的通讯接口libusb_bulk_transfer，其接口参数中是有timeout的设置的。因此回想了一下我之前安装的几个安装包，分别为libudev、libusb、ccid、pcsclite，此时想到的就是这样一组依赖关系：pcsclite ： ccid : libusb : libudev （其中 : 代表依赖于），有了这样的猜想，我就去查看ccid的源码，果然在ccid_usb_.c文件中的找到了如下结果：
在这里插入图片描述
接着顺藤摸瓜找到赋值readTimeout的地方，其默认值为DEFAULT_COM_READ_TIMEOUT，该宏定义在/ccid-1.4.16/src/defs.h文件中，初始值为3s，改成8s后，问题终于迎刃而解。因为第一次做这方面的工作，所以在这里记录一下，方便以后回顾。

5. 参考链接

（1）https://blog.csdn.net/fafactx/article/details/22931141
（2）https://blog.51cto.com/seiang/1950594
（3）https://blog.csdn.net/suxiang198/article/details/75106296
（4）https://www.jianshu.com/p/8581d232dd6c
（5）https://blog.csdn.net/magic_ninja/article/details/87981662
（6）https://baike.baidu.com/item/boost/69144?fr=aladdin
（7）https://blog.csdn.net/yujun_huoxu/article/details/7913135
（8）https://blog.csdn.net/qq_25867649/article/details/80163639
（9）https://blog.csdn.net/linuxchyu/article/details/12611193
（10）https://blog.csdn.net/leumber/article/details/79086998
（11）https://docs.microsoft.com/en-us/previous-versions/windows/embedded/ee498507(v=winembedded.70)?redirectedfrom=MSDN

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