开源xow 实测及代码分析(xbox one S 非官方linux版驱动)

Xow是一个非官方的Linux版本Xbox one 手柄无线适配器(后续简称“适配器”)Driver，其底层基于libusb进行工作，通过Wifi与游戏手柄进行连接，其使用MT76xx的Wifi chip；

本文将以“问题点--答疑”形式展开：

问题点1：Ubuntu 编译前的相关确认

- Linux (kernel 4.5 or newer) ---通过指令“uname -r”进行确认

这里强调内核版本的原因是：因uinput在低于4.5内核版本时，其使用的uinput.h找不到相关定义；
- curl (for proprietary driver download) ---用于下载，安装指令“apt-get update -y && apt-get install curl -y”
- cabextract (for firmware extraction) ---可通过指令“apt-get install ubuntu-restricted-extras” 安装，这个是附带安装cabextract，不然会提示“cabextract: Command not found”，
- libusb (libusb-1.0-0-dev for Debian) ---通过“apt-get install libusb-1.0-0-dev”进行安装
- systemd (version 232 or newer) ---“systemctl --version”知晓当前Ubuntu中的具体版本；

编译需要使用Git command ---通过“apt install git” 安装；

实测发现，安装Ubuntu20.04，可以使得systemctl 及Kernel都能直接满足要求；

Attention：

编译时需Ubuntu 联网，因编译时会自动下载，其下载动作在makefile中有体现

问题点2：编译指令；

“make BUILD=RELEASE” 或者
**NOTE:** Please use `BUILD=DEBUG` when asked for your debug logs.

问题点3：编译过程；

->下载微软.cab文件;
->通过指令cabextract 解压为FW_ACC_00U.bin，进行校验；
->FW_ACC_00U.bin更名为firmware.bin；//实际上当第一次下载后，可以修改makefile, 使其不再每次下载、校验；
->firmware.bin 转换为firmware.o;
->firmware.o 和其他.cpp对应.o一同被编译到执行档中；
OBJECTS := $(SOURCES:.cpp=.o) firmware.o;

问题点4：xow的架构实现；

xow的代码量并不大, 其集中在以下截图的红圈部分；

Xow中，类的包含关系如下：

GipDevice类最为父类存在；

---其核心功能是定义了微软GIP 数据格式结构体，并提供了虚函数(需子类实现)；

Controller类是GipDevice的子类；

---用于每一只连接手柄的管理，包括接收数据的最终解析(最后一级，体现在API handlePacket)，一级震动反馈也在此管理；

Mt76类做为父类存在；

----管理适配器的初始化、设置Wifi Beacon、设置Led等状态、提供封装的data 发送接口(sendClientPacket、sendCommand、controlWrite) 以及主动读取data接口(controlRead)…

Dongle 类是Mt76的子类；

---用于多只手柄的管理，包括其连接和断开。提供Controller 类的controllers变量数组，进行多手柄的管理；提供独立线程监听USB批量传输内容(实现的API readBulkPackets)；所以这里是USB 批量接收数据(一般是连接后的传送数据)在xow的入口；

UsbDevice类独立存在，没有继承关系；

--- Base class for interfacing with USB devices, provides control/bulk transfer

capabilities; 其工作原理基于libusb

InputDevice类独立存在，没有继承关系；

---这个类的实现基于linux/uinput.h，但在实测中没有发现实际效果(也没有出现UI等)；

Log类独立存在，没有继承关系；

---用于xow的log打印管理；

Bytes类独立存在，没有继承关系；

---作为一个数据组织类，数据被最终组织为uint8_t的 data buffer；

Buffer类独立存在，没有继承关系；

---作为一个模板类存在，提供具体数据存储和读取的接口；一般用于数据结构体；

使用例子如：” Buffer<RumbleData> rumbleBuffer;”

InterruptibleReader类独立存在，没有继承关系；

---Interruptible reader for file descriptors

问题点5：xow中的Dongle部分；

因适配器使用USB作为与PC 、平板等连接载体，所以当其插入PC时，其通过libusb完成USB的枚举流程；通过libusb 接口与适配器中的MT76xx wifi芯片进行通讯；

Dongle部分---MT76xx的初始化；

在Source Code中定义MT76xx相关初始化以及操作接口的是mt76.cpp，其在自定义类“Mt76”的构造函数中完成 MT76xx chip的初始化动作；

其调用的读取与写入动作基于自定义类“UsbDevice”中自定义函数controlTransfer，其参数设置基于USB 控制传输的定义，具体请参考《USB开发打全(第4版)》的第5章“控制传输：用于关键数据的结构化请求”；Page78；

在整个MT76xx的操作过程中，其涉及到了USB 的两种传输方式“控制传输”和“批量传输”；

分别对应自定义API 是

“控制传输”：

“controlRead”、“controlWrite”

“批量传输”

sendCommand

具体分析：

Dongle的初始化开始于“Waiting for device...”，其阻塞在libusb_handle_events_complete(导致API getDevice也处于阻塞状态)，等待注册的特定Dongle 被插入；

-->当Dongle被插入时，将退出当前while循环；API getDevice也将完成并退出，其实执行getDevice的main函数将继续往下执行；

这里需注意的是，因Dongle继承于MT76，所以当Dongle的构造函数被执行前，先执行其父类MT76的构造函数，当MT76的构造函数执行完成时，就算是完成Dongle的初始化动作；

-->所以当前Dongle的初始化实现全在Mt76的构造函数中；

Dongle部分---关于自定义类UsbDevice

其作为xow的操作基类，基于libusb, 提供了USB控制传输和批量传输两种接口实现；

其自定义结构体“ControlPacket”的参数基于USB 控制传输定义，具体请参考《USB开发打全(第4版)》的第5章“控制传输：用于关键数据的结构化请求”；Page78；

libusb的初始化函数是libusb_init；

通过API libusb_hotplug_register_callback 进行热插拔检测，并注册了当前需检测USB dongle的vendor ID 和Product ID

Dongle部分---关于自定义类Dongle；

其作为自定义类MT76的子类存在, 使用了容器类Vector；

函数readBulkPackets的作用是：通过自定义类UsbDevice，提供的批量读函数bulkRead进行周期读取，当读取到data后，调用函数handleBulkData进行数据解析；

问题点6：xow中的Controller部分；

这部分是基于Dongle部分，所以可以理解为xow的应用实现；

Controller部分---关于自定义类GipDevice(gip.h/gip.cpp)

其基于Game Input Protocol(GIP)，

以下截图的

“from controller”指代当前的xow, 再具体实现就是自定义类Controller；

“from dongle”指待适配器；

Controller部分---关于自定义类Controller；

其继承于自定义类GIPDevice；用于把接收到的手柄Event 发送到xow整合的虚拟input中；同时也负责把反馈发送给手柄；

问题点7：xow中如何处理来自手柄的按键操作，以及手柄按键的数据格式;

当前讨论的数据流向是：xbox手柄->Wifi->适配器->当前Xow接收处理；

Tracing 接收Wifi packet data的数据流向是：

Attention：当以下flow开始执行时，Dongle已完成初始化。所以在此之前，xow和Dongle之间并没有进行USB批量读取；

-->自定义类Dongle的构造函数中，在其Vector容器threads中添加了两个元素readBulkPackets；

-->执行到readBulkPackets，里面周期调用自定义类的函数bulkRead，其通过USB批量传输形式进行数据读取；

-->调用方法handleBulkData进行数据解析；

Note：这里解析所有从适配器读取的data，然后基于不同类型进行处理，其中就包括WlanPacket(Wifi 数据)；

-->当检测到当前端口为“WLAN_PORT”，或当前端口为“CPU_RX_PORT”&&“event类型为EVT_PACKET_RX”时，执行函数handleWlanPacket；

当满足条件“else if (type == MT_WLAN_DATA && subtype == MT_WLAN_QOS_DATA)”时，在函数内部执行函数handleControllerPacket；

-->执行函数handleControllerPacket；

Note：这里有一个细节需注意：一个适配器可同时连接多个游戏手柄，这里的管控就是controllers数组；

-->执行到对应controllers对象方法handlePacket，这里解析具体的操作数据；其数据的操作类型是结构体Frame，先通过Frame获取到具体的command类型(FrameCommand)，然后再把偏移sizeof(Frame)后的data转换为具体command对应的结构体；

实际测试发现：当手柄按键操作时，此时收到的CMD_INPUT，最终执行的API是inputReceived；

问题点8：xow如何把反馈告知手柄(如启动手柄的震动), 以及其数据格式；

关于手柄的震动实现，可在Source Code中搜索“magnitude”字样，相关API 是inputFeedbackReceived，相关结构体是RumbleData，关联的发送API 是performRumble，其内部调用的是API sendPacket；

问题点9：当前xow中附带的测试rumble(其实就是震动)的实现方式；

实现的核心是：每当连接上时，就执行“Controller::initInput” 初始化一个线程

processRumble 进行rumble 数据等待；

-->每当手柄和适配器连接上时，函数“Controller::initInput”都会被执行，里面将创建线程processRumble

-->线程processRumble内部将执行while循环，并使用“rumbleCondition.wait(lock);”进行阻塞等待；

-->当获取到data时，将执行API performRumble进行发送；

Note：发送的data基于微软的GIP格式，而并非HID, 而且还需注意的是：最终的数据发送前，其会加上frame 部分，而非直接发送GIP data；

Attention：当前xow中提供数据组织的实现API 是inputFeedbackReceived(但其目前实测没有触发)，我们只要关注其里面实现的rumble数据添加以及notify_one(用于唤醒阻塞)；后续我们可以自行编写测试程式进行发送震动测试；

Note:笔者自行编写测试震动程式，分别测试了xbox 的一代和二代无线适配器，均能实现手柄的4个马达震动；

问题点10：libusb中定义的宏定义具体代表的值；

LIBUSB_ENDPOINT_IN ：0x80 (bit7位为1),表示设备到主机

LIBUSB_ENDPOINT_OUT: 0x00，表示主机到设备;

LIBUSB_REQUEST_TYPE_VENDOR:0x40 (bit6位为1)

LIBUSB_RECIPIENT_DEVICE:0x00

以上定义符合《USB开发大全》第4版Page78的描述；

问题点11：xow编译成功后如何操作；

安装及启动xow:

sudo make install

sudo systemctl enable xow

sudo systemctl start xow

当执行“sudo systemctl start xow”后，再执行“sudo systemctl status now”，通过log确认xow是否已经跑起来(建议使用 make BUILD=DEBUG 编译xow)；

停止及卸载xow:

sudo systemctl stop xow

sudo systemctl disable xow

sudo make uninstall

Xow如何进入配对模式

在xow的描述中，其是通过在Ubuntu中敲指令发送 SIGUSR1到xow;

sudo systemctl kill -s SIGUSR1 xow

-->Xow中使用“sigaddset”进行信号设置：

当其收到信号“SIGUSR1”时，触发以下flow:

-->执行API setPairingStatus, 其使用Wifi beacon进行信息推送，并设置无线适配器的Led等闪烁；

当前为何能使用无线适配器连接的原因是：当手柄进入到搜索模式(西瓜灯闪烁)，同时无线适配器灯闪烁时，无线适配器执行802.11(Wifi) Beacon帧，使得手柄收到了Wifi信号(目前猜测手柄本身并不广播Wifi信号，而是等待特定广播并主动连接无线适配器)；

问题点12：在手柄和适配器连接后，它们之间如何保持心跳来确认当前还处于连接状态；

通过实测发现，当手柄和适配器连接后，如果不进行任何的按键操作，适配器将每20秒收到一个CMD_STATUS 指令；

问题点13：实测xow驱动下的适配器与手柄(xbox one S)的稳定连接实况；

实测：第一次连接上后15分钟内，手柄没有任何连接操作，手柄断开并自动关机；第二次连接上后在15分钟内有操作过按键，所以一直持续要>17分钟，手动关闭手柄；

发现在公司这种Wifi 环境复杂(公司N个Wifi 路由)下，断线就会容易出现(断开后手柄自动重连)；在家里Wifi 环境比较干净的话，倒是不会断线；

最后，只要把xow的整个执行flow及微软bin文件解析，就能随意移植到其他平台；笔者曾经移植到STM32 测试，能正常和xbox one S 手柄进行连接，行为、功能和在Linux平台无异；

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