自动配置MTU值的USB设备设计与研究

◆肖蕾蕾 史二娜

自动配置MTU值的USB设备设计与研究

◆肖蕾蕾 史二娜

（西安交通工程学院电气工程学院 陕西 710300）

在使用USB数据卡产品时，由于不同运营商的网关MTU值设置不同，使得用户无法达到理想的数据吞吐率，上网效果不理想。针对这一问题，设计了一种自动修改PC的MTU值的USB设备，大大提高了用户体验。

MTU值；USB设备；数据卡

随着互联网时代的到来，人们对网络的质量需求越来越高，相应的USB数据卡产品越来越丰富，不同的网络运营商网关的MTU值设置也都不一致，如何配置合适的MTU值，达到理想的上网体验，成为亟待解决的问题。

目前已有配置MTU值的方法，需要使用该数据卡终端的用户知道当前运营商网关的MTU值，对于一般的普通用户而言，无法确认当前接入网络的网关MTU值，从而也就不清楚需要设置多少，才可以达到理想的上网效果。

针对以上存在的问题，本文为用户提供一种新的方法，即通过USB设备自动配置当前接入的PC MTU值，并且实现了相配套的USB设备系统。该方法与系统在不需要用户手动设置MTU值的情况下，将USB网卡设备接入到PC，通过USB设备自动来修改PC的MTU值，从而可以达到在特定网络接入时的数据吞吐率的最优效果，此方法对于普通的终端用户而言，与原有的方法相比，可以大大提高USB设备的用户体验。

1 方法原理

原有通过数据卡配置MTU值的方法是：在UI上提供可配置界面，用户通过在该配置界面中输入具体的MTU值[2]，最终将该MTU值写入PC的后台文件中，并且使用该MTU值进行拨号链接的动作[1]。该方法需要用户确认当前网络的网关MTU值，因此，对普通用户来说没有多大的使用价值，而且未能达到改善用户体验的目的。

本方法与系统的原理是：用户电脑通过USB数据卡联网时，需要先安装该USB数据卡的驱动，当数据卡连接到PC并枚举USB网卡设备时，PC会通过该驱动与数据卡交互，从而在用户电脑上枚举出USB网卡设备[2]。同时，电脑在与USB网卡设备交互时，会获取到数据卡中预先设置的MTU值，并写入到该网卡在电脑中的注册表项，从而达到无须用户手动配置MTU的效果。

2 设备组成

本方法与系统的组成如下图1，包括PC侧MTU自动配置模块、PC侧MTU请求模块、数据卡侧MTU响应模块、数据卡侧网卡驱动模块[3]。

图1 设备组成框图

（1）USB设备侧网卡驱动模块：按照USB协议，实现一个USB网卡设备。当该设备连接到USB主设备时，会在对应的USB主设备上枚举出一个USB网卡设备，供该主设备通过此USB网卡设备接入网络。

（2）USB设备侧MTU响应模块：在USB数据卡设备出厂前，该模块负责根据不同的运营商网络，预设对应网络的最优MTU值，并响应来自USB主机上厂商驱动下发的，获取MTU值的请求消息。

（3）PC侧MTU请求/响应模块：在USB数据卡设备枚举过程中，由于下发获取MTU值的请求消息于USB设备，并且响应收到的MTU响应模块的响应消息后进行解析处理。

（4）PC侧MTU自动配置模块：用于将从USB设备获取到的MTU值，写到该数据卡在主设备上枚举的网卡设备对应的注册表中。

3 PC机使用USB实施过程

如图2所示，当USB设备插入PC后：

（1）首先，PC向设备发送获取该设备描述信息的请求消息（Get_Descriptor消息），USB从设备收到消息后，给主机回复包含描述设备描述信息的USB响应消息。包括设备厂商ID，产品ID，以及该USB设备所符合的设备类、子类、协议类、MI信息等；

（2）其次，PC接着给USB从设备发送获取该设备配置信息的请求消息（Get_Configure消息），USB从设备收到此消息后，给主机回复包含设备自身配置信息的USB响应消息。包括该USB设备所支持的所有接口的描述信息、以及每个接口所包含的端点数、端点方向等；

（3）然后，PC给USB从设备发送获取MTU值的请求消息，目的是获取该USB设备需要接入网络MTU值，设备在收到该消息后，给主机回复包含MTU值的响应消息。获取MTU值的请求、响应消息，必须按照USB规范定义的消息格式，实现该扩展消息；

（4）最后，PC侧收到设备回复的包含MTU值的响应消息后，MTU自动配置模块将获取到的MTU值配置到该USB网卡设备对应的PC注册表中。

图2 实现MTU值设置的USB设备枚举过程

bmRequestType字段代表该USB消息为用户自定义的扩展消息；

bRequest字段代表获取的消息类型，本文为GET MTU VALUE请求消息；

wValue字段代表接口索引，也就是USB网卡设备对应的接口编号；

wIndex字段代表请求的特性索引；

wLength字段代表USB网卡设备后续要返回的，包含MTU值的响应消息的长度。

4 软件部分

该系统包括PC侧软件与USB数据卡侧软件两部分：

在该PC侧USB网卡设备驱动中，除了实现基本的USB网卡枚举消息，还需要实现图3中到获取MTU值的扩展USB消息；

同理，对于USB数据卡侧软件，则需要实现USB网卡驱动[]、以及当接收到图3中的，获取MTU值的扩展USB请求消息后，发送包含特定网络MTU值的响应等功能[5]。

实验证明，通过将实现了自动配置MTU值功能的USB设备接入到PC上，发现其可以根据当前的网络类型，自动修改PC的MTU值，达到理想的上网效果。

5 结束语

该USB设备通过与PC驱动的自动配合，从而达到无须用户手动配置MTU值的情况下，通过USB设备自动配置MTU值的目的，使得用户接入USB设备时提供了方便。

计算机后，PC驱动会自动从USB设备获取到MTU值，并且自动将该值配置到用户的注册表中，从而大大提高了用户体验。

[1]杨伟.Linux下USB设备驱动研究与开发[J].计算机工程，2006，32（19）：283-285.

[2]朱晓锦.一种嵌入式USB主机功能模块设计与实现[J].计算机工程，2007，33（21）：240-243.

[3]彭亚龙.USB设备自动识别操作系统的方法[J].操作系统，2011（10）.

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

[5]胡唯唯，王宜怀，张永.基于K64的USB驱动构件化设计[J].电子技术应用，2017，43（7）：55-58.

陕西省教育厅科研计划项目资助（项目编号：18JK1039）。