2、ConfigFS简介：ConfigFS文件系统原理、ConfigFS在USB Gadget中的作用、挂载ConfigFS到/sys/kernel/config
2.1 ConfigFS 文件系统原理
ConfigFS（Configuration File System）是一种基于内存的虚拟文件系统，它通过文件系统的目录和文件操作接口，向用户空间暴露内核对象的配置属性。与 sysfs 不同，ConfigFS 的设计目标是允许用户空间动态地创建、删除和配置内核对象，而不仅仅是读取或修改已有对象的属性。
ConfigFS 的核心原理可以概括为：目录即对象，文件即属性。用户通过 mkdir 创建目录来实例化一个内核对象，通过 rmdir 删除目录来销毁该对象，通过读写目录下的文件来配置对象的属性。
| 特性 | ConfigFS | sysfs |
|---|---|---|
| 对象生命周期 | 用户空间通过 mkdir/rmdir 控制 | 内核驱动注册/注销时自动创建/销毁 |
| 主要用途 | 动态创建和配置内核对象 | 暴露内核对象拓扑和属性 |
| 操作模式 | 创建 → 配置 → 启用 | 读取/写入已有属性 |
| 典型挂载点 | /sys/kernel/config | /sys |
ConfigFS 的目录结构遵循严格的层级关系。每个 ConfigFS 子系统（如 USB Gadget）会在 /sys/kernel/config 下创建一个顶级目录，用户在该目录下创建子目录来实例化具体的配置项。目录的命名和层级必须符合子系统的规范，否则操作会失败。
2.2 ConfigFS 在 USB Gadget 中的作用
在 USB Gadget 子系统中，ConfigFS 扮演了配置总线的角色。它允许用户空间以文件系统操作的方式，完整地构建一个 USB 设备描述符层次结构，而无需编写内核代码或加载内核模块参数。
USB Gadget 的 ConfigFS 接口位于 /sys/kernel/config/usb_gadget/ 目录下。用户通过在该目录下创建目录来定义 Gadget 实例，然后在实例内部创建子目录来配置设备描述符、配置描述符、接口、端点以及功能驱动。
- 动态性：无需重新编译内核或重启系统，即可创建和销毁 USB 设备。
- 灵活性：支持多种功能组合（如 RNDIS + ACM + Mass Storage），通过目录结构自由组合。
- 可脚本化：所有操作都可以通过 shell 脚本自动化，适合嵌入式系统初始化。
- 标准化：遵循 Linux 内核统一的 ConfigFS 接口规范，与 UDC 驱动解耦。
典型的 USB Gadget ConfigFS 目录结构如下：
/sys/kernel/config/usb_gadget/
├── g1 # Gadget 实例（由 mkdir 创建）
│ ├── UDC # 绑定到哪个 UDC 控制器（写入 UDC 名称）
│ ├── bcdUSB # USB 规范版本号
│ ├── bDeviceClass # 设备类代码
│ ├── bDeviceSubClass # 设备子类代码
│ ├── bDeviceProtocol # 设备协议代码
│ ├── idVendor # 厂商 ID
│ ├── idProduct # 产品 ID
│ ├── bcdDevice # 设备版本号
│ ├── strings/ # 字符串描述符
│ │ ├── 0x409/ # 英语（美国）语言 ID
│ │ │ ├── manufacturer # 厂商字符串
│ │ │ ├── product # 产品字符串
│ │ │ └── serialnumber # 序列号
│ ├── configs/ # 配置描述符
│ │ ├── c.1/ # 配置 1（由 mkdir c.1 创建）
│ │ │ ├── bmAttributes # 配置属性
│ │ │ ├── MaxPower # 最大功耗（mA）
│ │ │ ├── strings/0x409/
│ │ │ │ └── configuration # 配置字符串
│ │ │ └── f1/ # 功能实例（符号链接到功能驱动）
│ │ └── c.2/ # 配置 2（可选）
│ └── functions/ # 功能驱动目录
│ ├── rndis.usb0 # RNDIS 以太网功能
│ ├── acm.usb0 # ACM 串口功能
│ └── mass_storage.usb0 # 大容量存储功能
└── g2 # 另一个 Gadget 实例（可选）
上图中，g1 是一个完整的 Gadget 实例。用户需要依次完成以下步骤：
- 创建 Gadget 实例目录（
mkdir g1）。 - 写入设备描述符属性（
idVendor、idProduct等）。 - 创建字符串描述符目录和文件。
- 创建配置描述符目录（
mkdir configs/c.1）。 - 创建功能驱动实例（
mkdir functions/rndis.usb0）。 - 将功能驱动符号链接到配置描述符目录下（
ln -s functions/rndis.usb0 configs/c.1/f1）。 - 将 Gadget 绑定到 UDC 控制器（
echo <udc_name> > UDC）。
2.3 挂载 ConfigFS 到 /sys/kernel/config
在使用 ConfigFS 创建 USB Gadget 设备之前，必须确保 ConfigFS 文件系统已经挂载到 /sys/kernel/config 目录。如果该目录不存在或未挂载，所有 ConfigFS 操作都会失败。
ls /sys/kernel/config 发现目录为空或不存在，需要手动挂载。
挂载步骤：
- 检查是否已挂载：
如果输出为空，说明 ConfigFS 未挂载。mount | grep configfs - 创建挂载点（如果不存在）：
mkdir -p /sys/kernel/config - 挂载 ConfigFS：
mount -t configfs none /sys/kernel/config - 验证挂载结果：
ls /sys/kernel/config/ # 应看到 usb_gadget 等子系统目录
自动挂载配置：
为了确保系统重启后 ConfigFS 自动挂载，建议在 /etc/fstab 中添加以下条目：
none /sys/kernel/config configfs defaults 0 0或者，在系统初始化脚本（如 /etc/rc.local 或 systemd 服务）中添加挂载命令。
| 检查项 | 命令 | 预期结果 |
|---|---|---|
| 挂载点是否存在 | ls -d /sys/kernel/config |
目录存在 |
| 文件系统类型 | mount | grep configfs |
显示 configfs on /sys/kernel/config type configfs |
| 子系统目录 | ls /sys/kernel/config/ |
至少包含 usb_gadget（如果内核支持） |
| 内核配置 | cat /boot/config-$(uname -r) | grep CONFIG_CONFIGFS_FS |
CONFIG_CONFIGFS_FS=y 或 =m |
内核配置要求：
ConfigFS 和 USB Gadget ConfigFS 支持需要在内核编译时启用以下选项：
CONFIG_CONFIGFS_FS=y
CONFIG_USB_GADGET=y
CONFIG_USB_GADGETFS=y # 可选，用于 GadgetFS 兼容
CONFIG_USB_CONFIGFS=y # USB Gadget ConfigFS 接口
CONFIG_USB_CONFIGFS_SERIAL=y # 串口功能
CONFIG_USB_CONFIGFS_ACM=y # ACM 调制解调器功能
CONFIG_USB_CONFIGFS_ECM=y # 以太网控制模型
CONFIG_USB_CONFIGFS_RNDIS=y # RNDIS 功能
CONFIG_USB_CONFIGFS_MASS_STORAGE=y # 大容量存储功能如果内核未启用 CONFIG_USB_CONFIGFS，即使 ConfigFS 已挂载，/sys/kernel/config/ 下也不会出现 usb_gadget 目录。