关闭USB CDC-ACM串行接口时清除缓冲区的问题排查

我正在为NXP i.MX 8M mini SoC嵌入式设备开发软件，该设备运行Linux 5.15.32内核，通过USB复合gadget利用SoC内置USB接口提供串行I/O功能。

该gadget同时提供RNDIS网络接口和ACM串行接口，两者功能正常，但存在以下问题：当周期性向ACM设备/dev/ttyGS0写入数据的应用终止时，关闭该设备文件描述符有时会耗时16秒。

现象细节 #

• 延迟仅在ACM接口另一端无应用读取数据时出现；若主机端有读取操作（如执行cat /dev/ttyACM0 > /dev/null），close()调用会立即完成。
• 确定延迟是由USB驱动中排队的数据导致，close()调用在等待数据被远端接收，16秒后超时。

已尝试的解决方法 #

• 在close()前调用tcflush(fd, TCIOFLUSH)，无效果；
• 将波特率设为B0（调制解调器挂起事件），期望清除数据，同样无效；
• 显式启用/禁用流控制（c_cflag |= CRTSCTS），无变化。

相关配置代码 #

USB gadget配置脚本（bash）

modprobe libcomposite
cd /sys/kernel/config/usb_gadget
mkdir g
cd g

echo 0x1d6b > idVendor    # Linux Foundation
echo 0x0104 > idProduct   # Multifunction composite gadget
echo 0x0100 > bcdDevice   # v1.0.0
echo 0x0200 > bcdUSB      # USB 2.0

# Miscellaneous / Wire Adapter Multifunction programming interface
echo 0xEF > bDeviceClass
echo 0x02 > bDeviceSubClass
echo 0x01 > bDeviceProtocol

mkdir -p strings/0x409
echo "my_serial_no"    > strings/0x409/serialnumber
echo "my_manufacturer" > strings/0x409/manufacturer

mkdir -p functions/acm.usb0
mkdir -p configs/c.1
echo 250 > configs/c.1/MaxPower
ln -s functions/acm.usb0  configs/c.1

(creation and configuration of RNDIS function omitted)

ln -s configs/c.1 os_desc

文件描述符打开与配置代码（C++）

fd = open("/dev/ttyGS0", O_RDWR | O_NONBLOCK);

struct termios settings;

tcgetattr(fd, &settings);

cfsetospeed(&settings, B1000000);  // 1Mbps

settings.c_cflag &= ~(CSTOPB |  // 1 stop bit
                      CSIZE  |  // Clear previous bit-size bits
                      PARENB);  // Don't use parity checking
settings.c_cflag |= (CS8 |      // 8 data bits
                     CLOCAL);   // Ignore modem control lines
settings.c_iflag &= ~(IGNBRK |  // Don't ignore break
                      BRKINT |  // Don't generate SIGINT on BRK
                      PARMRK |  // Don't mark framing/parity errors
                      ISTRIP |  // Don't strip the 8th bit
                      INLCR  |  // Don't translate NL to CR
                      IGNCR  |  // Don't ignore CR
                      ICRNL  |  // Don't ignore NL
                      IXON);    // Don't use XON/XOFF flow control
settings.c_oflag &= ~OPOST;     // Don't use implementation-defined output processing
settings.c_lflag &= ~(ECHO   |  // Don't echo input characters
                      ECHONL |  // Don't echo NL
                      ICANON |  // Don't use canonical mode
                      ISIG   |  // Don't generate signals
                      IEXTEN);  // Don't use implementation-defined input processing

settings.c_cc[VTIME] = 0;  // Disable timeout for non canonical read
settings.c_cc[VMIN]  = 0;  // No minimum chars for non canonical read

tcsetattr(fd, TCSANOW, &settings);
tcflush(fd, TCOFLUSH);

1. 是否可通过修改ACM设备配置或termios配置解决该问题？ #

常规的termios配置（包括流控制、波特率、flush操作）无法解决这个问题，因为延迟的根源是USB gadget驱动层的发送队列未被清空，而非tty层的缓冲区。你尝试的tcflush仅操作tty层的用户态/内核态缓冲区，无法触达USB驱动中已提交到硬件队列或等待主机ACK的数据。

ACM设备的gadget配置（如class/subclass/protocol）也不影响关闭时的超时逻辑，这些配置仅定义设备的USB枚举属性，和驱动的关闭行为无关。

2. 若不可行，是否有办法告知Linux关闭文件描述符时无需等待？ #

可以在close()之前调用ioctl(fd, TIOCSFLUSH, (void*)1)，这个操作会强制tty驱动清空所有未发送的缓冲区，包括USB驱动层的队列。Linux 5.15内核已支持该操作，能替代无效的tcflush，让close()无需等待超时。

另外，打开设备时设置O_NDELAY标志仅影响读写操作的阻塞行为，对close()的等待逻辑无直接作用。

3. 若上述均不可行，是否有办法让ACM驱动刷新/丢弃缓冲区以避免close()等待？ #

除了TIOCSFLUSH ioctl，还可以通过sysfs节点重置ACM功能：

• 进入ACM功能的sysfs目录（如/sys/kernel/config/usb_gadget/g/functions/acm.usb0）
• 执行echo 1 > reset，这会重置ACM接口的发送队列，丢弃所有未发送的数据。
  不过该方法需要应用拥有root权限，且可能影响其他使用该ACM接口的进程，需谨慎使用。

如果允许修改内核，可在drivers/usb/gadget/function/f_acm.c的acm_tty_release函数中，强制调用usb_ep_disable或直接清空发送队列，替代默认的超时等待逻辑，之后重新编译内核即可。

4. 若以上都无法实现，设备能否检测到ACM接口另一端是否有应用连接，从而让我的应用在无接收端时停止发送数据？ #

可以通过检测tty设备的CD（Carrier Detect）状态判断主机端是否有应用打开ACM接口：当主机端打开/dev/ttyACM0时，USB gadget驱动会设置tty的CD标志；主机端关闭设备时，CD标志会被清除。

应用中可通过以下代码检测：

int status;
ioctl(fd, TIOCMGET, &status);
if (!(status & TIOCM_CD)) {
    // 主机端无应用连接，停止发送数据
}

也可以监听tty设备的POLLPRI事件，当CD状态变化时，应用会收到通知，从而动态调整发送逻辑。

内容的提问来源于stack exchange，提问作者David C.