树莓派读取自定义USB HID设备时出现重复报告的排查求助

设备与环境概述 #

• 树莓派运行Raspberry Pi OS（内核版本5.15.32），同时在自定义Linux（内核5.15.61）和Ubuntu 20.04 LTS桌面系统中测试，结果一致
• 目标自定义USB HID设备支持两种工作模式：
  • 标准HID模式：发送标准HID报告
  • 自定义模式：发送约1KB的自定义报告，需发送特定功能报告启用
• Windows系统下，使用python hidapi发送功能报告启用自定义模式后，可通过hid.device.read()以全速（约4250报告/秒）读取所有自定义报告，且报告含report_number字段可确保无遗漏

问题现象 #

树莓派上使用相同Python代码（采用libusb后端的python hidapi包，hidraw后端速度过慢）时出现异常：

• 初始阶段报告顺序正常（启动时丢失部分报告属预期情况）
• 数秒后开始出现连续块的重复报告，以report_number为例，序列如下：

  1,2,...,578,  238,239,...,816,  476,477,...,1054, and so on
  

  即每次获取约578条连续报告，但起始点为之前已接收过的历史报告（示例中回溯了340条）
• 尝试过libusb Python绑定、C语言hidapi库，均出现相同的report_number重复模式

排查过程 #

• 使用wireshark/tshark、usbmon监听USB通信：
  1. 打开设备并发送功能报告启用自定义模式
  2. 记录USB通信发现：使用cython-hidapi打开设备后，设备驱动从usbhid切换为usbfs，无需显式读取设备就会出现重复报告
  3. 启用usbmon进一步调试时，日志消息导致系统速度变慢、报告丢失，但不再出现回溯重复情况
• 当前使用的驱动信息：

  pi@raspberrypi:~ $ lsusb -t
  /:  Bus 01.Port 1: Dev 1, Class=root_hub, Driver=xhci_hcd/1p, 480M
      |__ Port 1: Dev 2, If 0, Class=Hub, Driver=hub/4p, 480M
          |__ Port 1: Dev 5, If 0, Class=Hub, Driver=hub/2p, 480M
              |__ Port 1: Dev 6, If 0, Class=Human Interface Device, Driver=usbhid, 480M
  
  pi@raspberrypi:~ $ lspci -k
  00:00.0 PCI bridge: Broadcom Inc. and subsidiaries BCM2711 PCIe Bridge (rev 20)
          Kernel driver in use: pcieport
  01:00.0 USB controller: VIA Technologies, Inc. VL805 USB 3.0 Host Controller (rev 01)
          Subsystem: VIA Technologies, Inc. VL805 USB 3.0 Host Controller
          Kernel driver in use: xhci_hcd
  

• 怀疑问题源于设备驱动，模式类似环形缓冲区中入队和出队指针的“竞争”

请求帮助 #

恳请提供排查建议、调试方向或同类问题参考

内容的提问来源于stack exchange，提问作者Scholith