Jetson USB
在这篇文章中，我们来聊一个在 Jetson 上非常常见、也非常容易搞错的问题：USB。
比如，你插入了一个 USB 3.0 相机，但运行 lsusb -t 后发现速度只有 480M。也就是说，这个原生支持 USB 3.0 的设备，在 Jetson 上实际上只以 USB 2.0 在跑。此时很多人的第一反应是：是不是 USB 3.0 驱动没工作？但事情往往没这么简单。因为从 Jetson SoC 到你手里的 USB 设备，中间其实隔了不少东西。
这些层级中任何一层出问题，都可能导致一个 USB 3.x 设备最终只能以 USB 2.0 工作。
所以在这篇文章中，我不只是想解释“为什么会变成 480M”，而是想借这个问题串起来：USB 在 Jetson 上是如何工作的、载板是如何把 USB 引出来的、以及 Linux 又是如何看到这些设备的。
在接下来的内容中，我们将以 reComputer Classic J4012 为例，一步步拆解 Jetson USB 的底层逻辑。我相信你会从中学到很多！先提前打消两个顾虑：
- 如果你的 Jetson 设备是其他型号，也不会影响你阅读下面的内容。关键在于出问题时的分析思路，而不是具体硬件。
- 如果你对
lsusb -t、USB Hub 或 UPHY 等概念还不熟悉，也不用担心——我们会结合真实日志，一步步拆开来看。
请慢慢阅读。
Jetson Orin NX 实际上有多少 USB？
我们先从 NVIDIA Jetson 模组的规格说起。每个模组都有固定的资源，我们通常称之为原生接口。
图片来源: https://www.nvidia.com/en-us/autonomous-machines/embedded-systems/
对于 Jetson Orin Nano 和 Jetson Orin NX，NVIDIA 提供了 3 路 USB 3.2 Gen2 和 3 路 USB 2.0。你可以在 NVIDIA 官网找到详细说明。看到这里，很容易产生一个误解：
[3 × USB3] + [3 × USB2] = 6 USB Connectors?
其实并不是。这里描述的是：
Jetson 模组提供的底层 USB 接口 / PHY 资源。
它们最终会变成几个 Type-A 口、几个 Type-C 口，还是接到 Hub、M.2 或板载设备上，是由载板来决定的。
换句话说，Jetson 模组提供 USB 资源；载板决定这些资源如何被使用；最后才变成我们看到的那些接口。
reComputer Classic J401 是如何使用这些 USB 口的？
在 J401 的 Datasheet 中，这块板最终为用户提供了 4 路 USB 3.2 Type-A 和 1 路 USB 2.0 Type-C。Type-C 口工作在 Device 模式，主要用于烧录系统；4 个 Type-A 口工作在 Host 模式，用于连接外设。
但这里有一个很有意思的问题：Orin NX 只有 3 个原生 USB3 口，为什么 J401 上会有 4 个 USB3 Type-A 口？
答案已经写在这块板开源的原理图里了：一个 USB Hub。
载板把一条 USB3.2 通道扩展成了 4 个 USB 3.2 Type-A 口。继续往下看原理图，你会发现这个 Hub 是一颗 VL822-Q7。
需要注意的是，虽然这 4 个接口都支持 10 Gbps，但它们最终共享的是 从 Hub 到 Jetson 的上行链路。也就是说，这 4 个 USB 口总共共享 10 Gbps 的带宽。
USB3 接口里依然包含 USB2
如果只看外观，USB 2.0 Type-A 和 USB 3.x Type-A 几乎一模一样，而且 USB3 设备也可以直接插到 USB2 口上。
所以很容易形成一种直觉：USB3 只是把 USB2 的速度从 480 Mbps 升级到了 5 Gbps 或 10 Gbps。
但事实并不是这样。为了兼容 USB2，USB3 并不是简单地“升级”原来的 USB2 信号，而是在保留 USB2 走线的基础上，额外增加了一组专门用于 SuperSpeed 的高速信号。
一个 USB2 Type-A 接口通常有 4 根线：VBUS、D+、D- 和 GND。一个 USB3 Type-A 接口在这些引脚的基础上，又增加了额外的 SuperSpeed 信号：SSTX+ / SSTX- 和 SSRX+ / SSRX-。
所以虽然 USB2 和 USB3 Type-A 在物理上兼容，但内部实际使用的信号并不完全相同。
你可以简单理解为：
USB 3.x Type-A Connector
│
┌──────────────┴──────────────┐
↓ ↓
USB 2.0 USB 3.x
Original pins New high-speed pins
│ │
D+ / D- SSTX / SSRX
│ │
USB2 PHY UPHY
│ │
480M 5G / 10G
换句话说，一个 USB3 Type-A 接口实际上同时包含两条数据通路。这种设计最大的好处就是向下兼容。
这也解释了一个非常重要的现象：即使一个 USB3 设备的 SuperSpeed 链路出了问题，它仍然有可能通过 USB2 的 D+ / D- 引脚被系统识别。在很多情况下，“能用”并不代表“工作正常”。
我们再回到载板原理图。VL822-Q7 既有 HSD0+/HSD0-，也有 SSTX0+/SSTX0- 和 SSRX0+/SSRX0-。这里 HSD 对应的是 USB2 High-Speed 通道，而 SSTX / SSRX 对应的是 USB SuperSpeed 通道。
所以 J401 的真实 USB 架构，其实更接近于：
Jetson Orin NX
USB2 USB3
│ │
D+/D- TX / RX
│ │
└────────┬──────────┘
↓
VL822-Q7
│
┌────────────┴────────────┐
↓ ↓
USB2 Path USB3 Path
│ │
HSD1~4 SSTX/SSRX 1~4
│ │
└────────────┬────────────┘
↓
4 × USB-A
也就是说：**J401 上的每一个 USB3 Type-A 接口背后，同时都有一条 USB2 通路和一条 SuperSpeed 通路。**这一点对后面的故障分析非常重要。
Linux 是如何看到这些 USB 设备的？
分析完电路，我们再回到 Linux，看看系统最终是如何看到这些 USB 设备的。
先补充一个命令：在 Linux 上排查 USB 时，一个非常常用的命令是 lsusb -t。它可以直接显示：
USB Topology
Hub
Driver
Interface
Link Speed
最常见的几种速度可以理解为：
| lsusb -t Display | 对应的 USB 链路 |
|---|---|
| 1.5M | 低速（Low-Speed） |
| 12M | 全速（Full-Speed） |
| 480M | USB 2.0 高速（High-Speed） |
| 5000M | USB 3.x SuperSpeed 5 Gbps |
| 10000M | USB 3.x SuperSpeed 10 Gbps |
注意：
这里显示的是 USB 链路速率，而不是设备的实际数据吞吐。
比如，5000M 表示这条 USB 链路工作在 5 Gbps 的 SuperSpeed 模式；并不代表这颗相机实际能持续跑到 5000 Mbps 的有效数据。
在我的 reComputer Classic J4012 上，我连接了一颗支持 USB 3.0 的 Orbbec 相机，并运行了 lsusb -t 命令，得到如下图所示的信息。
这里你可以很清楚地看到两条总线，分别对应 USB2 Root Hub 和 SuperSpeed Root Hub 的两套逻辑拓扑。
我们一起来解析一下终端输出。
/: Bus 02.Port 1: Dev 1, Class=root_hub, Driver=tegra-xusb/4p, 10000M
|__ Port 1: Dev 2, If 0, Class=Hub, Driver=hub/4p, 10000M
|__ Port 3: Dev 3, If 0, Class=Video, Driver=uvcvideo, 5000M
|__ Port 3: Dev 3, If 1, Class=Video, Driver=uvcvideo, 5000M
...
先不用管中间那些 If 0 / If 1 / If 2 的行，我们只看最主要的三层：
Jetson XUSB Root Hub
10000M
↓
J401 VL822 Hub
10000M
↓
Orbbec Camera
5000M
这其实就和我们前面分析的原理图一一对应。
Driver=tegra-xusb/4p, 10000M
这里的 tegra-xusb 就是 Jetson 的 USB Host 控制器驱动。而 10000M 表示这一侧的 Root Hub 支持 10 Gbps 的 SuperSpeed。
Class=Hub, Driver=hub/4p, 10000M
这个 Hub 就对应着我们在 J401 原理图中看到的 VL822-Q7。它同样显示为 10000M，这意味着 Jetson 与 VL822 Hub 之间的 SuperSpeed 上行链路已经正常建立。
Class=Video, Driver=uvcvideo, 5000M
你可以看到相机当前的链路速率是 5000M，这意味着这台 Orbbec 相机已经成功建立了一条 5 Gbps 的 SuperSpeed 链路。
所以完整的链路可以画成这样：
Jetson XUSB
│
│ 10000M
↓
J401 VL822 Hub
│
│ 5000M
↓
Orbbec Camera
这里可能有人会问：Hub 明明是 10000M，为什么相机只有 5000M？
这是完全正常的。因为 10000M 描述的是 Jetson ↔ Hub 这一段的能力，而 5000M 描述的是 Hub ↔ Camera 这一段协商出来的速率。不同的链路段完全可以跑在不同的速率上。
为什么同一台相机会出现这么多行？
我借这个机会解释一个很容易被误解的问题。我只接了一台相机，为什么会有多行信息？
在日志中，Dev 3 出现了很多次。这并不意味着连接了 8 个 USB 设备，而是说：同一个 USB 复合设备暴露出了多个 USB 接口（Interface）。 我的深度相机有很多功能，每一个可以独立使用的功能都有一个 Interface。Linux 会给这些 Interface 分别绑定对应的 Driver。所以 Dev 可以理解为一个 USB 设备，而 If 则表示这个设备内部的不同接口。
现在我们来看 480M 总线
注意下面还有内容：
Port 3: Dev 3, If 0, Class=Wireless, Driver=btusb, 12M
这是一个蓝牙设备。但我并没有在 USB Type-A 口上接任何蓝牙设备，那 Linux 是怎么发现这个设备的呢？在最开始看载板原理图的时候，我们已经知道 USB2_D 是连到 M.2 Key E 插槽上的。这里出现的 btusb 实际上是挂在 M.2 接口上的。
排障思路：当 USB3 设备变成 USB2
现在我们终于可以回答开头的问题了。从排障的角度，更准确地理解“一个 USB3 设备降级成 USB2”是：USB2 链路是正常的，但 SuperSpeed 链路没有建立起来。 所以如果一个原生支持 USB3 的设备在 lsusb -t 中只显示 480M，你就应该沿着 USB 通信链路往回追溯。以我当前的测试场景为例，如果你看到：
Hub 10000M
Camera 480M
这说明 Jetson → VL822 的 SuperSpeed 链路是正常的。那问题更有可能出在：
VL822 Downstream Port --> USB Connector --> Cable --> Camera
这时，排查的优先级应该是：
- 检查是否存在外置 HUB，以及外置 HUB 是否支持 USB3.x
- 换另一个 USB Type-A 口，以排除单个 USB Type-A 口损坏的可能
- 检查当前使用的数据线是否支持 USB3.x
- 换另一台已知正常的 USB3 设备，以排除 USB 设备本身的问题
- ...
反过来，如果连 Hub 10000M 都不见了，只能看到 USB2 的 Hub 480M，那问题就更靠近上游：
Jetson --> UPHY --> Carrier Board
在这种情况下，你需要检查：
- 刷写的系统是否为设备厂商提供的版本
- 如果是自己编译的固件，检查 UPHY Configuration、Device Tree 等配置文件是否正确
- 载板设计是否合理、USB HUB 走线是否正常
- ...
总结
最后，我快速总结一下本文的核心内容。当一个 USB3 设备只显示 480M 时，通常并不是“整个 USB 都坏了”，而是 USB2 链路是正常的，而 SuperSpeed 链路没有建立起来。排障时，先用 lsusb -t 判断 SuperSpeed 链路成功建立到了哪一层，然后沿着数据线、Hub、载板、UPHY 和 BSP 一层一层缩小范围。
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