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我的朋友

分类: 嵌入式

2009-07-07 23:52:07

USB固件开发(Mass Storage设备)

Mass Storage设备,即大容量存储设备,最典型的莫过于U盘了,而U盘一般以Bulk Only传输方式实现。

1、USB Mass Storage设备的描述符及枚举过程
描述符就是对应标准请求的那些描述符,与HID设备不同,Mass Storage设备没有自己的类描述符。描述符在USB Mass Storage Class Bulk-Only Transport文档中有详细的一对一的描述。所以此处不再赘述,仅举一例:

(设备描述符略,通用定义,与设备类无关)
(配置描述符略,通用定义,与设备类无关)

_Interface_Descriptor:
     .dw   0x09                   //bLength: 0x09 byte
     .dw   0x04                   //bDescriptorType: INTERFACE
     .dw   0x00                   //bInterfaceNumber: interface 0
     .dw   0x00                   //bAlternateSetting: alternate setting 0
     .dw   0x02                   //bNumEndpoints: 3 endpoints(EP0,EP1,EP2)
     .dw   0x08                   //bInterfaceClass: Mass Storage Devices Class
     .dw   0x06                   //bInterfaceSubClass:
     .dw   0x50                   //bInterfaceProtocol
     .dw   0x02                   //iInterface: index of string
_Interface_Descriptor_End:

_Endpoint1:
     .dw   0x07                   //bLength: 0x07 byte
     .dw   0x05                   //bDescriptorType: ENDPOINT
     .dw   0x81                   //bEndpointAddress: IN endpoint 1
     .dw   0x02                   //bmAttributes: Bulk
     .dw   0x40, 0x00             //wMaxPacketSize: 64 byte
     .dw   0x00                   //bInterval: ignored

_Endpoint2:
        //Endpoint 2 (0x07 byte)
     .dw   0x07                   //bLength: 0x07 byte
     .dw   0x05                   //bDescriptorType: ENDPOINT
     .dw   0x02                   //bEndpointAddress: OUT endpoint 2
     .dw   0x02                   //bmAttributes: Bulk
     .dw   0x40, 0x00             //wMaxPacketSize: 64 byte
     .dw   0x00                   //bInterval: ignored

关于请求:
第一,主机首先会发出一系列标准请求。
第二,在标准请求完成之后,会发出两个类请求:Bulk-Only Mass Storage Reset请求和Get Max LUN请求。这两个请求的格式可以在USB Mass Storage Class Bulk-Only Transport文档中查询。

Bulk-Only Mass Storage Reset没有数据阶段,只在状态阶段告诉主机设备的Reset过程完成与否。如果在状态阶段返回ACK,那么主机就认为设备已经Reset完毕并准备好接收CBW了。
Get Max LUN要求设备返回一个字节的数据给主机,以表明此USB设备有多少个逻辑设备。返回的这个数据就是最大的设备逻辑号(Logic Unit Number),范围是0到15。例如,如果返回2,那么代表有0、1、2三个逻辑设备。

2、USB Mass Storage设备的Bulk数据交换流程
通过bulk端点进行的数据传输,都遵循这样一个过程,即三个阶段:
CBW->DATA->CSW
CBW是一个数据块,携带主机发给设备的SCSI命令。接收了CBW后,设备就可以从中知道在接下来的DATA阶段中该干什么。
DATA阶段有三种情况:无数据需要传输,IN传输(设备到主机)或OUT传输(主机到设备)。
CSW阶段反馈这次传输的结果给主机。

其中值得注意的是:

- 在设备枚举完成之后,主机发出的第一个bulk OUT事务就是请求向设备发出CBW。所以设备可以通过这第一次的bulk OUT事务来判定第一次bulk数据传输的开始。此后的bulk数据传输就按照上述的三个阶段反复执行。也就是说,第一次传输CBW后,如果有数据要传输,那么就会经历DATA阶段,然后进入CSW阶段;如果没有数据要传输,则直接进入CSW阶段,就此一次传输结束。接下来,如果又有传输,那么再发出CBW。因此,设备可以认为CSW完成后收到的下一个bulk OUT事务就是主机请求传输新的CBW。

- CBW[12](CBW数据块的第13个字节)指明了传输方向,CBW[8-11]指明了传输的数据长度。实际上,CBW中的SCSI命令就暗含了数据要 传输的方向和数据长度,因为SCSI规范中已明确规定这个命令所对应的数据格式。(在完整的应用中,要将CBW中的传输方向、数据长度与SCSI命令所表 明的传输方向和数据长度做比较,不对应就要进行错误处理(Mass Storage Bulk-Only文档中有相关描述),不过正常情况下二者是匹配的,试验的时候可以暂时不理)。

- CSW[12](CSW数据块的第13个字节)这个字节很重要,它为0则表示此次传输成功,非0就是不成功。在DATA阶段的数据传完(或者无需数据传输)之后,主机会发出IN事务请求设备返回CSW。如果CSW传送的是不成功的信息,那么主机会接着发送另一个命令来获取失败的详细信息(即RequestSense命令)。

3、Mass Storage设备所使用的SCSI命令集
0x00    TestUnitReady
0x03    RequestSense
0x12    Inquiry
0x1A    ModeSense6
0x1B    StartStop
0x1E    MediumRemoval
0x23    ReadFormatCapacity
0x25    ReadCapacity
0x28    Read(10)
0x2A    Write(10)
0x2F    Verify
0x5A    ModeSense10

其中,
- 主机首先发出Inquiry命令,响应了Inquiry之后就可以看到盘符.
- Inquiry之后会发出ReadFormatCapacity命令,这个命令在SCSI规范中是“厂家自定义命令”,可以参考UFI命令集文档(实际上,U盘所使用的所有SCSI命令集都可以参考UFI文档,它比SCSI标准文档更简洁明了)。注意这个命令在BusHound里是没有描述的,必须在“Device”选项页里勾选上这个U盘所对应的USB Mass Storage Device这个节点,才能看到这个命令的数据流。
- ReadFormatCapacity之后会发出ReadCapacity命令。
- U盘读数据(读扇区)时会发送Read(10)。ReadCapacity完成后就会发送Read(10)读取U盘的第一个扇区。
- U盘写数据时(写扇区)会发送Write(10)。
- TestUnitReady会在无其他数据传输时会定时发送,如果设备没有回应成功的CSW给主机,则主机认为设备已不存在。此时如果再双击磁盘图标,Windows会提示“请插入磁盘”。
- Verify在写数据时有用,表示核实数据,一般直接返回成功的CSW就可以了。一般来说,数据校验的工作在接收和向介质写数据时就已经顺带做了,如果发现错误,则直接告诉主机那次的数据传输有误,不会等到主机Verify时。当然,这不是一个必然的方案。
- RequestSense:如果CSW指示此次传输不成功,那么主机会发出此请求。
- StartStop暂时未发现大用处,一般直接返回成功的CSW。
- MediumRemoval在U盘被Eject的时候有用,处理不正确会Windows会弹出错误信息。
- ModeSense6/10这两个命令可以不支持(不支持不代表不反应,任何一个命令你都要做出反应,对于不支持的命令,可以通过STALL握手来向主机表明),暂时也未遇到过什么异常情况,而且我查看过一些U盘,有相当一部分就是随便回了几个数据给主机。这两个命令只会在U盘插入后发送一次,此后不再发送。

(待续)
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给主人留下些什么吧!~~

chinaunix网友2010-10-20 14:50:50

询问下,文章中所提及的: - CSW[12](CSW数据块的第13个字节)这个字节很重要,它为0则表示此次传输成功,非0就是不成功。在DATA阶段的数据传完(或者无需数据传输)之后,主机会发出IN事务请求设备返回CSW。 这个IN事务是什么? RESET ? 设备不能直接回复 data + CSW (两个连续报文)吗?

chinaunix网友2010-05-05 13:57:05

貌似看过以后明朗了很多啊~~~MSC涉及到的内容太多了,文件全部找齐就没有胆量看了。。。 想问下:BusHound抓数的时候,Device选项中只有选中USB Mass Storage Device和U盘,才能抓到上述的数据,但是这两个Device的编号是不一样的,那么它们本身是两个USB设备是么?

chinaunix网友2010-05-05 13:57:03

貌似看过以后明朗了很多啊~~~MSC涉及到的内容太多了,文件全部找齐就没有胆量看了。。。 想问下:BusHound抓数的时候,Device选项中只有选中USB Mass Storage Device和U盘,才能抓到上述的数据,但是这两个Device的编号是不一样的,那么它们本身是两个USB设备是么?

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