USB Mass Storage协议

http://blog.csdn.net/leo_wonty/article/details/7418261

简介

USB Mass storage Device协议即海量存储设备协议适用于硬盘，U盘等大容量存储设备。协议使用的接口端点有BulkIn、BulkOut和Interrupt端点。该设备类又包含6个独立的子类以及3种传输协议。

bInterfaceSubClass	命令集	描述
01h	RBC	通常，FlashDevice使用RBC，事实上所有大容量存储设备都可使用RBC
02h	SFF-8020i,MMC-2(ATAPI)	适用硬盘，C/DVD
03h	QIC-157	适用磁盘
04h	UFI	适用软盘
05h	SFF-8070i	适用移动存储设备
06h	SCSI	目前绝大多数USB Mass Storage设备都使用SCSI指令集

bInterfaceProtocol	协议实现	描述
00h	Control/Bulk/Interrupt protocol（含命令完成中断）	USB海量存储类CBI传输，只适用于全速
01h	Control/Bulk/Interrupt protocol（不含命令完成中断）	USB海量存储类CBI传输，只适用于全速
50h	Bulk-Only传输	Bulk-Only传输

本文仅介绍SCSI子类下Bulk-Only的传输协议，我们手中的U盘就是遵循SCSI协议的。要知道U盘不仅仅是USB设备，它还是一种存储设备，类似硬盘，USB协议本身没有定义对存储设备操作的指令，所以需要通过SCSI来完成读写等操作。关于此类设备的描述符不再赘述，需要注意的是在interface描述符中：

• bInterfaceClass = 0x08
• bInterfaceSubClass = 0x06
• bInterfaceProtocol = 0x50

 

指令、数据和状态协议

CBW指令格式

CBW（Command Block Wrapper）的长度为31个字节，具体定义如下图：

• dCBWSignature: 
          CBW的标识，固定值：43425355h (little endian)。
• dCBWTag: 
          主机发送的一个命令块标识，设备需要原样作为dCSWTag（CSW中的一部分）再发送给Host;主要用于关联CSW到对应的CBW。 
• dCBWDataTransferLength: 
          本次CBW命令要求在命令与回应之间传输的字节数。如果为0，则不传输数据。
• bmCBWFlags: 
          反映数据传输的方向，0x00 表示来自Host，0x80 表示发至Host； 
• bCBWLUN: 
          对于有多个LUN逻辑单元的设备，用来选择具体目标。如果没有多个LUN，则写0。
• bCBWCBLength: 
          命令的长度，范围在0~16.
• CBWCB: 
          传输的具体命令，符合bInterfaceSubClass.中定义的命令规范，此处是SCSI指令集
  

CSW（Command Status Wrapper）状态格式

 CSW的长度为13个字节，是对应CBW指令的状态返回，它指示了上一条指令执行是否成功，具体定义如下：

• dCSWSignature: 
          CSW的标识，固定值：53425355h (little endian)
• dCSWTag: 
          设置这个标识和CBW中的dCBWTag一致，参照上面关于dCBWTag的解释
• dCSWDataResidue: 
          还需要传送的数据，此数据根据dCBWDataTransferLength－本次已经传送的数据得到 
• bCSWStatus: 
          指示命令的执行状态。如果命令正确执行，bCSWStatus 返回0 ，不正确返回1，phase错返回2（当HOST收到此错误时需要对Device复位）

 

SCSI命令集

SCSI（Small Computer System Interface）的指令集有很多，参考 ，其中USB Mass Storage主要用到的指令有：

• 04H Format Unit：格式化存储设备
• 12H Inquiry：获取设备信息
• 55H Mode Select：HOST用来设置外设参数
• 5AH Mode Sense：返回参数
• 28H/A8H Read(10)/Read(12)：从设备读取数据
• 25H Read Capacity：读取设备容量
• 23H Read Format Capacity：读取当前设备容量和可格式化的容量
• 1EH Prevent/Allow Medium Removal：写保护
• 03H Request Sense：获取状态信息
• 2BH Seek(10)：为设备分配地址
• 1DH Send Diagnostic：硬件复位并执行诊断
• 00H Test Unit Ready：查询设备是否ready
• 2AH/AA Write(10)/Write(12)：写数据到存储设备
• 2EH Write and Verify：写数据到存储设备并校验

Format Unit

 

Bit Byte	7	6	5	4	3	2	1	0
0	04H
1	LUN			FmtData	CmpList	Defect List Format
2	Vendor-specific
3	Interleave (MSB)
4	Interleave (LSB)
5—6	保留
7	Parameter List Length (MSB)
8	Parameter List Length (LSB)

• Interleave:默认为0，对于USB-FDU此值为1
• Parameter List Length:参数列表长度，典型值为12bytes,Host发出Format命令后紧接着发参数

 Parameter List

Bit Byte	7	6	5	4	3	2	1	0
0	Reserved
1	FOV	Extend(0)	DCRT(1)	SingleTrack	Reserved		Immediate	Side
2	Defect List Length (MSB) (0)
3	Defect List Length (LSB) (8)
4—7	MSB                        Number of Blocks
8	Reserved
9—11	MSB                        Block Length

 

 

 

 

 

 

 

 

 

• FOV：当DCRT或Immediate置1时，此位也须置1
• DCRT：置1表示无需对盘符进行认证，须置1
• SingleTrack：置1表示只对指定Format Unit命令指定的Track格式化
• Immediate：置1时，device必须立刻返回状态信息，不支持UFI设备
• Side：对SingleTrack有效，置1从顶部开始格式化，置0从底部开始格式化

注意：Number of Block和Block Length的值要与Read Format Capacity的返回相匹配

 

Inquiry

Bit Byte	7	6	5	4	3	2	1	0
0	12H
1	LUN			Reserved				EVPD(0)
2	Page Code
3	Reserved
4	MSB                        Allocation Length
5—11	Reserved

• Page Code:需要查询的页码，对于UFI设备仅支持00H
• Allocation Length：定义了需要查询和返回的最大字节数

 

标准INQUIRY返回数据

Bit Byte	7	6	5	4	3	2	1	0
0	Reserved			Peripheral Device Type
1	RMB	Reserved
2	ISO Version(00h)		ECMA Version(00h)			ANSI Version (00h)
3	Reserved				Response Data Format
4	Additional Length (31)
5—7	Reserved
8—15	Vendor Information
16—31	Product Identification
32—35	Product Revision Level

• Peripheral Device Type：标识当前连接逻辑单元的类型，00H为直接存储设备，05H为光盘
• RMB(Removable Media Bit)：置1表示是可移除设备
• Response Data Format：UFI设备置1
• Additional Length：参数长度，UFI设备此值为1FH

MODE SELECT

Bit Byte	7	6	5	4		3		2	1	0
0	55H
1	LUN				PF		Reserved				SP
2—6	Reserved
7—8	MSB                       Parameter List Length
9—11	Reserved

• PF：UFI设备置1
• SP(Save Pages)：UFI设备不支持
• Parameter List Length：参数长度

MODE SENSE

Bit Byte	7	6	5	4	3	2	1	0
0	5AH
1	LUN			Reserved	DBD	Reserved
2	PC		Page Code
3—6	Reserved
7—8	MSB                       Parameter List Length
9—11	Reserved

DBD - Disable Block Descriptors - if "1" then the target must not return any block descriptors

PC - Page control -

• 00 - return current values
• 01 - return changeable values
• 10 - return default values
• 11 - return saved values

Page Code - 参考 SCSI mode pages

 

PREVENT-ALLOW MEDIUM REMOVAL

Bit Byte	7	6	5	4	3	2	1		0
0	1EH
1	LUN			Reserved
2-3	Reserved
4	Reserved							Prevent
5-11	Reserved

 

Prevent：置1表示禁止移除设备

 

READ(10)

Bit Byte	7	6	5	4	3	2	1	0
0	28H
1	LUN			DPO(0)	FUA(0)	Reserved		RelAdr(0)
2-5	Logical Block Address
6	Reserved
7—8	MSB                       Transfer Length
9—11	Reserved

READ(12) A8H的Transfer Length为32位，从6-9字节

 

READ CAPACITY

Bit Byte	7	6	5	4	3	2	1		0
0	25H
1	LUN			Reserved					RelAdr(0)
2-5	Logical Block Address(0)
6-7	Reserved
8	Reserved							PMI(0)
9—11	Reserved

此命令返回8个字节，0-3表示最后一个逻辑块的地址，4-7表示每个逻辑块的长度

 

READ FORMAT CAPACITIES

Bit Byte	7	6	5	4	3	2	1	0
0	23H
1	LUN			Reserved
2-6	Reserved
7-8	Allocation Length
9-11	Reserved

 

Allocation Length：定义了HOST能够接收的最大格式化数据长度

 

REQUEST SENSE

Bit Byte	7	6	5	4	3	2	1	0
0	03H
1	LUN			Reserved
2-3	Reserved
4	Allocation Length
5-11	Reserved

 

Allocation Length：定义了HOST能够接收的最大格式化数据长度

HOST每发送完一个命令，device都会通过REQUEST SENSE返回该条指令的执行结果，sense data的长度为18字节。

 

标准sense data

Bit Byte	7	6	5	4		3	2	1	0
0	Valid	Error Code (70h)
1	Reserved
2	Reserved				Sense Key
3-6	Information
7	Additional Sense Length (0AH)
8-11	Reserved
12	Additional Sense Code (Mandatory)
13	Additional Sense Code Qualifier (Mandatory)
14-17	Reserved

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Valid：表示Information域是否有效

Information：表示出错的逻辑块地址

 

SEEK

Bit Byte	7	6	5	4	3	2	1	0
0	2BH
1	LUN			Reserved
2-5	Logical Block Address
6-11	Reserved

 

SEND DIAGNOSTIC

Bit Byte	7	6	5	4	3	2	1	0
0	1DH
1	LUN			PF	Reserved	SelfTest	DefOfl	UnitOfl
2-11	Reserved

SelfTest：置1表示执行默认的自检，置0表示执行特殊的自检

 

TEST UNIT READY

Bit Byte	7	6	5	4	3	2	1	0
0	00H
1	LUN			Reserved
2-11	Reserved

 

VERIFY

Bit Byte	7	6	5	4	3	2	1	0
0	2FH
1	LUN			DPO(0)	Reserved		ByteChk(0)	RelAdr(0)
2-5	Logical Block Address
6	Reserved
7-8	Verification Length
9-11	Reserved

Logical Block Address：验证的起始地址

Verification Length：验证数据的长度

 

WRITE(10)

Bit Byte	7	6	5	4	3	2	1	0
0	2AH
1	LUN			DPO(0)	FUA(0)	Reserved		RelAdr(0)
2-5	Logical Block Address
6	Reserved
7-8	Transfer Length
9-11	Reserved

WRITE(12) AAH的Transfer Length为32位，从6-9字节

 

WRITE AND VERIFY

Bit Byte	7	6	5	4	3	2	1	0
0	2EH
1	LUN			DPO(0)	Reserved		ByteChk (0)	RelAdr(0)
2-5	Logical Block Address
6	Reserved
7-8	Transfer Length
9-11	Reserved

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