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分类: 嵌入式

2012-10-11 14:52:03

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
01hRBC通常,FlashDevice使用RBC,事实上所有大容量存储设备都可使用RBC
02hSFF-8020i,MMC-2(ATAPI)适用硬盘,C/DVD
03hQIC-157适用磁盘
04hUFI适用软盘
05hSFF-8070i适用移动存储设备
06hSCSI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
00hControl/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
01hControl/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
50hBulk-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)

56

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)

47

MSB                        Number of Blocks

8

Reserved

911

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

511

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)

57

Reserved

815

Vendor Information

1631

Product Identification

3235

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

26

Reserved

78

MSB                       Parameter List Length

911

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

36

Reserved

78

MSB                       Parameter List Length

911

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

    78

    MSB                       Transfer Length

    911

    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)

    911

    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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