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USB固件开发总结(四)[转载]
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  • 作者:最爱香茗
  • 2018年5月22日 22:52 星期二
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  • 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)
    _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。



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