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USB Mass Storage协议

2014-02-26 15:02 381 查看

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：

[align=left]bInterfaceClass = 0x08[/align]

[align=left]bInterfaceSubClass = 0x06[/align]

[align=left]bInterfaceProtocol = 0x50[/align]

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http://en.wikipedia.org/wiki/SCSI_command ，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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