关于USB bulk设备中的CBW和CSW

          网上关于USB的讲解很多，讲的好的大家可以参见《linux那些事儿之我是USB》，非常具有趣味性。此处恕我才疏学浅只能记录一些皮毛。因为在做烧写工具，所以涉及到这部分的知识。在之前的经验教训中明白了一个道理：对待工作要严谨认真，对待知识不能浅尝辄止。

        在学习一个新知识的时候，最难的就是有人能用最简单的文字描述它。而通常的概述也会因为太晦涩而难懂。当然也不可能有哪项技术能够用简单的几句话来描述清楚。因此要有耐心，在理论看到一定程度之后一定要转入实践，最后再回归到理论。

        在做烧写工具的时候，最简单的模型就是window PC通过数据线将数据传输到存储介质上。其中用到了USB  Mass Storage协议，完成命令和数据的传输。而SCSI是存储介质遵循的协议。亦即：

           ⑴Host和Device间数据通讯协议是Bulk-only Transport。也称为BBB协议，这是与CBI对应的一种说法。因为CBI是指Commond、Bulk和Interrupt。而对于Bulk-only所有的传输都是通过BULK EP完成。

          ⑵USB Device内部和数据存储介质之间通信协议为SCSI（Small Computer System Interface）。

     USB 设备中的固件（firmware）或者硬件（hardware），必须要实现下面这些功能：

1. 检测和响应通用的USB Request和USB总线上的事件。
2. 检测和响应来自USB设备的关于信息或者动作的USB Mass Storage Request。
3. 检测和响应，从USB Transfer中获得的SCSI Command。这些业界标准的命令，是用来获得状态信息，控制设备操作，向存储介质块中读取（read block）和写入（write block）数据的。

   另外，设备如果想要向存储介质中，创建/读取/写入，文件/文件夹的话，那么就涉及到文件系统，还要实现对应的文件系统。嵌入式系统中常见的文件系统有FAT16或FAT32。

       在平板电脑设备的烧写过程中，平板电脑的ROM中存在USB的驱动程序，并且在USB的驱动中注册了SCSI设备的初始化函数。当SCSI命令通过USB协议传送到目标板上之后，会通过对USB数据包的解析完成对存储介质的读写擦除等的操作。

        Microsoft Windows 中提供对Mass Storage 协议的支持，因此USB 移动设备只需要遵循 Mass Storage 协议来组织数据和处理命令，即可实现与PC 机交换数据。而Flash 的存储单元组织形式采用FAT16 文件系统，这样，就可以直接在Windows的浏览器中通过可移动磁盘来交换数据了，Windows 负责对FAT16 文件系统的管理，USB 设备不需要干预FAT16 文件系统操作的具体细节。 
       USB（Host）唯一通过描述符了解设备的有关信息，根据这些信息，建立起通信，在这 些描述符中，规定了设备所使用的协议、端点情况等。因此，正确地提供描述符，是USB 设备正常工作的先决条件。 

         按照上面的描述，在存储设备工作的过程中，USB的协议就成了关注的焦点。而在USB通信的过程中最重要的两个概念就是CBW和CSW。

        设备插入到USB后，USB即对设备进行搜索，并要求设备提供相应的描述符。在USB Host得到上述描述符后，即完成了设备的配置，识别出为Bulk－Only的Mass Storage设备，然后即进入Bulk－Only传输方式。在此方式下，USB与设备间的所有数据均通过Bulk－In和Bulk－Out来进行传输，不再通过控制端点传输任何数据。 
        在这种传输方式下，有三种类型的数据在USB和设备之间传送，CBW、CSW和普通数据。CBW（Command Block Wrapper，即命令块包）是从USB Host发送到设备的命令，命令格式遵从接口中的bInterfaceSubClass所指定的命令块，这里为SCSI传输命令集。USB设备需要将SCSI命令从CBW中提取出来，执行相应的命令，完成以后，向Host发出反映当前命令执行状态的CSW（Command Status Wrapper），Host根据CSW来决定是否继续发送下一个CBW或是数据。Host要求USB设备执行的命令可能为发送数据，则此时需要将特定数据传送出去，完毕后发出CSW，以使Host进行下一步的操作。USB设备所执行的操作可用下图描述：

        USB协议能够在启动或是当设备插入系统时对设备进行配置，这就是USB设备为什么可以执插拨的原因。USB协议能够在启动或是当设备插入系统时对设备进行配置，这就是USB设备为什么可以执插拨的原因。

        按照上面的描述，对于PC端烧写工具而言，板子上的存储设备就相当于只是一个SCSI设备。它只负责按照USB协议封装USB传输所需要的数据。

        

      在windows编程的时候，只需要按照要求发送SCSI命令操作就能够通过驱动完成对目标机上存储介质的操作。而这个过程是如何进行操作的呢？

      了解USB之后，会知道USB的描述符机制，在每个设备的描述符中，都存在如下几个域：

           bInterfaceClass

           bInterfaceSubClass

           bInterfaceProtocol

       分别对应着USB的Class,Subclass.protocol。

   bInterfaceClass=0x08=Mass Storage

          Class就是USB Mass Storage Class

  bInterfaceSubClass=0x06=SCSI Transparent

        Subclass，所支持的列表如下

   SubClass Codes Mapped to Command Block Specifications

bInterfaceProtocol=0x50=Bulk Only Transport

Protocol，所支持的列表如下：Mass Storage Transport Protocol

           从上面的描述中，就能够更清晰直观的感受到，设备的两种协议在工作方式上的协作与独立性。

下面这幅图片就是CBW包的各个字段信息。他是一个31B的包，这个是在USB仿真器抓包之后进行分析的依据。

• 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）