USB固件开发总结（四）

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）
（配置描述符略，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。

（待续）