[经验]

USB硬盘接口两种基本传输方式

2019-4-16 07:00:02

2396 接口嵌入式

引言

USB是英文Universal Serial Bus的缩写，中文含义是“通用串行总线”。它不是一种新的总线标准，而是应用在PC领域的新型接口技术，具有使用方便、速度较快、连接灵活、独立供电等特点。1998年后，随着微软在Windows 98中内置了对USB接口的支持模块，加上USB设备的日渐增多，USB逐步走进了实用阶段，USB协议已经发展到2.0版本，最高速度可达480Mb/s。目前，广泛使用的1.1版本也可达12Mb/s。

USB协议中，对USB设备按类型进行分类。同类型的设备拥有一些共同的行为特征和工作协议，这样可以屏蔽不同硬件之间的差别，以便于主机（PC）对设备进行方便、统一的管理。对USB大容量存储设备（mass storage device）的设计，国际有关机构定义了两种基本传输方式：CBI和BULK ONLY，并对各自开发过程中应注意的问题进行了规定，开发者必须遵循其中至少一种。

一、CBI结构要点

在CBI（Control/Bulk/Interrupt）结构中，要用到USB协议中说到的控制（Control）、批量输入/输出（Bulk in/out）、中断（Interrupt）四种端点（Endpoint）。控制端点用来在主机和设备间传送USB标准命令和对硬盘的控制命令集；批量输入/输出端点用来传输数据；可选用的中断端点用来通知命令的完成。

1.数据传输的说明

主机和CBI存储设备间的通讯通过命令/数据/状态的传输来实现，就是说，协议从主机向设备传送命令，在主机和设备间相互传送数据，从设备向主机传送命令执行状态，并允许主机对设备进行重启。USB大容量存储设备应可接收2类重启命令和3类命令块（command block）。2类重启命令是：USB端口重启和命令重启；3类命令块是：非数据（nondata）、数据输入（data-in）和数据输出（data- out）。本文只对各类命令中和CBI存储设备设计相关的加以说明，其余属于普通USB总线传输的内容可参考USB协议。

（1）USB端口重启

通常用在设备死机等情况。通过主机USB端口强制设备重启，详细情况可参见USB协议。

（2）命令重启

在使用端口重启之前，主机也可以通过发送重启命令来使设备重启。在接收到该命令后，设备将依次执行如下动作：

a.尝试从正在执行的命令或数据传输中退出；
b.清除等待执行的其它命令；
c.清除设备缓冲区的数据；
d.按照设备所使用的子类相应协议执行重启，例如执行自检测、对设备进行初始化并恢复到缺省状态。

（3）非数据命令传输的总线管理和与之相关的设备初始化等功能，详细情况可参见USB协议。

b.类相关命令。采用CBI结构的存储设备应该在控制端点上支持的USB类相关命令为：Accept Device-Specific Command（ADSC）。由ADSC从主机向设备传送命令块。ADSC命令的起始包由表1所示8个字节组成。

表1 ADSC起始包结构

需要注意的是，wLength的值由所设计的存储设备所属的子类决定，这可以在接口描述字中的bInterfaceSubClass域设置。WLength 设置好之后，每次传输命令数据时就必须严格按照这个值进行。如果不等，设备就将认为此次传输失败并向主机发回相应提示，而且CBI结构的大容量存储设备每次只能接收1个命令块。在主机端，应该把将要传输的命令以队列形式排好便于传送。下面是个ADSC命令的举例：

1 SOF(xA5)
2 SETUP(xB4) ADDR(x7F) ENDP(x0)
3 DATA0（xC3）DATA(x21 00 00:00 00:00 0C:00)
4 ACK(x4B)
5 SOF(xA5)
6 OUT(x87)ADDR(x7F)ENDP(x0)
7 DATA1(xD2) DATA(x 2A 00 00:01:23:45 00 00:)
8 NAK(x5A)
9 SOF（xA5）
10 OUT(x87) ADDR(x7F) ENDP(x0)
11 DATA1(xD2) DATA(x 2A 00 00:01:23:45 00 00:)
12 ACK(x4B)
13 SOF(xA5)
14 DATA0(xC3) DATA(x 00 00 00:00)
15 NAK(x5A)
16 SOF(xA5)
17 OUT(x87) ADDR(x7F) ENDP(x0)
18 DATA0(xC3) DATA(x 00 00 00:00)
19 ACK(x4B)
20 SOF(xA5)
21 IN(x96) ADDR(x7F) ENDP(x0)
22 NAK(x5A)
23 SOF(xA5)
24 IN(x96) ADDR(x7F) ENDP(x0)
25 DATA1(xD2) DATA ( )
26 ACK(x4B)

(4)数据输入和数据输出

主机和存储设备之间交换数据时所用。当主机通过控制端点发出数据输入或数据输出命令并向设备批量输入端点或发出IN PID或OUT PID后，设备开始向主机输出数据或从主机输入数据直至达到主机要求的量为止。

2.CBI存储设备相关描述字设置

按照USB协议，每一个USB设备都有一个或多个配置，每个配置对应相应设备的一项功能。配置是口的集合，通过接口指定设备如何进行USB总线互联，而接口又是一系列端点的集合。从设备到端口都有相应的描述字进行设备，对它们的一般信息进行说明。

CBI结构存储设备应该支持下列USB描述字：

a.设备描述字（device descriptor）。
b.配置描述字（configuration descriptor）。
c.接口描述字（interface descriptor）。CBI存储设备至少应支持一个数据接口。
d.端点描述字（endpoint descriptor）。除用作初始化和命令传输的控制端口Endpoint 0外、CBI存储设备还应该支持批量输入、批量输出、中断三种端点。

（1）设备描述字和配置描述字

有关这两类描述字的结构和含义在USB协议有关这两类描述字的结构和含义在USB协议有详细介绍，本文不再作更多说明，设计时根据实际情况加以设置即可。