USB通信程序设计 第5页
第三章 协议
3.1 Mass Storage 协议
USB协议能够在启动或是当设备插入系统时对设备进行备置，这就是USB设备为什么可以执插拨的原因。USB设备被分成以下几类：显示器（Monitors）、通讯设备（Communication devices）、音频设备（Audio）、人机输入（Human input）、海量存储（Mass storage）。特定类（class）的设备又可划分成子类（subclass），划分子类的后软件就可以搜索总线并选择所有它可以支持的设备。每个设备可以有一个或多个配置（Configuration），配置用于定义设备的功能。如果某个设备有几种不同的功能，则每个功能都需要一个配置。配置（configuration）是接口（interface）的集合。接口指定设备中的哪些硬件与USB交换数据。每一个与USB交换数据的硬件就叫做一个端点（endpoint）。因此，接口是端点的集合。USB的设备类别定义（USB Device Class Definitions）定义特定类或子类中的设备需要提供的缺省配置、接口和端点。描述符（descriptor）描述设备、配置、接口或端点的一般信息，下图为USB 描述符的层次结构。
图3.1 USB描述符层次结构
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。USB海量存储设备（USB Mass Storage Class）包括General Mass Storage Subclass、CD－ROM、Tape、Solid State。Mass Storage Class只需要支持一个接口，即数据（Data）接口，选择缺省配置时此接口即被激活。数据接口允许与设备之间进行数据传输，它提供三个端点：Bulk Input 端点、Bulk Output 端点和中断端点。通用海量存储设备（General Mass Storage Device）是随机存取、基于块／扇区存储的设备。它只能存储和取回来自CPU 的数据。这种设备的接口遵循SCSI－2标准的直接存取存储设备（Direct Access Storage Device）协议。USB设置上的介质使用与SCSI－2设备相同的逻辑块（logical blocks）方式寻址。下面介绍基于Bulk Only（批量传输）模式的Mass Storage 设备的描述符：每个USB设备都必须有一个设备描述符。
图3.2 设备（Device）描述符
Mass Stroage设备的设备类型和子类代码均在接口描述符中设置，这里置0。其中iSerialNumber可为零，即不指定Serial Number。
配置描述符如下图：
图3.3 配置（Configuration）描述符
这里配置所支持的接口数应为1。即设置至少支持一个接口，这里为Bulk－Only Data接口，此接口使用三个端点：控制端点（默认）、Bulk－In和Bulk－Out。其中bInterfaceSubClass指定所使用的工业标准命令块，bInterfaceProtocol为所使用的传输协议。
图3.4 bInterfaceSubClass 处的工业标准命令块代码
图3.5 Mass Storage 传输协议
接口描述符如下图：
图3.6 接口（Interface）描述符
由于控制端点为每个设备都使用的缺省端点，因此不需要定义，只需定义Bulk－In和Bulk－Out两个端点，其端点描述符如下：
图3.7 Bulk－In端点描述符
图3.8 Bulk－Out端点描述符
3.2 Bulk－Only传输协议
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，即命令状态包），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：
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