原创 USB Mass Storage 学习笔记（2）

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了解了USB Mass Storage BOT的规范。接下来学习一下Microchip 单片机实现USB Mass Storage设备的经典Application Notes。

MICROCHIP AN1003 ：USB Mass storage Device Using a PIC MCU

本文描述了使用SD卡来设计实现USB Mass storage设备（MSD）。本文对USB Mass storage方案的开发人员会有很大的帮助。这个应用可以作为独立的MSD或一个SD卡读写器。

本设计有下列组件构成：

<!--[if !supportLists]-->●     <!--[endif]-->PIC<?xml:namespace prefix = st1 />18F4550 MCU

<!--[if !supportLists]-->●     <!--[endif]-->PICDEM FS USB Demo板

<!--[if !supportLists]-->●     <!--[endif]-->PICtail 板（SD和MMC卡）

<!--[if !supportLists]-->●     <!--[endif]-->Windows操作系统

<?xml:namespace prefix = o />

枚举过程

下面总结了USB设备的枚举步骤而且说明了在枚举过程中设备如何从Powered到Default，Address和Configured状态。

<!--[if !supportLists]-->1.       <!--[endif]-->用户将USB设备插入USB口。Hub给端口供电，设备处于Powered状态。

<!--[if !supportLists]-->2.       <!--[endif]-->Hub识别设备。

<!--[if !supportLists]-->3.       <!--[endif]-->Hub通过一个终端PIPE去向Host报告event。

<!--[if !supportLists]-->4.       <!--[endif]-->Host 发送 Get_Port_Status 请求获得关于设备更详细的信息。

<!--[if !supportLists]-->5.       <!--[endif]-->Hub识别设备是LowSpeed或FullSpeed。并且将Get_Port_Status的响应信息发送给主机。

<!--[if !supportLists]-->6.       <!--[endif]-->主机发送Set_Port_Feature请求，要求Hub去复位端口port。

<!--[if !supportLists]-->7.       <!--[endif]-->Hub复位设备。

<!--[if !supportLists]-->8.       <!--[endif]-->主机获悉Full-Speed 设备是否支持High-Speed操作（使用Chirp K信号）。

<!--[if !supportLists]-->9.       <!--[endif]-->主机利用Get_Port_Status判断设备是否已经推出Reset状态。

<!--[if !supportLists]-->10.   <!--[endif]-->此时，设备处于Default状态（设备已经准备好通过缺省Pipe的Endpoint0响应控制传输，缺省地址是00h。而且设备可以从总线获得最大100mA）。

<!--[if !supportLists]-->11.   <!--[endif]-->主机发送Get_Descriptor 来获得最大封包大小（注意：设备描述符的第八个字节是bMaxPacketSize）

<!--[if !supportLists]-->12.   <!--[endif]-->主机通过发送Set_Address 请求为设备分配地址。设备现在处于Address状态。

<!--[if !supportLists]-->13.   <!--[endif]-->主机发送Get_Descriptor来获得设备的更多的信息。

<!--[if !supportLists]-->14.   <!--[endif]-->主机分配并调用一个设备驱动。

<!--[if !supportLists]-->15.   <!--[endif]-->主机的设备驱动通过发送一个Set_Configuration请求来选择一个配置。现在设备处于Configured状态。

<!--[if !supportLists]-->16.   <!--[endif]-->主机为复合设备的接口分配驱动。

<!--[if !supportLists]-->17.   <!--[endif]-->如果hub检测到过流状态，或主机响应hub关闭电源。设备将从USB总线上下电。这时，设备和主机不能通讯而且设备处于Attached状态。

<!--[if !supportLists]-->18.   <!--[endif]-->如果设备在总线上有3ms没有动作。它将进入Suspend状态。此时，设备消耗总线上最小的功耗。

 注：这篇AN里，这部分枚举过程的描述比较经典呀！

控制传输

控制传输允许主机和设备交换关于设备配置和其它控制消息的信息。控制传输是由Setup Stage，可选的Data Stage和Status Stage组成。

“Standard USB Device Requests”总共有11个USB 标志控制传输请求。所有的USB设备都必须响应这些请求（即使仅响应了STALL）。处理标志的请求，每个USB类也会定义本类的设备请求。例如：Mass Storage设备要实现Get_Max_LUN请求来使主机能够知道设备支持的逻辑单元数。

Mass Storage类

Mass Storage类支持两个传输协议：

<!--[if !supportLists]-->●     <!--[endif]-->Bulk-Only 传输（BOT）

<!--[if !supportLists]-->●     <!--[endif]-->Control/Bulk/Interrupt传输（CBI）

Mass Storage类规范定义了两个类规定的请求：Get_Max_LUN和Mass Storage Reset，所有的Mass Storage类设备都必须支持这两个请求。

Bulk-Only Mass Storage Reset（bmRequestType=00100001b and bRequest= 11111111b）用来复位Mass Storage设备及其相关接口。

Get_Max_LUN（bmRequestType= 10100001b and bRequest= 11111110b）用来确认设备支持的逻辑单元数。Max LUN的值必须是0~15。注意：LUN是从0开始的。主机不能向不存在的LUN发送CBW。

支持BOT传输的Mass Storage设备接口描述符要求如下：

bInterfaceClass=08h，表示为Mass Storage设备；

bInterfaceSubClass=06h，表示设备支持SCSI Primary Command-2（SPC-2）；

bInterfaceProtocol＝50h，表示实现BOT传输。

支持BOT的设备必须支持最少3个endpoint：Control, Bulk-In和Bulk-Out。USB2.0的规范定义了控制端点0。Bulk-In端点用来从设备向主机传送数据。Bulk-Out端点用来从主机向设备传送数据。

Bulk-Only传输（BOT）

像控制传输一样，BOT也是由Command阶段，可选的数据阶段和状态阶段组成。所有的command请求都可能有或没有Data阶段。下图说明了BOT的Command传输，Data-In，Data-Out传输及Status传输。

CBW是由31个字节组成的短包。CBW和后续的数据以及CSW都是从新封包开始的。要注意的是所有CBW传输都是little-endian模式。

在CBW中，dCBWSignature必须是“43425355h”，表示是CBW封包。dCBWTag是CB标签，会通过对应的CSW的标签反馈回来。

SD卡

SD卡是便携设备中最常见的存储媒介。SD卡支持SD总线和SPI总线。PIC18F4550

支持SPI方式读写SD卡。除了电源和地，SPI总线有CS，SDI，SDO和SCLK信号组成。SD卡在时钟的上升沿采集输入数据，在时钟的下降沿发送输出数据。在上电后，SD卡缺省处于SD总线模式。因此，初试阶段应该将SD置于SPI模式。可以通过接收CMD0（Reset命令）阶段将CS信号置低。不像SD总线模式，在SPI模式下，被选中的SD卡总是响应命令。