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USB大容量存储设备浅析

时间:2021-05-23 11:28:47

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USB大容量存储设备浅析

一 USB 设备类

SB 引入了设备类的概念,根据每一类驱动程序的功能将USB设备分为几大类,标准的几大类包括:

大容量存储类网络类集线器类串行转换器音频类视频类图像类调制解调器打印机HID(Human Interface Device 人机接口设备)

每一大类的驱动程序对属于这类的所有设备通用,不需要另外再开发和安装驱动程序就可以使用。Linux-USB子系统支持主要的几类设备驱动程序。

每个USB设备都有类代码和子类代码。如 大容量存储设备类(0x08)就包含 光盘存储器(0x02)、磁带(0x03)、固态存储器(0x06)。设备驱动程序的 usb_device_id结构体包含类代码成员和子类代码成员。

也可以从 /proc/bus/usb/devices 输出结果的"I:"行看到设备的类代码和子类代码信息。

存储设备的接口有五大类

IDE、SCSI、USB,并行口,串口,其中并行口与串口的速度非常慢,不提也罢,最主要的就是IDE,usb, SCSI。IDE。

二 USB大容量存储设备

通常来讲USB大容量存储设备(Mass Storage) 主要是指 U盘,USB硬盘,笔驱动器,CD-ROM,软驱以及类似的存储设备。USB大容量存储设备利用 SCSI(Small Computer System Interface 小型计算机系统接口)协议和主机系统通信。

SCSI 接口

SCSI是“Small Computer System Interface”的缩写,即小型计算机系统接口。同IDE(ATA)完全不同的接口, IDE接口是普通PC的标准接口,而SCSI并不是专门为硬盘设计的接口,是一种广泛应用于小型机上的高速数据传输技术。

SCSI 协议

Scsi 协议是U盘,读卡器这些大容量存储所使用的协议。整个协议是工作在批量传输,分为IN、OUT两个方向。当插入U盘,USB主机控制器会识别到该设备是一个海量存储设备,然就就会根据SCSI协议,先发送CBW命令块包,U盘收到后根据SCSI协议解析该报,并回复命令执行状态包(CSW),就是应答,作为对前一个CBW命令块包处理结果的回应。Host 根据 CSW 来决定是否继续发 送下一个CBW 或是数据。

当一个U盘插入主体后,主机会拿到USB设备的描述符,从而识别到该USB设备是一个支持 Bulk-Only传输协议的海量存储设备。并使用Bulk-Only传输协议,即进入Bulk-Only传输方式,主机与USB设备间的所有数据都是通过Bulk input(批量输入端点)、 Bulk ouput(批量输出端点) 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,有三种类型数据在主机和usb设备之间传输:命令块包(CBW)、命令执行状态包(CSW)、普通数据包。

Bulk-Only传输协议:Bulk-Only协议是USB组织针对大容量存储设备制定的一种块存储类协议,是USB大容量数据存储的基础协议,BOT协议用于主机和USB设备之间进行大容量数据传输。,U盘属于海量存储类。USB定义了海量存储存储设备类的规范。主要是指USB总线上的传输方法与存储介质的操作命令。海量存储设备只支持一个接口,即数据接口,此接口有三个端点, Bulk input(批量输入端点)、 Bulk ouput(批量输出端点)、中断端点。

大容量存储设备驱动程序把自己注册成一个虚拟的SCSI适配器。该虚拟适配器在上行方向上通过SCSI命令和上层通信,在下行方向通过URB与块存储器减缓数据。

在USB集线器枚举过后,USB系统发现插入设备是大容量设备 U盘,就会调用 storage_probe()。目前分析的主要工作就是,申请一个 SCSI适配器,并绑定USB接口 与 该适配器的关系,最后注册该SCSI适配器到 SCSI总线。SCSI总线扫描到该设备后,调用 sd_prob(),即sd驱动, sd驱动为该U盘在系统中生成 /dev/sd* 节点,从这以后,应用程序就可以用该接口访问这个U盘了。SCSI子系统把发向虚拟适配器的磁盘操作命令排队,在虚拟适配器这端,排队的命令以URB的形式传递给设备。

drivers\usb\storage\usb.c

static int storage_probe(struct usb_interface *intf,const struct usb_device_id *id){struct us_unusual_dev *unusual_dev;//私有数据结构struct us_data *us;int result;int size;.../*//私有数据结构struct us_data *us;USB设备接口struct usb_interface *intfstruct usb_device_id *idstruct us_unusual_dev *unusual_dev;scsi协议主机信息模板 ??struct scsi_host_template usb_stor_host_template*/result = usb_stor_probe1(&us, intf, id, unusual_dev,&usb_stor_host_template);if (result)return result;/* No special transport or protocol settings in the main module */result = usb_stor_probe2(us);return result;}static struct usb_driver usb_storage_driver = {.name =DRV_NAME,.probe =storage_probe,.disconnect =usb_stor_disconnect,.suspend =usb_stor_suspend,...};/* First part of general USB mass-storage probing *//*//私有数据结构struct us_data *us;USB设备接口struct usb_interface *intfstruct usb_device_id *idstruct us_unusual_dev *unusual_dev;scsi协议主机信息模板 ??struct scsi_host_template usb_stor_host_template暂时分析的工作申请 SCSI 主机控制器绑定 SCSI 主机控制器 和 私有数据绑定 私有数据 和 usb接口信息*/int usb_stor_probe1(struct us_data **pus,struct usb_interface *intf,const struct usb_device_id *id,struct us_unusual_dev *unusual_dev,struct scsi_host_template *sht){//SCSI 主机控制器struct Scsi_Host *host;struct us_data *us;int result;dev_info(&intf->dev, "USB Mass Storage device detected\n");host = scsi_host_alloc(sht, sizeof(*us));if (!host) {dev_warn(&intf->dev, "Unable to allocate the scsi host\n");return -ENOMEM;}...*pus = us = host_to_us(host);...INIT_DELAYED_WORK(&us->scan_dwork, usb_stor_scan_dwork);/* Associate the us_data structure with the USB device *///us_data结构与USB设备关联sresult = associate_dev(us, intf);if (result)goto BadDevice;...}/* Associate our private data with the USB device */static int associate_dev(struct us_data *us, struct usb_interface *intf){/* Fill in the device-related fields */us->pusb_dev = interface_to_usbdev(intf);us->pusb_intf = intf;us->ifnum = intf->cur_altsetting->desc.bInterfaceNumber;.../* Store our private data in the interface *///在接口中存储我们的私有数据usb_set_intfdata(intf, us);...return 0;}/* Second part of general USB mass-storage probing */int usb_stor_probe2(struct us_data *us){int result;struct device *dev = &us->pusb_intf->dev;.../*1 关联 USB设备 -- SCSI主机控制器2 注册 SCSI主机控制器到 SCSI总线*/result = scsi_add_host(us_to_host(us), dev);if (result) {dev_warn(dev,"Unable to add the scsi host\n");goto HostAddErr;}.../*调用 usb_stor_scan_dwork() ,请求SCSI系统扫描总线来发现插入的SCSI设备*/queue_delayed_work(system_freezable_wq, &us->scan_dwork,delay_use * HZ);return 0;...return result;}EXPORT_SYMBOL_GPL(usb_stor_probe2);

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