USB

Устройства хранения данных

Подробности

Родительская категория: USB

Категория: Применение шины USB

Задача USB для устройств хранения сводится к передаче устройствам команд, определяющих выполняемую операцию, получению от устройства информации о завершении исполнения команды и, наконец, транспортировке хранимых данных. Спецификация USB для устройств хранения (Mass Storage) определяет несколько подклассов и протоколов. Подкласс определяет содержимое командного блока, протокол — способ транспортировки команд, состояния и данных; подклассы и протоколы независимы (любой формат блока можно доставлять любым транспортом). Специальных классовых дескрипторов у устройств хранения нет, но есть два классовых запроса (см. таблицу).

Таблица. Классовые запросы к устройствам хранения

Запрос	bmRequestType	bRequest	Применимость для протоколов
Get_Max_Lun	10100001b	FEh	50h
Bulk-Only_Mass_Storage_Reset	00100001b	FFh	50h
ADSC	00100001b	00	00, 01

Протокол Bulk-Only-транспорт (код 50h) применяется в устройствах хранения со скоростями FS и HS, он рекомендован для всех новых разработок. Этот протокол обеспечивает взаимную синхронизацию устройства и хоста, используя никак не синхронизируемые (системой USB) потоки независимых каналов Bulk-IN и Bulk-OUT через пару соответствующих точек. Кроме того, используются два классовых запроса для определения числа доступных логических устройств и сброса интерфейса.

По запросу Get_Max_LUN устройство возвращает байт с максимальным возможным номером логического устройства (LUN, нумерация с нуля). В запросе в поле wIndex указывается номер интерфейса, wLength = 1.

По запросу Bulk-Only_Mass_Storage_Reset выполняется сброс интерфейса, указанного в поле wIndex: точки Bulk-IN и Bulk-OUT разблокируются, переключатель (Toggle Bit) устанавливается в положение DATA0, интерфейс переводится в состояние ожидания команды, все предыдущие запросы сбрасываются.

Блоки команд и состояний распознаются в последовательности пакетов по фиксированной длине пакета (они всегда ложатся точно в один пакет), сигнатурам и соответствию содержимого полей соглашениям (проверяются и нули в резервных полях). Командный блок длиной до 16 байтов позволяет транспортировать любые наборы команд, используемые в устройствах хранения с традиционными интерфейсами (ATA/ATAPI, SCSI и другие). Протокол передачи команд и данных работает следующим образом:

• хост посылает командный блок CBW (Command Block Wrapper) «в обертке» — пакет фиксированной длины (31 байт), включающий:

1. 4-байтную сигнатуру (dCBWSignature = 43425355h);
2. 4-байтный тег (dCBWTag), который служит для пометки и идентификации ответного блока состояния;
3. 4-байтное поле длины передаваемых данных (dCBWDataTransferLength);
4. байт флагов (bmCBWFlags), в котором используется лишь бит 7, указывающий направление передачи данных остальные биты — нули;
5. байт с 4-битным номером логического устройства, к которому обращается данный командный блок (bCBWLUN в битах [3:0], остальные биты — нули);
6. байт длины командного блока (bCBWCBLength в битах [4:0], допустимо 1–16,
7. собственно командный блок (CBWCB) длиной от 1 до 16 байт и заполнитель, доводящий длину этого поля до 16 байт;

• устройство подтверждает успех приема ACK’ом, анализирует пакет и, если «обертка» корректна и командный блок действителен, выполняет прием или передачу заказанного блока данных. Обмен данными инициирует хост в соответствии с посланной командой (данные могут и не предполагаться, тогда указывается их нулевая длина);
• на каждый командный блок (после успешного исполнения или отвергая его) устройство отвечает блоком состояния CSW в аналогичной «обертке» — 13-байтным пакетом, содержащим:

1. 4-байтную сигнатуру (dCSWSignature = 53425355h);
2. 4-байтный тег (dCSWTag), привязывающий этот ответ к конкретному командному блоку;
3. 4-байтное поле (dCSWDataResidue), в котором указывается разность между заказанным (и переданным) количеством данных и количеством, реально отработанным устройством;
4. байт состояния (bCSWStatus) выполнения команды: 00 — успешно, 01 — отказ (failed), 02 — фазовая ошибка (нарушение последовательности команд и данных).

Если устройство получает недопустимый командный пакет, оно его отвергает соответствующим CSW (с байтом состояния 01). На каждый выпущенный командный пакет хост должен получить ответ — состояние с тем же тегом (теги назначает хост, устройство ими только метит ответ). Фазовая ошибка (нарушение этой последовательности) отрабатывается с помощью классового запроса «сброс интерфейса», передаваемого через EP0, — интерфейс переходит в исходное состояние (готов принять командный блок). Этим же сбросом устраняется возможная блокировка конечных точек.

Протокол Control-Bulk-Interrupt (CBI, коды 00 и 01) предназначен только для FSустройств, для новых разработок он не рекомендуется, на HS его применение не допускается. Для доставки команд служит классовый запрос ADSC (Access_Device_Specific_Command), передаваемый через точку EP0 (Основной канал сообщений). Для доставки данных используются точки Bulk-IN и Bulk-OUT. Через эти же точки (включая и EP0) передается и информация о состоянии завершения команды; в протоколе с кодом 00 для передачи состояний выделяется дополнительная точка Interrupt-IN с длиной пакета 2 байта.

Командный блок передается в фазе данных транзакции управления, реализующей запрос ADSC. В запросе в поле wIndex указывается номер интерфейса, wLength — длина командного блока. Положительное подтверждение (ACK) на стадии состояния означает, что команда успешно принята (этот ответ может быть задержан на неопределенное время посылкой NACK’ов).

Состояние выполнения команды может передаваться несколькими способами:

• по прерыванию: когда у устройства есть что сообщит о состоянии выполнения команды, оно в транзакции с точкой Interrupt-IN возвращает два байта, трактовка которых зависит от подкласса устройства;
• по основному каналу сообщений — устройство в фазе завершения может ответить пакетом STALL, что будет означать отвергнутую команду. Уточнить состояние можно, послав соответствующую команду, предполагающую получение состояния в фазе данных через точку Bulk-IN;
• по каналу передачи данных: обнаружив ошибку в процессе выполнения команды, устройство на очередную транзакцию Bulk-IN/OUT ответит пакетом STALL. Уточнить состояние можно будет, послав следующий командный блок (предварительно разблокировав точки запросом Clear_EP_Halt).

Данные передаются пакетами через точки Bulk-IN и Bulk-OUT, укороченный пакет служит признаком конца блока данных. Хост и устройство отслеживают соответствие объема передаваемых данных запрошенному в команде. В случае обнаружения несоответствия устройство может сигнализировать об этом передачей состояния через точку Interrupt-IN или через ответ STALL в транзакциях передачи данных.

Сброс устройства можно выполнить, послав в запросе ADSC специальный командный блок с содержимым 1D, 04, FF, FF, FF... По этой команде устройство предпримет попытку безопасного прекращения текущей операции, очистит все буферы и очереди. После этого хост должен выполнить запросы Clear_EP_Halt, чтобы разблокировать точки и привести в исходное состояние переключатели Toggle Bit. Сброс через порт USB (по запросу к хабу) во время исполнения команды чреват потерей данных.

Прерывания (точка Interrupt-IN) используются только для протокола 00. На каждый посланный ADSC хост ждет прерывание; если устройство ответит на ADSC условием STALL, то для этой команды прерывание уже не ожидается. Если у устройства есть непереданный запрос прерывания, а хост посылает уже следующий ADSC, то прежний запрос прерывания устройство аннулирует.

• < Назад
• Вперёд >