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);