.Net Micro Framework - USB Mass Storage功能实现

1. 说明

由于.Net Micro Framework的USB驱动架构中，没有为Mass Storage功能提供原生支持，所以除了要编写Mass Storage主体代码外，还需要在原有的USB驱动中添加部分枚举代码。其实从结构上来说，该部分代码应该添加在PAL层，不过考虑到这层代码为.Net Micro Framework Poring Kit Rtm 3.0标准代码，所以把这部分代码添加到我们自己编写的USB驱动之中去了。

此外，由于Mass Storage功能需要不断地检测和处理USB端口的数据，需要一个进程（或线程）去进行驱动。.Net Micro Framework在应用层仅支持一个进程（单个用户程序），所以必须在应用程序中专开一个线程去进行驱动，考虑到这样实现需要用户做额外的工作，最后摒弃了这一实现。最终的做法是，在Mass Storage驱动中添加了时钟中断处理函数，Mass Storage被初始化后，该时钟中断被激活，以一个用户可设定的间隔去监控和处理USB端口的数据。

在实现Mass Storage功能的代码中，并没有直接去读写相关Flash，而是借助PAL层的SectorCache模块间接访问Flash，这样有两个好处，一是读写有缓存，操作速度较快，二是程序比较通用，代码在不用修改的情况下可以访问不同的Flash、SD卡等存储模块。

本Mass Storage驱动仅实现了一个功能子集，仅支持单个存储模块，不支持从PC机进行格式化（可通过本地提供的接口进行格式化，文件系统目前必须是FAT32）。

2. USB Config

Mass Storage要求的USB Config和我们.Net Micro Framework的标准驱动不同，一是PID和VID不同，由于Mass Storage设备是免驱动安装的，这PID和VID应该没有多大用处，但是由于以前PC上已经安装了该PID和VID的.Net Micro Framework驱动，所以Mass Storage设备插入时，优先去找匹配PID和VID的设备驱动（这样也可以让一些厂家有机会安装自己专门的Mass Storage设备驱动），所以对我们已有该驱动的PC，肯定会有问题，所以我们仅需要调整一下VID的值即可。

其二我们USB接口描述类中，接口类必须为0x08（Mass storage class），子类为0x06（SCSI transparent command set）或0x04（UFI），接口协议为0x50（Bulk-only transport）。

表1 子类表

 

 

表2 接口协议

 

其它描述信息由于非关键，所以可修改，也可以不改。

 

3. 调用接口

Mass Storage驱动位于"DeviceCode"Drivers目录下， 属于通用驱动，其它设备都可以调用。包括如下三个文件：UsbMassStorage.h、UsbMassStorage.cpp、UsbMassStorage_config.cpp。

3.1   PAL层接口

3.1.1 UsbMassStorage_Start

Mass Storage功能初始化和启动函数。该函数执行时，先关闭原先的USB驱动接口，再用新USB Config初始化USB接口，最后启动一个定时中断函数。

函数原型：int UsbMassStorage_Start(UINT32 value)；

参    数：value为时钟中断间隔，单位us。

返 回 值：0。

3.1.2 UsbMassStorage_Stop

Mass Storage功能停止函数。该函数先关闭时钟中断函数及自己定义的USB接口，最后恢复默认USB接口（即UsbDefaultConfiguration）。

函数原型：int UsbMassStorage_Stop()；

返 回 值：0。

3.2   P/Invoke接口

考虑到用户也可以自由开启和关闭Mass Storage功能，所以为用户提供了P/Invoke接口。该接口文件位于："Solutions"DM335"DeviceCode目录下，其实该程序通用，可以放在PAL层。包括两部分代码，一是托管代码，二是本地代码。

接口声明如下，函数功能同PAL层接口。

namespace YFSoft

{

    public static class MassStorage

    {

        [MethodImplAttribute(MethodImplOptions.InternalCall)]

        extern static public int Start(UInt32 value);

        [MethodImplAttribute(MethodImplOptions.InternalCall)]

        extern static public int Stop();

    }

}

注意：用户在调用MassStorage.Start()函数之前,先执行以下代码，以使磁盘缓存中的内容真实写入存储设备。

    VolumeInfo[] vis = VolumeInfo.GetVolumes();

    foreach (VolumeInfo vi in vis)

    {

        vi.FlushAll();

 }

4．USB枚举代码添加

Mass Storage类规范定义了两个请求：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。

处理GET MAX LUN命令时，我们返回实际的逻辑单元（LUN：0~15）个数即可，由于我们的Mass Storage驱动仅支持一个存储设备，所以直接返回0即可。其实该命令也可以不应答，这时PC会重试三次，不过重试过程比较缓慢，用户体验体验很不好。

对于Mass Storage Reset命令，由于我们目前没有任何工作可做，所以直接返回空数据即可。

相关代码如下：

if(len>0)

  {

         USB_SETUP_PACKET* Setup= (USB_SETUP_PACKET*)State->Data;

        //GET MAX LUN  

      if(Setup->bmRequestType == 0xA1 && Setup->bRequest == 0xFE)

      {

              *(volatile UINT8 *)((UINT32)&usb.FIFO[0]) = 0;

                      usb.Indexed.PERI_CSR0=DM335_USB_Indexed::PERI_CSR0_TXPKTRDY | DM335_USB_Indexed::PERI_CSR0_DATAEND;

          return;

      }

      //Mass Storage Reset

      if(Setup->bmRequestType == 0x21 && Setup->bRequest == 0xFF)

      {

            usb.Indexed.PERI_CSR0=DM335_USB_Indexed::PERI_CSR0_TXPKTRDY | DM335_USB_Indexed::PERI_CSR0_DATAEND;

         return;

      }

 }

该部分代码直接添加在"DeviceCode"Targets"Native"DM335"DeviceCode"DM335_USB.cpp中的DM335_USB_Driver::EP0_ISR()函数即可。

5. Mass Storage功能实现

其实只要实现了标准的USB驱动接口，在此基础上实现Mass Storage功能应该算不太难，这里不打算详细介绍Mass Storage功能的方方面面，这会涉及到太多的相关知识，我这里只是从我们实际的这部分功能出发，简明扼要地介绍一下Mass Storage功能实现的原理。

这里需要特别指出的是，Bulk-only transport协议，仅需要USB驱动提供两个端点即可，一个是端点1（输入端点），一个是端点2（输出端点），两者的类型都为BULK模式。很幸运的是我们的.Net Micro Framework的标准驱动和这个要求是一致的。

5.1 命令/数据/状态

Mass Storage设备枚举成功后，PC会通过端点2向Mass Storage设备发送各种命令，Mass Storage设备根据相应的命令，进行不同的应答。

其命令、数据、状态相关的流程图如下：

 

PC机发送的数据必须符合CBW格式（31byte，小端模式），而Mass Storage设备的应答，其格式必须符合CSW格式（13byte，小端模式）。至于中间过程传输的数据，根据不同的命令，格式也有不同地要求。

5.1.1 CBW命令块（Command Block Wrapper）

表3 CBW命令块

dCBWSignature：常数0x43425355，标识为CBW命令块。

dCBWTag: 由主机发送的CBW标签。设备应该在相关的CSW的dCSWTag以相同的值应答主机。

dCBWDataTransferLength： 在本命令执行期间，主机期望通过Bulk-In或Bulk-Out端点传输的数据长度。如果为0，则表示这之间没有数据传输。

bmCBWFlags： 定义如下（Bit7 Direction（dCBWDataTransferLength为0时，该值无意义） ：

 0= DataOut，数据从主机到设备

1= DataIn, 数据从设备到主机

Bit6 Obsolete 0

Bits 5..0 Reserved 0

bCBWLUN: 表示正在发送命令字的设备的逻辑单元号（LUN）。对于支持多个LUN的设备，主机设置相对应的LUN值。否则，该值为0。

bCBWCBLength: CBWCB的有效字节长度。有效值是在1到16之间。

CBWCB： 被设备解析执行的命令块。

注：该部分是重中之重，通过对这部分的命令的解析，实现实际的Mass Storage功能。

5.1.2 CSW状态块（Command Status Wrapper）

表4 CSW状态块

dCSWSignature: 常数0x53425355，标识为CSW状态块

dCSWTag: 取相对应的CBW的dCBWTag值。

dCSWDataResidue：实际传输的数据个数和期望要传输的数据个数之差。

bCSWStatus：命令执行情况，相关值如下：

5.2 SCSI 传输协议（或UFI传输协议）

很多资料上都是把子类协议设置为0x06，也就是SCSI 传输协议，实际测试表明设置为0x04（也就是UFI传输协议）也是可以的。实际看说明书，发现二者很多命令都是相同的，所以这两种协议对我们来说都适合，不过我这里建议最好看UFI传输协议手册，它要比SCSI手册简明地多。

无论是SCSI 传输协议还是UFI传输协议，其命令都是非常多的，不过对于我们的应用，我们仅需实现如下几条指令即可。

5.2.1 INQUIRY命令

该命令询问Mass Storage设备的基本信息，如生产厂家，产品名称，产品版本等等。

详细参数说明请参见《UFI Command Specification》，比较有意思的是Peripheral Device Type参数，如果设置为0，则表示这是一个可移动的存储设备（类似U盘），而设置为0x1F，则表示是一个非移动设备（类似硬盘，图标在硬盘区出现）。

5.2.2 READ_FORMAT_CAPACITIES命令

该命令获取Mass Storage设备存储大小，Block长度（一般为一个扇区大小，默认为512）等信息。

该表仅包括部分反馈信息，详细说明请参见《UFI Command Specification》。需要注意的是，无论是块个数，还是块长度，其数据格式为大端模式。

5.2.3 READ_CAPACITY命令

该命令返回最后一个块的索引和块的长度，其实该命令可以看着是READ_FORMAT_CAPACITIES命令的一个子集。

注意数据格式为大端模式。

详细说明请参见《UFI Command Specification》。

5.2.4 READ_10命令

该命令由PC端发出，请求Mass Storage设备发送指定扇区索引、扇区个数的数据。

这是PC机请求的命令，Mass Storage设备直接返回相应的数据即可。

详细说明请参见《UFI Command Specification》。

5.2.5 WRITE_10命令

该命令由PC端发出，CBW命令块后面紧跟的就是相应扇区的数据。

Mass Storage设备获取数据后，写到相应扇区即可。

这里需要强调的是，由于要接收的数据量有可能很大，该部分功能又是在时钟中断中实现，所以不要试图一次获取所有的扇区数据，否则在实际的TinyCLR环境中运行是不正常的。其实在READ_10中也存在类似问题，不过实际测试，直接发送所有数据，并没有什么问题，这从侧面反映PC机的接收数据能力，远远大于MF设备。

5.2.6 REQUEST_SENSE命令

PC机每发送一个命令后，都会检测设备返回的CSW的状态值是否为0（Good Status），如果不为0，则PC机马上发送REQUEST_SENSE命令，询问出错的进一步信息。

我们这里Sense Key的值直接设为0x05（ILLEGAL REQUEST）即可，主要原因是PC端会询问各种命令，由于我们没有实现，返回的CSW状态都非Good Status而已。

详细说明请参见《UFI Command Specification》。

5.2.7 TEST_UNIT_READY命令

在没有其它命令进行操作时，PC端会每隔一定时间，就会发送该命令，主要是为了探测Mass Storage设备是否存在（类似心跳信号）。

由于该命令没有数据交互，我们直接返回状态Good Status的CSW状态块即可。