USB系列之三：從你的隨身碟裡讀出更多的內容

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 隨身碟是我們最常使用的一種USB裝置，本文繼續使用DOSUSB做驅動，試圖以讀取扇區的方式讀取你的隨身碟。
    本文可能涉及的協議可能會比較多。
一、瞭解你的隨身碟
    首先我們用上一篇文章介紹的程式usbview.exe去看一下你的隨身碟，我在本文中用於測試的隨身碟情況如下：

    Device Descriptor: (裝置描述符)    USB Address:             1    Length:                  18    Descriptor Type:         1    USB Specification nr.:   0x0110    Calss Code:              Class code specified by interface    Subclass Code:           0x00    Protocol Code:           0x00    MAX Packet Size:         0x08    Vendor ID:               0x058f    Product ID:              0x9321    Device Code:             0x0100    Manufacture Index:       1    Product Index:           2    Serial Number Index:     0    Number of Configuration: 1    String Descriptor: (字串描述符)    Manufacturer: Alcor Micro    Product: Mass Storage Device    Configuration Descriptor: (配置描述符)    Length:               9    Descriptor Type:      2    Total Length:         32    Number of Interfaces: 1    Configuration Value:  1    Configuration Index:  0    Attributes:           Bus Powered    Max Power:            50mA    Interface Descriptor: (介面描述符)    Length:               9    Descriptor Type:      4    Interface Number:     0    Alternate Setting:    0    Number of Endpoints:  2    Interface Class:      Mass Storage Device    Interface Sub Class:  6    Interface Protocol:   80    Interface Index:      0    Endpoint Descriptor: (端點描述符)    Length:               7    Descriptor Type:      5    Endpoint Address:     1 OUT endpoint    Attributes:           Bulk    Max Packet Size:      64    Interval:             0    Endpoint Descriptor: (端點描述符)    Length:               7    Descriptor Type:      5    Endpoint Address:     2 IN endpoint    Attributes:           Bulk    Max Packet Size:      64    Interval:             0

各種描述符的含義在以前的文章中介紹過了，或者去翻閱USB的specification，這裡就不多說了，我們從介面描述符開始就一些關鍵點進行一下說明。
    首先看介面描述符，Interface Class = 8，表明是Mass Storage Device；Sub Class = 6，表明執行SCSI命令；Interface Protocol = 0x80，表明支援Bulk傳輸；另外，Number of Endpoints = 2，表明有兩個端點。
    兩個端點描述符要注意的是，Endpoint Address = 1的是OUT端點，Endpoint Address = 2的是IN端點，有些可能會不一樣；有些隨身碟可能還會有第三個端點，比如支援中斷傳輸的隨身碟還會有一個Interrupt端點，不過這都沒有關係。
    我大概看了我手頭有的5個隨身碟，都支援批量傳輸，且支援SCSI命令，所以，這可能是一個比較典型的例子，我們就以它為例。

二、CBW(Command Block Wrapper)和CSW(Command Status Wrapper)

    在《USB系列之一》中，我們安裝了一個DOSUSB，在《USB系列之二》中，我們利用USBDOS讀取了所有的描述表，掌握這些內容需要瞭解USB協議1.1（USB Specification Revision 1.1）即可，當然還要瞭解USBDOS，不過這個比較簡單。

    在系列一和系列二中，我們已經對DOSUSB的一個資料結構URB有所瞭解，本文中還要大量用到，我們還接觸了一個結構叫device_request，這個結構是在USB協議中定義的，用於向裝置發送命令（Request），本文也會用到。

    與前面不同的是，前面的兩個系列可以針對任何USB裝置，比如隨身碟、網路攝影機、印表機等，而本文將只針對我們經常使用的USB裝置----隨身碟，如果你打算嘗試本文所介紹的內容，請準備好一個隨身碟，什麼樣子的都行，或者是一個USB讀卡機，不過要記得插一張卡進去，實際上本文所載範例就是使用一個USB的CF卡讀卡機完成的，不用擔心損害你的隨身碟中的資料，本文不會對隨身碟進行任何寫操作，僅僅做一些讀操作。

    這個系列中我們需要針對隨身碟讀更多的規範，如下：

• Universal Serial Bus Mass Storage Class Specification Overview
  ：http://blog.hengch.com/specification/usb_msc_overview_1.2.pdf
• Universal Serial Bus Mass Storage Class -- Bulk-Only Transport
  ：http://blog.hengch.com/specification/usbmassbulk_10.pdf
• SCSI Primary Commands - 3(SPC-3)
  ：http://blog.hengch.com/specification/SCSI_Primary_Commands-3.pdf
• SCSI Block Commands - 2(SBC-2)
  ：http://blog.hengch.com/specification/SCSI_Block_Command-2.pdf

     不用為規範發愁，實際上，前兩個規範都很短，其中第一個對實際編程沒有什麼作用，但最好看一下；第二個規範連目錄一共22頁，其中13頁以前的內容可以跳過（很多和USB Specification中相同），第三個規範主要看第6章，第四個規範主要看第5章，後兩個規範在編程時需要經常翻閱，以便瞭解你正在實現的SCSI命令的具體格式和參數。

    本節我們主要介紹兩個新的資料結構，這兩個結構都是在第二個規範中定義的。

    第一個資料結構叫CBW(Command Block Wrapper)

    這個結構將承載具體的與裝置有關的命令發送到裝置上去，這個結構分成兩部分，第一部分從byte[0]--byte[14]共15個位元組，第而部分從byte[15]--byte[30]共16個位元組，整個資料結構為31個位元組。規範中並沒有定義第二部分的內容，這是因為第二部分承載的具體的命令，既與命令集（SCSI命令集）有關，也與具體的命令有關，我們使用SCSI命令集，所以後16個位元組的內容在前面提到的後面兩個規範中有定義。

    比如我們要向裝置發出一個SCSI命令INQUIRY（我們姑且先不要管命令的含義），那麼這個命令的結構在SPC-3的第142頁有定義，如下：

    對於SCSI INQUIRY這條命令而言，CBW的第二部分的定義就是上面的這六個位元組，不同的命令，定義也會不同。

    好，我們回到CSW的結構上來，根據規範，dCBWSignature的值必須是0X43425355，其實就是USBC這幾個字母倒過來，這是因為CBW的字元順序是little endian（這個東東在以前有關網路編程的文章中介紹過），而我們PC機中的字元順序是big endian，所以要顛倒一下，總之寫dCBWSignature = 0X43425355就OK了；dCBWTag僅僅是一個標誌，你可以填任何值，這裡要先說一下CSW（Command Status Wrapper），我們每發出一個命令，裝置都會返回一個CSW(這個東東下面很快就要介紹了)，以說明命令的執行狀態，這個結構中也有Signature和Tag這兩個欄位，其中Tag欄位和發出命令時CBW中的Tag欄位相同，這樣就可以區分這個CSW是和那個CBW對應的了，至於Signature，下面再說。

    下一個欄位是dCBWDataTransferLength，表示的是當這個命令發出後，我們希望裝置返回資料的字元數或者我們要向裝置傳輸的字元數，本文僅涉及從裝置返回資料，不涉及向裝置傳輸資料；舉例來說：我們發送INQIURY命令到裝置，按照SPC-3第144頁的說明，該命令返回的資料至少為36個位元組，所以，此時這個位元組應該填36；再如：我們讀取隨身碟的一個扇區，如果扇區的長度是512個位元組，那麼這個欄位就要填512。

    再下來是bmCBWFlags欄位，這個欄位只有bit 7有意義，為0表示要向裝置傳輸資料，為1表示要從裝置獲得資料。

    bCBWLUN欄位總是填0，因為絕大多數的隨身碟都不支援多LUN(Logical Unit Number)，只有一個邏輯單元自然好嗎就是0了。

    bCBWCBLength欄位是只CBW第二部分的長度，像前面舉例的INQUIRY命令，長度為6個位元組，則這個欄位就應該填6，再如：READ(10)命令的長度是10個位元組（SBC-2第42頁有定義），這個欄位當然要填10了。

    第二個要說的資料結構是CSW，當host向device發送一個CBW後，接著就可以從device收到資料（或者發資料到device），當接受完所需的的資料後，就可以從device獲得一個CSW(Command Status Wrapper)，CSW的結構如下：

     前面說過，在CBW中的dCBWSignature的值恒為：0x43425355，得到的CSW中的dCSWSignature的值為：0x53425355，dCSWTag與dCBWTag中的一致。

    在得到的CSW中，恒定有13個位元組，bCSWStatus的定義如下：

 

三、發送命令和接收資料

    我們知道USB協議中定義了三種傳輸方式，控制傳輸、批量傳輸、中斷傳輸和即時傳輸，在《USB系列二》中我們一直都在使用控制傳輸，我們應該比較熟悉了，本文中將涉及批量傳輸。

    我們在使用控制傳輸時，我們設定好URB啟動傳輸事務，相應的結果將返回到制定得buffer中，批量傳輸沒有那麼簡單，批量傳輸分為輸出事務和輸入事務，我們應該注意到，前面在看隨身碟的描述表時，在端點這一級有兩個端點，一個叫OUT端點，一個叫IN端點，當我們啟動一個輸出事務時，一定要發送給OUT端點，當我們啟動一個輸入事務時，一定要發送到輸入端點。下面我們簡單描述一下如何啟動批量傳輸事務。

    在使用控制傳輸時，我們應該閱讀過DOSUSB的說明，並且對URB結構比較熟悉，URB中有一個欄位叫transation_type，當這個值為0x2d時為控制傳輸；當為0x69時為批量傳輸的IN事務；當為0xe1時為批量傳輸的OUT事務；當我們啟動一個傳輸時，一定要正確地設定這個值。

    我們以一個具體的例子來說明如何啟動一個傳輸，我們以SCSI INQUIRY命令為了，關於這個命令的定義在SPC-3的第142頁--157頁有說明，篇幅很長，但絕大多數篇幅用來解釋返回資料的含義，我們可以暫時不去理會。首先我們要填寫CBW結構，CBW結構的第一部分的填寫前面已經說的很明白了，第二部分的定義在SPC-3的第142頁，共有6個位元組，我們要按照定義填寫好，實際上只要填兩個欄位，一個是OPERATION CODE = 0X12，第二個就是ALLOCATION CODE = 36，表示需要返回36個位元組的內容；CBW填好後，我們開始填寫URB，首先把CBW的位移和段地址放到URB的buffer_off和buffer_seg中，把transation_type=0xe1，表示一個輸出事務，注意把end_point欄位一定要放OUT endpoint的地址，從前面的描述符表中看，應該是1（2是IN endpoint的地址，你的機器可能不同），其它欄位的填法在《USB系列二》中已經介紹過了，填完以後調用DOSUSB，這樣，一個承載著INQUIRY命令的輸出事務就發送到由URB中dev_add和end_point兩個欄位指定的端點上去了。

    接下來我們要接收device返回的執行INQUIRY命令的結果，這要啟動一個輸入事務，相對容易一些，只要填寫URB就可以了，把transation_type=0x69，把end_point填上OUT endpoint的地址，本例中為2，buffer_off和buffer_seg指向緩衝區buffer，把buffer_length和actual_length均填為64，因為前面端點描述符表中寫明包的最大長度為64，其它欄位按常規填寫，調用DOSUSB，在buffer中就可以得到返回的內容，按照SPC-3中對返回內容的解釋即可瞭解裝置的一些情況。

    接收晚資料後，不要忘了接收CSW，方法也是啟動一個輸入事務，與接收資料完全相同，然後根據CSW的結構解釋其含義。至此一個命令執行完畢。

四、範例

    在本文的範例中，我們實現了如下內容：

• 實現了Bulk-Only Mass Storage Reset
• 實現了Get Max LUN
• 實現了SCSI INQUIRY Command
• 實現了SCSI READ CAPACITY (10) Command
• 實現了SCSI REQUEST SENSE Command
• 實現了SCSI TEST UNIT READY Command
• 實現了SCSI READ (10) Command

    最後的一個命令，我將從你的隨身碟上讀出一個扇區。

    最前面的兩個命令，請翻閱《Universal Serial Bus Mass Storage Class - Bulk-Only Transport》第7頁；INQUIRY、REQUEST SENSE、TEST UNIT READY三個命令請翻閱SPC-3的第142、221和232頁；READ CAPACITY(10)和READ(10)命令，請翻閱SBC-2的第42和44頁。

    原始碼請在下面網址下載：

    http://blog.hengch.com/source/reader.rar

    各種概念在前面已經介紹過了，程式無非就是實現這些概念，幾乎所有的代碼都是圍繞著填寫資料結構和顯示返回結果的，所以代碼本身並不難，更重要的是理解資料結構中個欄位的含義，這可能不得不閱讀一些規範，我想我不可能比規範說的更嚴謹更完整。要注意的是，你使用的隨身碟不可能和我的完全一致，一般情況下有可能有變化的是：裝置地址devAddr、輸出端點地址outEndpoint和輸入端點地址inEndpoint，所以在編譯器之前一定要使用《USB系列之二》中的方法仔細查看一下你的隨身碟的各種描述符表，如果這些值和我的隨身碟不同，請在主程式開始的地方，更改這幾個變數；另外，在主程式6th step中，scsiRead10(0)，傳遞給scsiRead10的參數為0，含義是從LBA（Logical Block Address）為0的地方讀取一個扇區，如果你向讀取其它扇區，可以更改這個值，其最大值我們在實現 READ CAPACITY時已經讀出了，可以參考；此外，注意CBW的字元順序是little endian，所以我們在填寫LBA和讀取最大LBA時都做了相應的轉換。

    好了，應該沒有什麼了！

    Enjoy it.

 

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