USB协议学习（二）大容量存储设备枚举过程分析

ZhangYixi • • 嵌入式

笔者来聊聊大容量存储设备枚举过程分析.。

1、USB2.0 标准设备请求

标准设备的请求命令主要有以下几条：

  • Get Configureation ：获取设备配置信息
  • Set Configureation：设置设备配置信息
  • Get Descriptor：获取描述符
  • Set Descriptor：设置描述符
  • Set Address：设置设备的地址
  • Get Interface：获取特定接口的设置
  • Set Interface：配置特定接口的设置

比较常用的就是：设置地址，获取描述，设置/获取配置。
设备请求的编码如下：
所以设置地址（05），获取描述（06），设置/获取配置（09/08）。
在这里插入图片描述

1.1 设置地址

在这里插入图片描述
上述命令简单，wValue填写实际分配的地址即可。

  • 观察下面逻辑分析仪抓的数据，就可以看到命令码是05，设置的地址是0x40，所以后面的地址就是40。
  • 观察下面的USB分析仪抓的数据，可以更清晰的看出来Host 与 Device的交互。
  • 过程基本都是三个阶段，详情见[USB2.0协议介绍]()。
    在这里插入图片描述
    在这里插入图片描述

    1.2 获取描述符

    获取描述符的协议定义如下：通过参数不同，可以获取多个不同类型的描述符数据。
    在这里插入图片描述

  • ReuestType：06
  • wValue：2Byte，分成两个字节使用，低字节：index，高字节：描述符类型，如下面表格所示。
  • wIndex：Language ID

在这里插入图片描述

  • 首先获取Device类型，主要是USB版本，USB类以及子类等。
    在这里插入图片描述
offset Field Size value Description example
0 bLength 1 Number Size of this descriptor in bytes，字节数 0x12
1 bDescriptionType 1 Number DEVICE Descriptor Type，描述类编码值 0x1
2 bcdUSB 2 BCD USB Specification Release Number in Binary-Coded Decimal (i.e., 2.10 is 210H)，USB版本 0x0210
4 bDeviceClass 1 Class Class code，USB类编码 0x00
5 bDeviceSubClass 1 Class SubClass code，USB子类编码 0x00
6 bDeviceProtocol 1 Protocol Protocol code，协议编码 0x00
7 bMaxPacketSize0 1 Number Maximum packet size for endpoint zero(only 8, 16, 32, or 64 are valid) 0x40
8 idVendor 2 ID Vendor ID，厂商ID 0x090C
10 idProduct 2 ID Product ID，厂商里面的设备iD 0x8381
12 bcdDevice 2 BCD Device release number in binary-codeddecimal 0x1100
14 iManufacturer 1 Index Index of string descriptor type describing manufacturer，获取厂商的描述，Get Descripor 请求类型 0x01
15 iProduct 1 Index Index of string descriptor type describing product，获取产品的描述 0x02
16 iSerialNumber 1 Index Index of string descriptor type describing the device’s serial number，获取序列号的描述， 0x03
17 bNumConfigurations 1 Number Number of possible configurations ， 0x01

多看几种设备比如USB转串口：USB 2.0版本
在这里插入图片描述下面这个是USB1.1版本，相对比较老，
在这里插入图片描述
ST的STM32 USB大容量存储设备，USB发布版本 USB2.0。
在这里插入图片描述
闪迪U盘，USB2.1版本。
在这里插入图片描述

  • 获取配置信息，编码是02，其实会把接口描述符，和端点描述符都获取上来
    在这里插入图片描述
    在这里插入图片描述
    配置描述符，
offset Field Size value Description example
0 bLength 1 Number Size of this descriptor in bytes，字节数 0x09
1 bDescriptionType 1 Constant CONFIGURATION Descriptor Type ，配置类别type 0x02
2 wTotalLength 2 Number Total length of data returned for this configuration，配置的总长度，包含了其他描述符 0x0020
4 bNumInterfaces 1 Number Number of interfaces supported by this configuration 0x01
5 bConfigurationValue 1 Number Value to use as an argument to the SetConfiguration() request to select this configuration 0x01
6 iConfiguration 1 Index Index of string descriptor describing this configuration 0x04
7 bmAttributes 1 Bitmap Configuration characteristics 0xC0
8 bMaxPower 2 mA Maximum power consumption of the USBdevice，1 value 代表2ma， 0x32

接口描述符的说明，可以获得USB的类以及子类等信息

offset Field Size value Description example
0 bLength 1 Number Size of this descriptor in bytes，字节数 0x09
1 bDescriptionType 1 Constant INTERFACE Descriptor Type ，接口描述符类别 0x04
2 bInterfaceNumber 1 Number Number of this interface ，接口个数 0x00
3 bAlternateSetting 1 Number Value used to select this alternate setting for the interface identified in the prior field ， 0x00
4 bNumEndpoints 1 Number Number of endpoints used by this interface (excluding endpoint zero). 0x02
5 bInterfaceClass 1 Class Class code 0x08，代表大容量存储设备
6 bInterfaceSubClass 1 SubClass SubClass code ，设备子类，06代表U盘， 0x06
7 bInterfaceProtocol 1 Protocol Protocol code ，0x50代表批量传输 0x50
8 iInterface 1 Index Index of string descriptor describing this interface 0x05

端点描述符：编码05

offset Field Size value Description example
0 bLength 1 Number Size of this descriptor in bytes，字节数 0x07
1 bDescriptionType 1 Constant INTERFACE Descriptor Type ，接口描述符类别 0x05
2 bEndpointAddress 1 Number The address of the endpoint on the USB device described by this descriptor ， 0x81
3 bmAttributes 1 Number This field describes the endpoint’s attributes when it is configured using the bConfigurationValue， 00：控制传输，01 同步传输，02 批量传输，03 中断传输 0x02
4 wMaxPacketSize 2 Number Maximum packet size this endpoint 0x0040
6 bInterval 1 Number Interval for polling endpoint for data transfers. 0x00
  • 获取字符信息，编码是03，可以获取序列号，厂商以及产品描述。
  • 获取序列号
    在这里插入图片描述
  • 获取设备信息
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  • 获取厂商描述信息
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  • 获取接口描述信息
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  • 获取编码
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offset Field Size value Description example
0 bLength 1 Number Size of this descriptor in bytes，字节数 0x1A
1 bDescriptionType 1 Constant STRING Descriptor Type ，接口描述符类别 0x03
2 bString 1 Number UNICODE encoded string ， string
  • 04 是接口信息：MSC Config （大容量接口配置）
  • 03 是序列号：3A0941884250
  • 02 设备信息：Mass Storage in FS Mode
  • 01 厂商信息：STMicroelectronics（意法半导体公司）
  • 00 获取语言编码：language ID 0904

在这里插入图片描述

1.3 获取Max Lun

获取最大的逻辑单元数，可以理解为有多少个存储介质设备。返回值就1个字节，lun的个数=返回值+1。
在这里插入图片描述
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2、大容量存储设备上电过程

USB2.0 示例

可以看到是HS ，高速设备，如果是FS，则是全速设备。

  • 首先上电，根据上电可以知道是低速还是高速设备
  • 设置地址信息
  • 获取描述符
  • 设置配置信息
  • 获取最大的逻辑单元数（如果是大容量存储设备 ）
    在这里插入图片描述
  • USB协议分析来看一下
    1. 首先设置地址，0x1B=27，通过Setup和IN 设置设备信息。
      在这里插入图片描述
    2. 获取设备描述符，配置信息，VID：0781 （SanDisk） PID：55A9 ，U盘系列
      在这里插入图片描述
      在这里插入图片描述
      在这里插入图片描述
    3. 设备信息是：Dual Drive
      在这里插入图片描述
    4. 设备序列号是：0101xxxx，总共0xF2=242个字符。
      在这里插入图片描述
  • 逻辑分析仪看一下
    同上面分析
  • BusHound 分析仪一下
    a. 没有看到设备地址设置信息
    b. 获取设备描述符 ， VID=0x0781 PID=0x558a
    在这里插入图片描述
    c. 获取设备名字信息和厂商信息：Ultra 以及SanDisk。
    在这里插入图片描述
    d. 获取序列号：4C534001620603120390
    在这里插入图片描述
    e.设置config信息
    在这里插入图片描述
    f.获取最大的逻辑单元数：0
    在这里插入图片描述

    USB3.1 示例

    可以看到是USB G1.，就是USB3.1 ，

  • 设置地址
  • 获取描述符，设备类别
  • 获取描述符，配置信息
  • 获取描述符，字符串信息
  • Set ISOCH Dealy
  • Set Feature
  • 设置配置信息
  • 获取最大的逻辑单元数（如果是大容量存储设备 ）
    在这里插入图片描述
    继续总结。

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作者：ZhangYixi
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来源：一西站点
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