[单片机芯片] CH5XX实现U盘控制器应用实例

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 楼主 | 2019-9-27 15:27 | 显示全部楼层 |阅读模式
本帖最后由 WCHTech2 于 2019-9-27 15:35 编辑

一、摘要
    根据Mass Storage Class(大容量/海量存储器,以下简称MSC)协议,使用CH558、CH559和CH563分别实现模拟全速和高速U盘的功能,外部存储介质和U盘容量支持自由调整,用以解决数据转存或者定制U盘等功能。关键在于CH5XX USB设备控制器操作、Bulk-Only传输协议、SCSI命令支持和存储介质读写这几个部分。
二、总体概述
模拟U盘关键功能部件包括以下几点:
(1)、USB Mass Storage Framework
1.png
(2)、以U盘为例,下图是PC和U盘的内部抽象逻辑框图
图片2.png

CH558、CH559和CH563内置USB设备控制器和PHY,对于实现U盘控制器的应用,只需要配置USB设备模式和读写外部存储介质。

(3)、USB MSC CBI/BBB TransportUSB MSC Control/Bulk/Interrupt Transport 只能用于Full-speed的软盘(Floppy drive),这里不赘述,有兴趣可以自己百度。Bulk-only传输类控制、批量都是通过批量端点,即用Bulk端点来传送命令块,数据,状态,因此才类似于Control/Bulk/Interrupt被简称为CBI一样,而Bulk/Bulk/Bulk被简称为BBB。

图片3.png

(4)、USB MSC Protocol relation
图片4.png
    传输通讯:Host和Device之间的数据通讯根据存储介质(Floppy或Flash)分别使用UFI和SCSI协议,更深入的设备特性配置参考More Feature。
(5)、U盘配置描述符Class,Subclass和Protocol对应关系对应的,了解USB的都知道,每个设备的描述符中,都有对应下面这几个域:bInterfaceClass 、 bInterfaceSubClass 、 bInterfaceProtocol分别对应着USB的Class,Subclass,Protocol。而对于我们此处的U盘:bInterfaceClass=0x08=Mass Storage,Class就是USB Mass Storage Class,bInterfaceSubClass=0x06=SCSI Transparent,Subclass,所支持的列表如下:
SubClass Codes Mapped to Command Block Specifications
图片5.png
bInterfaceProtocol=0x50=Bulk Only Transport,Protocol,所支持的列表如下:Mass Storage Transport Protocol 图片6.png

(6)、MSC使用的SCSI命令集0x00        TestUnitReady               0x03        RequestSense
0x12        Inquiry                     0x1A        ModeSense6
0x1B        StartStop                   0x1E        MediumRemoval
0x23        ReadFormatCapacity          0x25        ReadCapacity
0x28        Read(10)                    0x2A        Write(10)
0x2F        Verify                      0x5A        ModeSense10SCSI命令使用各位可以阅读代码,或者去USB-IF搜索SCSI协议,实际上U盘所使用的所有SCSI命令集都可以参考UFI文档,它比SCSI标准文档更简洁明了。
(7)、Bulk-Only传输协议详细的规范请阅读《Universal Serial BusMass Storage ClassBulk-Only Transport》)设备插入到USB 后,USB 即对设备进行搜索,并要求设备提供相应的描述符。在USBHost 得到上述描述符后,即完成了设备的配置,识别出为Bulk-Only 的Mass Storage 设备,
然后即进入Bulk-Only 传输方式。在此方式下,USB 与设备间的所有数据均通过Bulk-In和Bulk-Out 来进行传输,不再通过控制端点传输任何数据。在这种传输方式下,有三种类型的数据在USB 和设备之间传送,CBW、CSW 和普通数据。CBW(Command Block Wrapper,即命令块包)是从USB Host 发送到设备的命令,命令格式遵从接口中的bInterfaceSubClass 所指定的命令块,这里为SCSI 传输命令集。USB设备需要将SCSI 命令从CBW 中提取出来,执行相应的命令,完成以后,向Host 发出反映 当前命令执行状态的CSW(Command Status Wrapper),Host 根据CSW 来决定是否继续发 送下一个CBW 或是数据。Host 要求USB 设备执行的命令可能为发送数据,则此时需要将 特定数据传送出去,完毕后发出CSW,以使Host 进行下一步的操作。USB 设备所执行的操作可用下图描述
图片7.png
CBW和CSW命令包格式在程序里面有或者参看Bulk-Only协议。
三、硬件设计        CH558、CH559模拟U盘使用的SPI接口的串行Flash,硬件如下图:
图片8.png
CH558,CH559是增强型51内核的全速(12Mbps)USB单片机,内置晶振,芯片外围也足够简洁。CH563是32位高速USB MCU,内置网络PHY和协议栈。芯片资源如下图:
图片9.png

图片10.png

四、软件设计软件主要包括以下方面:
(1)、USB设备模式初始化
程序1.png
(2)、存储芯片接口初始化
程序2.png
(3)Bulk_Only传输CBW包:
程序3.png
CSW包:
程序4.png
五、可拓展功能
(1)、其他存储介质:除了以上提到的SPI接口的串行Flash,也可以替换成EEPROM或者Nand falsh等非掉电易失存储介质。
(2)、数据来源可以随意指定,比如串口数据流,并口数据流,甚至其他温湿度传感器设备等。(3)、CH559+SPI串行Flash模拟U盘测试参数
测试系统,功能
复制
粘贴
创建
格式化
XP
WIN7
WIN10
安卓

六、应用场合应用的典型场合,比如:
(1)、代替光盘为客户提供说明书,可以将说明资料直接放到板子的存储介质内。
(2)、U盘数据监控、截取和加密。
(3)、采集数据数据暂存,方便拷贝到主机。
(4)、定制U盘等。
CH558CH559模拟U盘的源码(C语言): CH559&8模拟U盘.rar (48.04 KB, 下载次数: 2)

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| 2019-10-4 14:29 | 显示全部楼层
我i的项目需要读写U盘,有两个方案可供选择:带USB HOST的ARM芯片如STM32F105;外挂沁恒的51内核单片机。

还是一个成本问题,若沁恒的这种芯片价格能低于2元,还是可以选择的。
多一个国产MCU的另外一个好处是增加破解者的成本。

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| 2019-10-8 07:33 | 显示全部楼层
学习

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 楼主 | 2019-10-8 13:17 | 显示全部楼层
dsyq 发表于 2019-10-4 14:29
我i的项目需要读写U盘,有两个方案可供选择:带USB HOST的ARM芯片如STM32F105;外挂沁恒的51内核单片机。

...

CH559 CH548 CH549都可读写U盘,价格可以联系025-52638389 张**。

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