【转】USB Mass Storage学习笔记

只看该作者 · 2015-2-25 16:02

在对FLASH或SD卡的读写操作中，该函数需要三个入口参数，第一个是逻辑单元号，用来告诉CPU主机是对哪个磁盘操作（假设有多个磁盘）；第二个是逻辑块地址，这里是指第几个扇区，而存储器的地址为字节地址，所以这个地址需要转换；第三个为数据长度，可以是多少个扇区，也可以是多少个字节，这个可以在CBW包中获得。

当数据发送完后，BOT的状态值置为4，进入到状态阶段。

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五、 FLASH读写

USB对FLASH的操用是任意的，以扇区为单位，由于不是按连续地址写数据，所以FLASH的写函数中要有擦写管理。这里我是直接移植圈圈的FLASH读写函数，所以这里引用他的说明：

只看该作者 · 2015-2-25 16:03

由于NAND FLASH擦除时，只能按按块擦除，因此在写扇区时，首先要擦除一个块。在擦除块前，必须将块内其他数据复制出来，由于一个块比较大（128KB），无法在MCU内开辟如此大的缓冲区。只好借助该NAND FLASH内的页复制命令，将原来的块暂时复制到一个交换用的交换块中。但是如果仅用一个块作为交换的话，它就会被频繁擦写，因而寿命会大大降低。所以在该系统中，保留了10个块用来作为交换区，轮流使用。

只看该作者 · 2015-2-25 16:03

另外对扇区的连续写进行了优化，当连续写扇区时，就不必每次重复上面的操作，只有当地址跨块时，才需要重新擦除。连续写扇区的实现原理如下：当检测到扇区地址跨块时，就把原来的整块数据复制到交换块中，然后将该块内当前所写地址的前面部分页面复制到原来的块中，接着就从交换块中取出当前扇区地址所在页（使用页复制-随机写入命令），再把一个扇区的数据写入，并接着写入其他扇区，当扇区地址跨页时，就把该页写入到原来的块中，直到扇区被写完（当然如果写的过程中跨块了，还需要重复前面的块擦除以及复制过程）。

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接着把交换块中剩余的页再复制回原来的块中，这样一个连续写过程就完成了。

只看该作者 · 2015-2-25 16:04

因为NAND FLASH在生产和使用过程中，会产生坏块，所以必须增加坏块管理。在该系统中，保留了50个块用做坏块管理。当上述的擦、写过程中，如果发现坏块，那么就把该块的地址重新影射到一个保留的块中。以后每次对该坏块地址操作时，都被重新定位到新的块地址。

只看该作者 · 2015-2-25 16:05

使用一个二维数组来保存该影射关系。二维数组的前半部分为坏块地址，后半部分为重新影射过后的块地址。每当发现坏块时，就需要重建这张表（主要是增加新的影射并排序，方便地址重新影射的二分查表法），并将其三份一样的写入到专门为此而保留的三个块中。之所以使用三个备份保存，是考虑到这些数据的重要性，因为一旦这个影射关系被破坏，后果将会是灾难性的。在保存这个表格时，做了特殊处理，首先标志他们准备擦除，然后才依次擦除并写入数据，这样即使在操作过程中突然断电，也至少有两个块的备份数据是可以用的，在系统开机初始化时，可以将这些数据恢复。

只看该作者 · 2015-2-25 16:06

数据使用了特殊标志（0x0055AAFF）以及累加和校验来判断是否有效。对于新出厂的FALSH，在加载坏块表时，就会校验失败，程序就会假设没有坏块并初始化该数组后保存。每个备用块还由另外一个数组用来标志其状态（未用、已损坏、已用等）。当需要使用新的备用块时，就从该数组中查找未用的，并标志为已用。如果备用块本身是坏的，那么就标志它已损坏。该数组与坏块重影射表一并保存。此外还保存了当前坏块的数量。

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数据使用了特殊标志（0x0055AAFF）以及累加和校验来判断是否有效。对于新出厂的FALSH，在加载坏块表时，就会校验失败，程序就会假设没有坏块并初始化该数组后保存。每个备用块还由另外一个数组用来标志其状态（未用、已损坏、已用等）。当需要使用新的备用块时，就从该数组中查找未用的，并标志为已用。如果备用块本身是坏的，那么就标志它已损坏。该数组与坏块重影射表一并保存。此外还保存了当前坏块的数量。

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地址的重新影射过程：当对一个地址进行读写操作时，首先要对其进行重影射。首先判断是否有坏块，当坏块数量为0时，就直接返回原来的地址即可。当坏块数量不为0时，先判断最后一次访问和本次访问的地址是否属于同一页，如果属于，那么就直接影射到上一次影射过的块地址。

只看该作者 · 2015-2-25 16:08

如果不属于，那么就需要去查坏块影射表了。如果只有一个坏块，只要直接比较即可，不用查表。如果坏块数量大于2，那么就需要查表。由于表中地址是按从小到大的顺序排列的，所以可以先和第一个和最后一个判断，如果不在该范围内，那么也不用重新影射，返回原来的地址即可。如果在该范围内，就使用二分查表法查表，搜索它是否在坏块表中。如果是的话，就重新影射地址，并将这个地址保存，以备下一次重影射时地址未跨块直接使用。最大支持50个坏块，在最坏的情况下，该二分查表法需要判断6次。

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如果不属于，那么就需要去查坏块影射表了。如果只有一个坏块，只要直接比较即可，不用查表。如果坏块数量大于2，那么就需要查表。由于表中地址是按从小到大的顺序排列的，所以可以先和第一个和最后一个判断，如果不在该范围内，那么也不用重新影射，返回原来的地址即可。如果在该范围内，就使用二分查表法查表，搜索它是否在坏块表中。如果是的话，就重新影射地址，并将这个地址保存，以备下一次重影射时地址未跨块直接使用。最大支持50个坏块，在最坏的情况下，该二分查表法需要判断6次。

只看该作者 · 2015-2-25 16:09

六、       USB文件说明
1、USB固件库文件
usb_conf.h    USB库文件配制;
usb_type.h    USB库文件类型声明，使USB库文件具有独立性;
usb_def.h    USB库文件公用的宏定义;
usb_regs.h    USB控制器寄存器描述;
usb_regs.c    USB控制器寄存器底层操作函数;
usb_init.c USB控制器初始化;
usb_int.c    USB高优先级中断和低优先级中断处理函数，在本例中没有用到高优先级中级，所以去掉了;
usb_mem.c    这个函数用于将USB端点的数据传送给主机和主机的数据传送到USB端点;
usb_croe.c USB2.0协议处理;

               以上文件具有很强的独立性，除特殊情况，不需要用户修改，直接调用内部的函数即可.

只看该作者 · 2015-2-25 16:09

2、USB Mass Storage Bulk Only实现

         以下文件也是出自STM32官方，但要根据实际的应用作修改.

         usb_pwr.c       USB控制器的电源管理函数;
usb_istr.c       USB低优先级中断入;
usb_endp.c       非控制端点处理（大容量数据存储输入和输出函数）;
usb_prop.c       Mass Storage相关属性：mass初始化、复位等等;
usb_bot.c       BOT状态机，CBW解析和调用SCSI处理（批量数据输入输出的状态转换通过BOT状态机实现）,
                           这个程序负责接收主机的CBW包，并解析，调用SCSI命令处理函数，返回CSW;
usb_scsi.c       SCSI命令处理;
usb_desc.c       USB描述符;

只看该作者 · 2015-2-25 16:10

七、结语

第一次用32位的ARM单片机，第一次玩USB，能够花两个多星期的时间实现这个U盘，心情还是蛮激动的，当然我参考了很多网友的和官方的代码；在英蓓特的STM32开发板中就有MASS STORAGE的例程，是对SD进行读写，对NAND不能操作，每次在PC端点NAND磁盘时，都提示要格式化磁盘，但总是格式化不成功。后来发现在写NAND的程序中，没有擦写管理，导致数据每次写入都失败，后来我移植了圈圈的NAND擦写管理函数，换了大页的NAND FLASH，终于调试成功。