USB协议学习（三）大容量存储设备SCSI协议分析

news2024/9/27 15:24:23

笔者来简单介绍一下SCSI得协议命令

1、SCSI协议认识

  • SCSI：Small Computer System Interface，用于计算机外部设备得接口标准，定义了与外部设备得一套协议。
  • SCSI标准协议族支持很多钟SCSI设备，像盘，打印机，扫描仪等等）。这个标准定义了一个支持所有SCSI设备得设备模型。其他SCS命令标准扩展了通用得SCSI设备模型，以满足适配特定得SCIS设备。
  • SCSI用CDB来描述命令协议，CDB：command description block，主要有6字节、10字节、12字节、16字节命令协议。通常第一个字节用于描述命令码、操作码。
  • lun：logci unit number，逻辑单元号，指逻辑设备ID，通过该ID可以寻找SCSI下面挂载的设备。

2、SCSI协议命令

首先介绍一下CDB命令格式以及参数得意义，然后介绍各自SCSI命令。

2.1 、CDB命令格式

比如6字节命令。

  • OPERATION CODE：操作码
  • LOGICAL BLOCK ADDRESS：逻辑块地址，以块为单位的地址，例如块大小为4K，那么1的地址就是0x1000，2就是0x2000，
  • TRANSFER LENGTH / PARAMETER LIST LENGTH/ ALLOCATION LENGTH：传输长度/参数长度/分配长度，传输的长度也是以块为单位的，块的大小，总共地址的大小，可以通过read Capcacity来读取回来。
  • CONTROL：控制type，所有的命令都有。
    在这里插入图片描述
    可以看到6字节 的块地址只占2个Byte，length 只占1个Byte，所以其寻址的范围是有限的。
    例如：Block_Size = 0x1000
  • Block_addr_end = 0x10000 * 0x1000 = 256M B。
  • 一次读的数据长度也有限制， 0x100*0x1000 =1MB。
    对于大容量存储的设备来说，明显不够，所以后面由推出了10Byte、12Byte、16Byte、32Byte的命令格式。
    在这里插入图片描述
    在这里插入图片描述
    由上图来看，明显是增加了logic block address 的位数以及length的位数，可以访问的地址范围更大，
  • address：4Byte，end = 16TB，还是以Block Size=4K来算。
  • length：4Byte，

2.2 、CDB具体命令

2.2.1 Test_Unit_Ready

用来询问设备是否处于ready状态，是否可以正常接收媒介数据访问命令并正确处理。

  • 注意其不是一个请求自我测试的命令
  • 可以通过start unit命令让其处于ready状态。
  • 如果处于不可操作的状态，则会返回NOT Ready的sense key。
    在这里插入图片描述
    命令直接填个00就可以，比较简单。
    在这里插入图片描述
    如果是ready状态，device不回复SCSI的数据。从下面代码中可以看到，如果是异常会，返回NOT_Ready的Sense key。
static int8_t SCSI_TestUnitReady(uint8_t lun, uint8_t *params)
{
  
  /* case 9 : Hi > D0 */
  if (MSC_BOT_cbw.dDataLength != 0)
  {
    SCSI_SenseCode(MSC_BOT_cbw.bLUN, 
                   ILLEGAL_REQUEST, 
                   INVALID_CDB);
    return -1;
  }  
  
  if(USBD_STORAGE_fops->IsReady(lun) !=0 )
  {
    SCSI_SenseCode(lun,
                   NOT_READY, 
                   MEDIUM_NOT_PRESENT);
    return -1;
  } 
  MSC_BOT_DataLen = 0;
  re
2.2.2 Inquiry

在这里插入图片描述

  • Length：可以填35，获取标准的厂商设备信息查询
  • 其他字段都可以填0
    响应格式：
  • Device Type：存储设备类型
  • length：返回的数据长度
  • verdor : 厂商信息
  • product:产品信息
  • product version:版本信息
    在这里插入图片描述
    在这里插入图片描述
    一般标志的设备信息，都默认36字节，如果多个设备，通过lun去偏移。

//USB Mass storage 标准查询数据(每个lun占36字节)
const int8_t  STORAGE_Inquirydata[] = { 
  
	/* LUN 0 */ 
	0x00,		
	0x80,		
	0x02,		
	0x02,
	(USBD_STD_INQUIRY_LENGTH - 4),
	0x00,
	0x00,	
	0x00,
    /* Vendor Identification */
    'A', 'L', 'I', 'E', 'N', 'T', 'E', 'K', ' ',//9字节
    /* Product Identification */
    'S', 'P', 'I', ' ', 'F', 'l', 'a', 's', 'h',//15字节
    ' ','D', 'i', 's', 'k', ' ',
    /* Product Revision Level */	
    '1', '.', '0', ' ',							//4字节		
	
	/* LUN 1 */
	0x00,
	0x80,		
	0x02,		
	0x02,
	(USBD_STD_INQUIRY_LENGTH - 4),
	0x00,
	0x00,	
	0x00,
	/* Vendor Identification */
	'A', 'L', 'I', 'E', 'N', 'T', 'E', 'K',' ',	//9字节
	/* Product Identification */				
    'N', 'A', 'N', 'D', ' ', 'F', 'l', 'a', 's', 'h',//15字节
	' ','D', 'i', 's', 'k', 
    /* Product Revision Level */
	'1', '.', '0' ,' ',                      	//4字节
	
	/* LUN 2 */
	0x00,
	0x80,		
	0x02,		
	0x02,
	(USBD_STD_INQUIRY_LENGTH - 4),
	0x00,
	0x00,	
	0x00,
	/* Vendor Identification */
	'A', 'L', 'I', 'E', 'N', 'T', 'E', 'K',' ',	//9字节
	/* Product Identification */				
	'S', 'D', ' ', 'F', 'l', 'a', 's', 'h', ' ',//15字节
	'D', 'i', 's', 'k', ' ', ' ',  
    /* Product Revision Level */
	'1', '.', '0' ,' ',                      	//4字节
}; 

static int8_t  SCSI_Inquiry(uint8_t lun, uint8_t *params)
{
  uint8_t* pPage;
  uint16_t len;
  
  if (params[1] & 0x01)/*Evpd is set*/
  {
    pPage = (uint8_t *)MSC_Page00_Inquiry_Data;
    len = LENGTH_INQUIRY_PAGE00;
  }
  else
  {
    
    pPage = (uint8_t *)STORAGE_Inquirydata[lun * USBD_STD_INQUIRY_LENGTH];
    len = pPage[4] + 5;
    
    if (params[4] <= len)
    {
      len = params[4];
    }
  }
  MSC_BOT_DataLen = len;
  
  while (len) 
  {
    len--;
    MSC_BOT_Data[len] = pPage[len];
  }
  r
2.2.3 Read

read10命令
主要关注的 address、length，其他填0，可以读device中的数据。
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

2.2.4 Write

write10命令。
主要关注的 address、length，其他填0，可以向device写数据。
在这里插入图片描述

2.2.5 ReadCapacity

read10 命令：获取device设备的容量以及块大小。
PMI以及 LBA均填0则行。
在这里插入图片描述
响应值：
returned logical block address：返回的最大的逻辑块的地址
在这里插入图片描述
在这里插入图片描述
由下面代码可以看出，返回的就是逻辑块的size和逻辑块的最大地址。

int8_t STORAGE_GetCapacity (uint8_t lun, uint32_t *block_num, uint32_t *block_size)
{     
	switch(lun)
	{
		case 0://SPI FLASH
			*block_size=512;  
			*block_num=1024*1024*25/512;	//SPI FLASH的前面25M字节,文件系统用
			break;
		case 1://NAND FLASH
			*block_size=512;  
			*block_num=nand_dev.valid_blocknum*nand_dev.block_pagenum*nand_dev.page_mainsize/512;
  			break;
		case 2://SD卡
			*block_size=512;  
			*block_num=SDCardInfo.CardCapacity/512; 
			break; 
	}  	
	return 0; 
} 
static int8_t SCSI_ReadCapacity10(uint8_t lun, uint8_t *params)
{
  
  if(USBD_STORAGE_fops->GetCapacity(lun, &SCSI_blk_nbr[lun], &SCSI_blk_size) != 0)
  {
    SCSI_SenseCode(lun,
                   NOT_READY, 
                   MEDIUM_NOT_PRESENT);
    return -1;
  } 
  else
  {
    
    MSC_BOT_Data[0] = (uint8_t)((SCSI_blk_nbr[lun] - 1) >> 24);
    MSC_BOT_Data[1] = (uint8_t)((SCSI_blk_nbr[lun] - 1) >> 16);
    MSC_BOT_Data[2] = (uint8_t)((SCSI_blk_nbr[lun] - 1) >>  8);
    MSC_BOT_Data[3] = (uint8_t)(SCSI_blk_nbr[lun] - 1);
    
    MSC_BOT_Data[4] = (uint8_t)(SCSI_blk_size >>  24);
    MSC_BOT_Data[5] = (uint8_t)(SCSI_blk_size >>  16);
    MSC_BOT_Data[6] = (uint8_t)(SCSI_blk_size >>  8);
    MSC_BOT_Data[7] = (uint8_t)(SCSI_blk_size);
    
    MSC_BOT_DataLen = 8;
    return 0;
  }
}
2.2.6 Request SenseCode

用来请求sense data，sense data则是记录通信过程中的错误信息。
DESC Bit：用来决定返回的响应值是哪种格式。
在这里插入图片描述
主要关注三个值即可。
SENSE KEY
ADDITIONAL SENSE CODE
ADDITIONAL SENSE CODE QUALIFIER
可以依次理解为：主错误码、子错误码和子子错误码的意思。
如果DESC置1，则是下面这张响应格式
在这里插入图片描述
如果是0，则是固定的格式
在这里插入图片描述

3、SCSI协议命令测试

3.1 Test_Unit_Ready

主机询问是否TestReady，从机什么都不回复就正常，如果有异常，csw 会返回failed，从而通过sense key返回错误状态。
在这里插入图片描述
如果data length不等于0，则会返回无效请求的错误信息。
在这里插入图片描述
此时csw 会返回failed的status=1，然后就会通过sense data来知道是什么错误信息。
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
sense key = 0x5，无效的请求
ASC= 0x20，无效的CDB命令。
正常Test unit ready命令，data len = 0，但是上面的cbw data transfer length =8，就会引发device回复错误，看上面代码。

3.2 ReadCapacity

在这里插入图片描述
最大的地址=0xC800，50K个块数据
块size = 0x200,512Byte

3.3 Write

地址=0x010000 ，长度为512。
在这里插入图片描述

3.4 Read

块size = 0x200，所以read的len=0x1，则data length 需要设置512，否则就会报错。
然后通过write写进去的数据，可以通过read读出来。
在这里插入图片描述

3.5 Inquiry Data

需要设置读取的数据长度是多少，返回的数据就是多少，如果是0，肯呢个会出现异常。
在这里插入图片描述

4、BusHound 抓包说明

1、勾选Devices，就可以抓对应设备的USB协议包
在这里插入图片描述
2、选择Setting

  • 可以选择需要抓的包的类型，比如SCSI Command，USB control transfer命令，
  • 也可以修改左上角的抓包限制，改最大，避免抓包的长度太小，没有记录到需要的数据。
  • 左下角可以选择触发暂停，比如下图中出现无效的命令时暂停，
    在这里插入图片描述
    3、选择Capature，点击start，就可以看到抓包的数据。
    在这里插入图片描述
    4、点击Devices，双击设备，可以出现Bus Commander，可以用来发送USB命令或者SCSI命令，方便调试协议。
    在这里插入图片描述

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