第 2 章 USB Mass Storage大容量存储的基本知识

摘要

【todo】待整理:Linux USB MASS Storage driver流程图

USB Mass Storage所对应的层次和要实现哪些东西:

图 2.1. USB Mass Storage Framework

USB Mass Storage Framework


PC电脑和U盘之间的关系,以及物理上的组成,可以用下图表示:

图 2.2. PC和U盘

PC和U盘


更深入的剖析,对于普通U盘的内部结构,则是一个USB物理接口,加上对应的控制芯片(微控制器(含Nand Flash的控制器)+ USB设备控制器)和一个Nand Flash芯片:

图 2.3. PC和U盘的芯片内部结构

PC和U盘的芯片内部结构


上述PC电脑和U盘的物理关系,以群联的PS2251-50 USB 2.0 Flash Controller为例,对应的逻辑关系为:

图 2.4. PC和U盘的内部逻辑框图

PC和U盘的内部逻辑框图


关于U盘容量,再多解释一句:

一般U盘的大小,就是对应着这个Nand Flash芯片的容量,比如2GB,4GB,8GB等。

当然,比如一个8GB的U盘,内部也可以用两块4GB的Nand Flash芯片来构成。

PC和U盘的之间的抽象的逻辑关系,可用下图来表示:

图 2.5. PC和USB MSC设备

PC和USB MSC设备


上图中,Storage Media,就是我们例子中的Nand Flash芯片。

而例子中的那个控制芯片,是Microcontroller with embedded USB device controller 和Media Controller的集合。

而上图中的USB MSC(Mass Storage Class) Device,从应用领域来说,可以分为以下几类:

图 2.6. USB MSC的分类

USB MSC的分类


而像上述例子中那样的常用的U盘,属于上图中的Flash Drive,即,物理上存储数据的介质用的是Flash Memory,比如例子中的Nand Flash芯片,对应的,Media Controller,也就是Nand Flash的Controller,负责从Nand Flash芯片中读写数据。

USB MSC设备中的固件(firmware)或者硬件(hardware),必须要实现下面这些功能:

  1. 检测和响应通用的USB Request和USB总线上的事件。
  2. 检测和响应来自USB设备的关于信息或者动作的USB Mass Storage Request。
  3. 检测和响应,从USB Transfer中获得的SCSI Command。这些业界标准的命令,是用来获得状态信息,控制设备操作,向存储介质块中读取(read block)和写入(write block)数据的。

另外,设备如果想要向存储介质中,创建/读取/写入,文件/文件夹的话,那么就涉及到文件系统,还要实现对应的文件系统。嵌入式系统中常见的文件系统有FAT16或FAT32。