第九章 Mass Storage设备
9.1 Mass Storage设备介绍
USB的Mass Storage类是USB大容量储存设备类（Mass Storage Device Class）。专门用于大容量存储设备，比如U盘、移动硬盘、USB CD-ROM、读卡器等。在日常生活中经常用到。USB Mass Storage设备开发相对简单。
9.2 MSC数据类型
usbdmsc.h中已经定义好MSC设备类中使用的所有数据类型和函数。下面介绍MSC设备类使用的数据类型。
typedef enum
{
//设备加入
USBDMSC_MEDIA_PRESENT,
//设备移出
USBDMSC_MEDIA_NOTPRESENT,
//设备未知
USBDMSC_MEDIA_UNKNOWN
}
tUSBDMSCMediaStatus;
tUSBDMSCMediaStatus，定义存储设备状态。定义在usbdmsc.h。USBDMSCMediaChange()函数用手修改此状态。
typedef struct
{
//open函数指针，用户自己完成该函数编写
void *(* Open)(unsigned long ulDrive);
//Close函数指针，用户自己完成该函数编
void (* Close)(void * pvDrive);
// BlockRead函数指针，用于读取存储设备，用户自己完成该函数编
unsigned long (* BlockRead)(void * pvDrive, unsigned char *pucData,
unsigned long ulSector,
unsigned long ulNumBlocks);
// BlockWrite函数指针，用于写入存储设备，用户自己完成该函数编
unsigned long (* BlockWrite)(void * pvDrive, unsigned char *pucData,
unsigned long ulSector,
unsigned long ulNumBlocks);
// 读取当前扇区数
unsigned long (* NumBlocks)(void * pvDrive);
}
tMSCDMedia;
tMSCDMedia，存储设备底层操作驱动。用于MSC设备对存储设备操作。
typedef struct
{
unsigned long ulUSBBase;
tDeviceInfo *psDevInfo;
tConfigDescriptor *psConfDescriptor;
unsigned char ucErrorCode;
unsigned char ucSenseKey;
unsigned short usAddSenseCode;
void *pvMedia;
volatile tBoolean bConnected;
unsigned long ulFlags;
tUSBDMSCMediaStatus eMediaStatus;
unsigned long pulBuffer[DEVICE_BLOCK_SIZE>>2];
unsigned long ulBytesToTransfer;
unsigned long ulCurrentLBA;
unsigned char ucINEndpoint;
unsigned char ucINDMA;
unsigned char ucOUTEndpoint;
unsigned char ucOUTDMA;
unsigned char ucInterface;
unsigned char ucSCSIState;
}
tMSCInstance;
tMSCInstance，MSC设备类实例。定义了MSC设备类的USB基地址、设备信息、IN端点、OUT端点等信息。
typedef struct
{
unsigned short usVID;
unsigned short usPID;
unsigned char pucVendor[8];
unsigned char pucProduct[16];
unsigned char pucVersion[4];
unsigned short usMaxPowermA;
unsigned char ucPwrAttributes;
const unsigned char * const *ppStringDescriptors;
unsigned long ulNumStringDescriptors;
tMSCDMedia sMediaFunctions;
tUSBCallback pfnEventCallback;
tMSCInstance *psPrivateData;
}
tUSBDMSCDevice;
tUSBDMSCDevice，MSC设备类，定义了VID、PID、电源属性、字符串描述符等，还包括了一个MSC设备类实例。其它设备描述符、配置信息通过API函数储入tMSCInstance定义的MSC设备实例中。
9.3 API函数
在MSC设备类API库中定义了4个函数，完成USB MSC设备初始化、配置及数据处理。下面为usbdMSC.h中定义的API函数：
void *USBDMSCInit(unsigned long ulIndex,
const tUSBDMSCDevice *psMSCDevice);
void *USBDMSCCompositeInit(unsigned long ulIndex,
const tUSBDMSCDevice *psMSCDevice);
void USBDMSCTerm(void *pvInstance);
void USBDMSCMediaChange(void *pvInstance,
tUSBDMSCMediaStatus eMediaStatus);
void *USBDMSCInit(unsigned long ulIndex,
const tUSBDMSCDevice *psMSCDevice);
作用：初始化MSC设备硬件、协议，把其它配置参数填入psMSCDevice实例中。
参数：ulIndex，USB模块代码，固定值：USB_BASE0。psMSCDevice，MSC设备类。
返回：指向配置后的tUSBDMSCDevice。
void *USBDMSCCompositeInit(unsigned long ulIndex,
const tUSBDMSCDevice *psMSCDevice);
作用：初始化MSC设备协议，本函数在USBDMSCInit中已经调用。
参数：ulIndex，USB模块代码，固定值：USB_BASE0。psMSCDevice，MSC设备类。
返回：指向配置后的tUSBDMSCDevice。
void USBDMSCTerm(void *pvInstance);
作用：结束MSC设备。
参数：pvInstance，指向tUSBDMSCDevice。
返回：无。
void USBDMSCMediaChange(void *pvInstance,
tUSBDMSCMediaStatus eMediaStatus);
作用：存储设备状态改变。
参数：pvInstance，指向tUSBDMSCDevice。
返回：无。
在这些函数中USBDMSCInit函数最重要并且使用最多，USBDMSCInit第一次使用MSC设备时，用于初始化MSC设备的配置与控制。其它数据访问、控制处理由中断直接调用tMSCDMedia定义的5个底层驱动函数完成。
9.4 MSC设备开发
MSC设备开发只需要5步就能完成。如图2所示，MSC设备配置（主要是字符串描述符）、callback函数编写、存储设备底层驱动编写、USB处理器初始化、数据处理。
<ignore_js_op>
图2
下面以“USB转UART”实例说明使用USB库开发USB MSC类过程：
第一步：MSC设备配置（主要是字符串描述符），按字符串描述符标准完成串描述符配置，进而完成MSC设备配置。
#include "inc/hw_ints.h"
#include "inc/hw_memmap.h"
#include "inc/hw_gpio.h"
#include "inc/hw_types.h"
#include "inc/hw_ints.h"
#include "driverlib/sysctl.h"
#include "driverlib/gpio.h"
#include "driverlib/interrupt.h"
#include "driverlib/rom.h"
#include "driverlib/systick.h"
#include "driverlib/usb.h"
#include "driverlib/udma.h"
#include "usblib/usblib.h"
#include "usblib/usb-ids.h"
#include "usblib/device/usbdevice.h"
#include "usblib/device/usbdmsc.h"
#include "diskio.h"
#include "usbdsdcard.h"
//声明函数原型
unsigned long USBDMSCEventCallback(void *pvCBData, unsigned long ulEvent,
unsigned long ulMsgParam,
void *pvMsgData);
const tUSBDMSCDevice g_sMSCDevice;
//msc状态
volatile enum
{
MSC_DEV_DISCONNECTED,
MSC_DEV_CONNECTED,
MSC_DEV_IDLE,
MSC_DEV_READ,
MSC_DEV_WRITE,
}
g_eMSCState;
//全局标志
#define FLAG_UPDATE_STATUS 1
static unsigned long g_ulFlags;
//DMA
tDMAControlTable sDMAControlTable[64] __attribute__ ((aligned(1024)));
//****************************************************************************
// 语言描述符
//****************************************************************************
const unsigned char g_pLangDescriptor[] =
{
4,
USB_DTYPE_STRING,
USBShort(USB_LANG_EN_US)
};
//****************************************************************************
// 制造商 字符串 描述符
//****************************************************************************
const unsigned char g_pManufacturerString[] =
{
(17 + 1) * 2,
USB_DTYPE_STRING,
'T', 0, 'e', 0, 'x', 0, 'a', 0, 's', 0, ' ', 0, 'I', 0, 'n', 0, 's', 0,
't', 0, 'r', 0, 'u', 0, 'm', 0, 'e', 0, 'n', 0, 't', 0, 's', 0,
};
//****************************************************************************
//产品 字符串 描述符
//****************************************************************************
const unsigned char g_pProductString[] =
{
(19 + 1) * 2,
USB_DTYPE_STRING,
'M', 0, 'a', 0, 's', 0, 's', 0, ' ', 0, 'S', 0, 't', 0, 'o', 0, 'r', 0,
'a', 0, 'g', 0, 'e', 0, ' ', 0, 'D', 0, 'e', 0, 'v', 0, 'i', 0, 'c', 0,
'e', 0
};
//****************************************************************************
// 产品 序列号 描述符
//****************************************************************************
const unsigned char g_pSerialNumberString[] =
{
(8 + 1) * 2,
USB_DTYPE_STRING,
'1', 0, '2', 0, '3', 0, '4', 0, '5', 0, '6', 0, '7', 0, '8', 0
};
//*****************************************************************************
// 设备接口字符串描述符
//*****************************************************************************
const unsigned char g_pDataInterfaceString[] =
{
(19 + 1) * 2,
USB_DTYPE_STRING,
'B', 0, 'u', 0, 'l', 0, 'k', 0, ' ', 0, 'D', 0, 'a', 0, 't', 0,
'a', 0, ' ', 0, 'I', 0, 'n', 0, 't', 0, 'e', 0, 'r', 0, 'f', 0,
'a', 0, 'c', 0, 'e', 0
};
//*****************************************************************************
// 设备配置字符串描述符
//*****************************************************************************
const unsigned char g_pConfigString[] =
{
(23 + 1) * 2,
USB_DTYPE_STRING,
'B', 0, 'u', 0, 'l', 0, 'k', 0, ' ', 0, 'D', 0, 'a', 0, 't', 0,
'a', 0, ' ', 0, 'C', 0, 'o', 0, 'n', 0, 'f', 0, 'i', 0, 'g', 0,
'u', 0, 'r', 0, 'a', 0, 't', 0, 'i', 0, 'o', 0, 'n', 0
};
//*****************************************************************************
// 字符串描述符集合
//*****************************************************************************
const unsigned char * const g_pStringDescriptors[] =
{
g_pLangDescriptor,
g_pManufacturerString,
g_pProductString,
g_pSerialNumberString,
g_pDataInterfaceString,
g_pConfigString
};
#define NUM_STRING_DESCRIPTORS (sizeof(g_pStringDescriptors) / \
sizeof(unsigned char *))
//*****************************************************************************
//MSC实例，配置并为设备信息提供空间
//*****************************************************************************
tMSCInstance g_sMSCInstance;
//*****************************************************************************
//设备配置
//*****************************************************************************
const tUSBDMSCDevice g_sMSCDevice =
{
USB_VID_STELLARIS,
USB_PID_MSC,
"TI ",
"Mass Storage ",
"1.00",
500,
USB_CONF_ATTR_SELF_PWR,
g_pStringDescriptors,
NUM_STRING_DESCRIPTORS,
{
USBDMSCStorageOpen,
USBDMSCStorageClose,
USBDMSCStorageRead,
USBDMSCStorageWrite,
USBDMSCStorageNumBlocks
},
USBDMSCEventCallback,
&g_sMSCInstance
};
#define MSC_BUFFER_SIZE 512
第二步：完成Callback函数。Callback函数用于返回数据处理状态：
//*****************************************************************************
//callback函数
//*****************************************************************************
unsigned long USBDMSCEventCallback(void *pvCBData, unsigned long ulEvent,
unsigned long ulMsgParam, void *pvMsgData)
{
switch(ulEvent)
{
// 正在写数据到存储设备.
case USBD_MSC_EVENT_WRITING:
{
if(g_eMSCState != MSC_DEV_WRITE)
{
g_eMSCState = MSC_DEV_WRITE;
g_ulFlags |= FLAG_UPDATE_STATUS;
}
break;
}
//读取数据.
case USBD_MSC_EVENT_READING:
{
if(g_eMSCState != MSC_DEV_READ)
{
g_eMSCState = MSC_DEV_READ;
g_ulFlags |= FLAG_UPDATE_STATUS;
}
break;
}
//空闲
case USBD_MSC_EVENT_IDLE:
default:
{
break;
}
}
return(0);
}
第三步：完成接口函数编写：
#define SDCARD_PRESENT 0x00000001
#define SDCARD_IN_USE 0x00000002
struct
{
unsigned long ulFlags;
}
g_sDriveInformation;
//*****************************************************************************
// 打开存储设备
//*****************************************************************************
void * USBDMSCStorageOpen(unsigned long ulDrive)
{
unsigned char ucPower;
unsigned long ulTemp;
// 检查是否在使用.
if(g_sDriveInformation.ulFlags & SDCARD_IN_USE)
{
return(0);
}
// 初始化存储设备.
ulTemp = disk_initialize(0);
if(ulTemp == RES_OK)
{
//打开电源
ucPower = 1;
disk_ioctl(0, CTRL_POWER, &ucPower);
//设置标志.
g_sDriveInformation.ulFlags = SDCARD_PRESENT | SDCARD_IN_USE;
}
else if(ulTemp == STA_NODISK)
{
// 没有存储设备.
g_sDriveInformation.ulFlags = SDCARD_IN_USE;
}
else
{
return(0);
}
return((void *)&g_sDriveInformation);
}
//*****************************************************************************
// 关闭存储设备
//*****************************************************************************
void USBDMSCStorageClose(void * pvDrive)
{
unsigned char ucPower;
g_sDriveInformation.ulFlags = 0;
ucPower = 0;
disk_ioctl(0, CTRL_POWER, &ucPower);
}
//*****************************************************************************
// 读取扇区数据
//*****************************************************************************
unsigned long USBDMSCStorageRead(void * pvDrive,
unsigned char *pucData,
unsigned long ulSector,
unsigned long ulNumBlocks)
{
if(disk_read (0, pucData, ulSector, ulNumBlocks) == RES_OK)
{
return(ulNumBlocks * 512);
}
return(0);
}
//*****************************************************************************
// 写数据到扇区
//*****************************************************************************
unsigned long USBDMSCStorageWrite(void * pvDrive,
unsigned char *pucData,
unsigned long ulSector,
unsigned long ulNumBlocks)
{
if(disk_write(0, pucData, ulSector, ulNumBlocks) == RES_OK)
{
return(ulNumBlocks * 512);
}
return(0);
}
//*****************************************************************************
// 获取当前扇区
//*****************************************************************************
unsigned long USBDMSCStorageNumBlocks(void * pvDrive)
{
unsigned long ulSectorCount;
disk_ioctl(0, GET_SECTOR_COUNT, &ulSectorCount);
return(ulSectorCount);
}
#define USBDMSC_IDLE 0x00000000
#define USBDMSC_NOT_PRESENT 0x00000001
//*****************************************************************************
// 存储设备当前状态
//*****************************************************************************
unsigned long USBDMSCStorageStatus(void * pvDrive);
第四步：系统初始化，配置内核电压、系统主频、使能端口、等。系统初始化：
//系统初始化。
SysCtlLDOSet(SYSCTL_LDO_2_75V);
SysCtlClockSet(SYSCTL_XTAL_8MHZ | SYSCTL_SYSDIV_4 | SYSCTL_USE_PLL | SYSCTL_OSC_MAIN );
SysCtlPeripheralEnable(SYSCTL_PERIPH_GPIOF);
GPIOPinTypeGPIOOutput(GPIO_PORTF_BASE,0xf0);
GPIOPinTypeGPIOInput(GPIO_PORTF_BASE,0x0f);
HWREG(GPIO_PORTF_BASE+GPIO_O_PUR) |= 0x0f;
// ucDMA配置
SysCtlPeripheralEnable(SYSCTL_PERIPH_UDMA);
SysCtlDelay(10);
uDMAControlBaseSet(&sDMAControlTable[0]);
uDMAEnable();
g_ulFlags = 0;
g_eMSCState = MSC_DEV_IDLE;
//msc设备初始化
USBDMSCInit(0, (tUSBDMSCDevice *)&g_sMSCDevice);
//初始化存储设备
disk_initialize(0);
第五步：状态处理，其它控制。
while(1)
{
switch(g_eMSCState)
{
case MSC_DEV_READ:
{
if(g_ulFlags & FLAG_UPDATE_STATUS)
{
g_ulFlags &= ~FLAG_UPDATE_STATUS;
}
break;
}
case MSC_DEV_WRITE:
{
if(g_ulFlags & FLAG_UPDATE_STATUS)
{
g_ulFlags &= ~FLAG_UPDATE_STATUS;
}
break;
}
case MSC_DEV_IDLE:
default:
{
break;
}
}
}
使用上面五步就完成MSC设备开发。MSC设备开发时要加入两个lib库函数: usblib.lib和DriverLib.lib，在启动代码中加入USB0DeviceIntHandler中断服务函数。以上MSC设备开发完成，在Win xp下运行效果如下图所示：
<ignore_js_op>
在枚举过程中可以看出，在电脑右下脚可以看到“Mass Storage Device”字样，标示正在进行枚举，并手手动安装驱动。枚举成功后，在“设备管理器”的“通用串行总线控制器”中看到“USB Mass Storage Device”设备，如下图。现在MSC设备可以正式使用。
<ignore_js_op>
MSC设备可以在“我的电脑”中“有可移动存储的设备”找到：
<ignore_js_op>
MSC设备开发源码较多，下面只列出一部分如下：
#include "inc/hw_ints.h"
#include "inc/hw_memmap.h"
#include "inc/hw_gpio.h"
#include "inc/hw_types.h"
#include "inc/hw_ints.h"
#include "driverlib/sysctl.h"
#include "driverlib/gpio.h"
#include "driverlib/interrupt.h"
#include "driverlib/rom.h"
#include "driverlib/systick.h"
#include "driverlib/usb.h"
#include "driverlib/udma.h"
#include "usblib/usblib.h"
#include "usblib/usb-ids.h"
#include "usblib/device/usbdevice.h"
#include "usblib/device/usbdmsc.h"
#include "diskio.h"
#include "usbdsdcard.h"
//声明函数原型
unsigned long USBDMSCEventCallback(void *pvCBData, unsigned long ulEvent,
unsigned long ulMsgParam,
void *pvMsgData);
const tUSBDMSCDevice g_sMSCDevice;
//msc状态
volatile enum
{
MSC_DEV_DISCONNECTED,
MSC_DEV_CONNECTED,
MSC_DEV_IDLE,
MSC_DEV_READ,
MSC_DEV_WRITE,
}
g_eMSCState;
//全局标志
#define FLAG_UPDATE_STATUS 1
static unsigned long g_ulFlags;
//DMA
tDMAControlTable sDMAControlTable[64] __attribute__ ((aligned(1024)));
//****************************************************************************
// 语言描述符
//****************************************************************************
const unsigned char g_pLangDescriptor[] =
{
4,
USB_DTYPE_STRING,
USBShort(USB_LANG_EN_US)
};
//****************************************************************************
// 制造商 字符串 描述符
//****************************************************************************
const unsigned char g_pManufacturerString[] =
{
(17 + 1) * 2,
USB_DTYPE_STRING,
'T', 0, 'e', 0, 'x', 0, 'a', 0, 's', 0, ' ', 0, 'I', 0, 'n', 0, 's', 0,
't', 0, 'r', 0, 'u', 0, 'm', 0, 'e', 0, 'n', 0, 't', 0, 's', 0,
};
//****************************************************************************
//产品 字符串 描述符
//****************************************************************************
const unsigned char g_pProductString[] =
{
(19 + 1) * 2,
USB_DTYPE_STRING,
'M', 0, 'a', 0, 's', 0, 's', 0, ' ', 0, 'S', 0, 't', 0, 'o', 0, 'r', 0,
'a', 0, 'g', 0, 'e', 0, ' ', 0, 'D', 0, 'e', 0, 'v', 0, 'i', 0, 'c', 0,
'e', 0
};
//****************************************************************************
// 产品 序列号 描述符
//****************************************************************************
const unsigned char g_pSerialNumberString[] =
{
(8 + 1) * 2,
USB_DTYPE_STRING,
'1', 0, '2', 0, '3', 0, '4', 0, '5', 0, '6', 0, '7', 0, '8', 0
};
//*****************************************************************************
// 设备接口字符串描述符
//*****************************************************************************
const unsigned char g_pDataInterfaceString[] =
{
(19 + 1) * 2,
USB_DTYPE_STRING,
'B', 0, 'u', 0, 'l', 0, 'k', 0, ' ', 0, 'D', 0, 'a', 0, 't', 0,
'a', 0, ' ', 0, 'I', 0, 'n', 0, 't', 0, 'e', 0, 'r', 0, 'f', 0,
'a', 0, 'c', 0, 'e', 0
};
//*****************************************************************************
// 设备配置字符串描述符
//*****************************************************************************
const unsigned char g_pConfigString[] =
{
(23 + 1) * 2,
USB_DTYPE_STRING,
'B', 0, 'u', 0, 'l', 0, 'k', 0, ' ', 0, 'D', 0, 'a', 0, 't', 0,
'a', 0, ' ', 0, 'C', 0, 'o', 0, 'n', 0, 'f', 0, 'i', 0, 'g', 0,
'u', 0, 'r', 0, 'a', 0, 't', 0, 'i', 0, 'o', 0, 'n', 0
};
//*****************************************************************************
// 字符串描述符集合
//*****************************************************************************
const unsigned char * const g_pStringDescriptors[] =
{
g_pLangDescriptor,
g_pManufacturerString,
g_pProductString,
g_pSerialNumberString,
g_pDataInterfaceString,
g_pConfigString
};
#define NUM_STRING_DESCRIPTORS (sizeof(g_pStringDescriptors) / \
sizeof(unsigned char *))
//*****************************************************************************
//MSC实例，配置并为设备信息提供空间
//*****************************************************************************
tMSCInstance g_sMSCInstance;
//*****************************************************************************
//设备配置
//*****************************************************************************
const tUSBDMSCDevice g_sMSCDevice =
{
USB_VID_STELLARIS,
USB_PID_MSC,
"TI ",
"Mass Storage ",
"1.00",
500,
USB_CONF_ATTR_SELF_PWR,
g_pStringDescriptors,
NUM_STRING_DESCRIPTORS,
{
USBDMSCStorageOpen,
USBDMSCStorageClose,
USBDMSCStorageRead,
USBDMSCStorageWrite,
USBDMSCStorageNumBlocks
},
USBDMSCEventCallback,
&g_sMSCInstance
};
#define MSC_BUFFER_SIZE 512
//*****************************************************************************
//callback函数
//*****************************************************************************
unsigned long USBDMSCEventCallback(void *pvCBData, unsigned long ulEvent,
unsigned long ulMsgParam, void *pvMsgData)
{
switch(ulEvent)
{
// 正在写数据到存储设备.
case USBD_MSC_EVENT_WRITING:
{
if(g_eMSCState != MSC_DEV_WRITE)
{
g_eMSCState = MSC_DEV_WRITE;
g_ulFlags |= FLAG_UPDATE_STATUS;
}
break;
}
//读取数据.
case USBD_MSC_EVENT_READING:
{
if(g_eMSCState != MSC_DEV_READ)
{
g_eMSCState = MSC_DEV_READ;
g_ulFlags |= FLAG_UPDATE_STATUS;
}
break;
}
//空闲
case USBD_MSC_EVENT_IDLE:
default:
{
break;
}
}
return(0);
}
//*****************************************************************************
//主函数
//*****************************************************************************
int main(void)
{
//系统初始化。
SysCtlLDOSet(SYSCTL_LDO_2_75V);
SysCtlClockSet(SYSCTL_XTAL_8MHZ | SYSCTL_SYSDIV_4 | SYSCTL_USE_PLL | SYSCTL_OSC_MAIN );
SysCtlPeripheralEnable(SYSCTL_PERIPH_GPIOF);
GPIOPinTypeGPIOOutput(GPIO_PORTF_BASE,0xf0);
GPIOPinTypeGPIOInput(GPIO_PORTF_BASE,0x0f);
HWREG(GPIO_PORTF_BASE+GPIO_O_PUR) |= 0x0f;
// ucDMA配置
SysCtlPeripheralEnable(SYSCTL_PERIPH_UDMA);
SysCtlDelay(10);
uDMAControlBaseSet(&sDMAControlTable[0]);
uDMAEnable();
g_ulFlags = 0;
g_eMSCState = MSC_DEV_IDLE;
//msc设备初始化
USBDMSCInit(0, (tUSBDMSCDevice *)&g_sMSCDevice);
//初始化存储设备
disk_initialize(0);
while(1)
{
switch(g_eMSCState)
{
case MSC_DEV_READ:
{
if(g_ulFlags & FLAG_UPDATE_STATUS)
{
g_ulFlags &= ~FLAG_UPDATE_STATUS;
}
break;
}
case MSC_DEV_WRITE:
{
if(g_ulFlags & FLAG_UPDATE_STATUS)
{
g_ulFlags &= ~FLAG_UPDATE_STATUS;
}
break;
}
case MSC_DEV_IDLE:
default:
{
break;
}
}
}
}
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