绪 论
1.1 课题研究意义及目前国内外研究现状
1.1.1 课题研究意义
随着信息时代的到来，计算机已经全面进入了人们的生活和工作中，人们不可避免的遇到需要将各种信息和资料进行存储和移动。移动存储介质已经成为人们日常生活工作中必不可少的信息传输工具，其中以 U 盘等移动存储设备最为常见。U 盘采用闪存存储介质（Flash Memory）和通用串行总线（USB）接口来存储数据文件和交换文件。从 1994 年 11 月 USB 协议规范的第一个草案 USB0.7 发布以来，USB 迅速发展，先后主要经历了 USB1.0、USB1.1，发展到今天被广泛使用的 USB2.0，传输速率也从最初的 1.5Mbps 发展到现在的 480Mbps[1]。
U 盘存储容量越来越大，存储速度也越来越快，达到了软盘的 20 多倍，且其工作时无需物理驱动器及外接电源，可热插拔，体积小，携带使用方便。在 Windows Me/2000/XP，Mac OS 9.x/Mac OSX/Linux2.4x 等操作系统中均已预设了 U 盘驱动。U 盘由主控板、FLASH 和外壳组成。Flash 存储芯片是基于半导体的存储器，优点是功耗低、容量大、访问速度快、无机械故障、数据非易失性，且无需特殊的高电压就可以实现系统的擦除与重复编程，是可以替代 EEPROM 存储介质和小型硬盘的新型存储器。
其读写速度比 EEPROM 快，在相同容量时成本比 EEPROM 低，因此，现在 Flash芯片已经成为移动存储器的主要存储介质。目前，随着集成电路制造工艺的提高，Flash存储芯片的容量也呈指数增长[2]。当主控板焊接上空白 FLASH 后插入电脑，如果没有相应的数据，即电脑只能智能识别到主控板，而无法识别到 FLASH，此时电脑显示出U 盘盘符，但是双击盘符却显示没有插入 U 盘，像是插入了一个空白的读卡器。事实上这个时候的 U 盘几乎就是读卡器。想要让电脑识别出空白 FLASH 存储芯片，就要向FLASH 内写入对应的数据，包括 U 盘的容量大小，采用的芯片（根据芯片的不同，数据保留的方式也不同），坏块地址（和硬盘一样，FLASH 也有坏块，需要进行屏蔽）等等，有了这些数据，电脑就能正确的识别出 U 盘了，而其向 FLASH 写入数据的过程就需要相应的量产工具来实现。量产工具（Mass Production Tool）是可以进行大量生产的工具软件。
U 盘量产简单的说就是批量的生产 U 盘。U 盘量产工具（USB DISK RRODUCTION TOOL，简称PDT）是 U 盘主控芯片厂商提供的能够批量化的对 U 盘进行格式化的工具软件，其功能根据不同的需要各有其特点。U 盘量产工具可以使电脑能够正确的识别 U 盘，并使 U盘具有某些特殊功能，可以批量的对 U 盘主控芯片改写数据，例如，修改生产厂商信息，对 U 盘进行格式化等。其在病毒防范，设备管理等方面都很有优势。U 盘量产的一般步骤如下[3]:（1）利用 ChipGenius 软件（USB 设备芯片型号查询工具）获得 U 盘主控芯片的信息，主要是芯片的制造商及芯片型号等信息；（2）根据芯片信息找到相应的量产软件，不同的芯片制造商和不同的芯片型号一般会有不同的量产软件，一般在网上就可以下载到；（3）设置量产模式和各种参数，不同量产模式代表了量产后不同的设备种类，当量产为软驱或光驱时，需指定需要装载的镜像文件；（4）开始量产，在此期间会格式化 U 盘，且需要重新插拔 U 盘。U 盘量产工具最常用的 3 个功能为[6]：（1）将 U 盘制作成启动盘U 盘作为一个单独的移动存储设备不能进行系统引导工作，但是我们可以利用量产工具将 U 盘模拟成 USB-HDD、USB-ZIP、USB-CDROM 等不同类型的引导设备，以进行系统引导工作，这就是所谓的将 U 盘制作成启动盘。（2）U 盘修复功能这里的修复功能指的不是 U 盘的数据恢复操作，而是指底层硬件信息的恢复。
当 U盘底层硬件信息因为各种原因意外受损而使电脑无法识别时，可通过量产工具重新写入相关数据，使设备能够重新被电脑正确地识别和读取；量产软件也可对出现逻辑错误而不能正常使用的 U 盘进行低格操作，修复磁盘的逻辑组织结构，延长其使用寿命。（3）U 盘分区和修改介质类型一般来说，U 盘在电脑中被识别为“可移动磁盘”分区，而量产工具可将 U 盘分成若干个不同的移动存储区，如将 U 盘分成两个区，一个分区为只读模式，里面的内容不能通过普通格式化来清除；第二个分区是正常的 U 盘模式。修改 U 盘介质类型为Removable 和 Fixed。前者是移动磁盘类型，如 U 盘和各类光驱等；后者我们称之为固定盘，是一般的磁盘格式，如硬盘。然而随着 U 盘的应用越来越广泛，通过 U 盘（以及移动硬盘等移动存储设备）传播的病毒越来越多，由此带来的资料泄密时有发生，U 盘安全问题成为了人们更为关注的事项[4-5]。
U 盘插入机器后能够自动运行的功能是通过磁盘根目录下的 Autorun.inf 文件来实现的，该文件通常是隐藏属性的系统文件，能够保存一系列命令，通知系统新插入的 U 盘应自动启动什么程序等信息。U 盘病毒也利用了这一点，令 Autorun.inf 文件与病毒程序相关联，用户在打开磁盘的时候，系统自动执行病毒文件，所以，U 盘病毒也被称为 AUTO 类病毒[4,7]。曾流行一时的“熊猫烧香”及“随机 8 位数”等病毒均属于此类病毒。
第 2 章 安全芯片 TF32A09 概述........................5
2.1 TF32A09 安全芯片简介......................... 5
2.2 TF32A09 安全芯片特性.......................... 7
2.3 TF32A09 安全芯片架构图......................... 9
第 3 章 系统具体流程方案.....................10
3.1 量产所需资源......................... 10
3.2 量产工具整体设计说明 .............................. 10
3.3 量产工具完成的需求............................ 12
第 4 章 系统协议、数据包及函数等.....................14
4.1 系统协议概述......................... 14
4.2 量产工具相应说明.............................. 14
4.3 一级固件通信协议 ..................... 17
结论
本文详细的叙述了基于清华同方 TF32A09 系列芯片的安全 U 盘量产工具的具体研发过程和细节。首先介绍了清华同方 TF32A09 系列芯片的相关技术、算法、结构等知识，然后提出了基于 TF32A09 芯片的量产工具的开发方案，具体阐述了量产工具系统相关协议、数据包和命令函数等，以及量产工具实现具体流程等细节，最后给出了量产工具实现的具体操作。本文设计的基于清华同方 TF32A09 系列芯片的安全 U 盘量产工具有以下创新点：
★ 本文基于高速度高性能清华同方 TF32A09 安全芯片的安全 U 盘，对其整个量产工具的研发过程进行了详细的探究，开发了实用、高效的量产工具系统，在加密 U 盘量产工具方面作出了新的贡献。
★ 研究并实现了同时量产多个 U 盘，大大改善了市面上量产工具只能一次量产一个 U盘的局限性。
参考文献
[1] 尹文浩.安全 U 盘设计及其在多密级文件管理中的应用[D].解放军信息工程大学,2011.
[2] 朱念好. 加密 U 盘存储管理的研究与实现[D].上海交通大学,2009
[3] 任龙杰 . 基于 U 盘量产的 xPC Target 启动光盘制作方法 [J]. 电脑知识与技术,2009,20:5544-5545.
[4] 刘宁,赵建华. 移动 U 盘病毒工作原理、清除与防范[J]. 长春大学学报,2009,04:39-41.
[5] 顾超捷. 基于 WinPE 启动的加密 U 盘量产技术研究与实现[D].上海交通大学,2011.
[6] 倪朋 . 应用 U 盘量产软件维修 U 盘故障两例 [J]. 计算机光盘软件与应用,2012,17:41-42.
[7] 张友生等. 计算机病毒一木马程序剖析[M].北京:科海电子出版社,2003:65.
[8] 王威. 具有身份认证及数据加密 U 盘的研究与实现[D].沈阳航空工业学院,2010.
[9] 王伟. 基于 U 盘量产工具的应用研究[J]. 煤炭技术,2011,10:233-234.
[10] 张敬东 . 谈 U 盘量产工具在实践中的应用 [J]. 赤峰学院学报 ( 自然科学版),2012,08:25-27.
