USB On-The-Go 技術(shù)概述

摘要：USB OTG(On-The-Go)是USB 2.0規(guī)范的補(bǔ)充,它使外設(shè)可以在無(wú)主機(jī)參與的情況下直接互連進(jìn)行通信工程.本文討論了USB OTG補(bǔ)充規(guī)范的新增特性,包括OTG事務(wù)請(qǐng)求協(xié)議SRP和主機(jī)流通協(xié)議HNP、連接器和電纜、兩用OTG設(shè)備和外設(shè)式OTG設(shè)備、驅(qū)動(dòng)程序以及數(shù)據(jù)流模型。

USB的廣泛應(yīng)用其正在成為外設(shè)與PC機(jī)及膝上型電腦連接的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)USB外設(shè)主要是便攜式設(shè)備,隨著其數(shù)量的不斷增多,設(shè)備之間無(wú)主機(jī)參與的直接通信成為亟待解決的問(wèn)題。我們開(kāi)發(fā)了基于USB總線(接口芯片為Philips公司的PDIUSBD12)的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng),取得了滿意的效果。但在開(kāi)發(fā)USB1.1設(shè)備時(shí)遇到的設(shè)備互連直接通信的解決方案.USB 2.0 雖然在速度等方面有很大的改進(jìn),但同樣要依賴計(jì)算機(jī)主機(jī)進(jìn)行通信。

2001年底,USB開(kāi)發(fā)者論壇(USB Implementers Forum,USB IF)發(fā)布了專門用于USB外設(shè)間“可移動(dòng)互連”的USB2.0補(bǔ)充規(guī)范USB On-The-Go,其目標(biāo)是使外設(shè)以主機(jī)的身份和另外特定的一組外設(shè)直接通信。本文中歸納USB 2.0補(bǔ)充規(guī)范OTG的相關(guān)技術(shù),并主要討論其新增特性。

1 新的協(xié)議

OTG補(bǔ)充規(guī)范對(duì)USB2.0的最重要的擴(kuò)展是其更具節(jié)能性的電源管理和允許設(shè)備以主機(jī)和外設(shè)兩種形式工作。OTG有兩種設(shè)備類型:兩用OTG設(shè)備(Dual-role device)和外設(shè)式OTG設(shè)備(Perip-heral-only OTG device) 。兩用OTG設(shè)備完全符合USB2.0規(guī)范,同時(shí)它還要提供有限的主機(jī)能力考核成績(jī)和一個(gè)MiniAB插座、支持主機(jī)流通協(xié)議(Host Negotiation Protocol,HNP),并和外設(shè)式OTG設(shè)備一樣支持事務(wù)請(qǐng)求協(xié)議(Session Request Protocol,SRP).當(dāng)作為主機(jī)工作時(shí),兩用OTG設(shè)備可在總線上提供8mA的電流,而以往標(biāo)準(zhǔn)主機(jī)則需要提供100～500mA的電流。

兩個(gè)兩用OTG設(shè)備連接在一起時(shí)可交替以主機(jī)和從機(jī)的方式工作,這個(gè)特點(diǎn)兼容了現(xiàn)有USB規(guī)范主機(jī)/外設(shè)的結(jié)構(gòu)模型。OTG主機(jī)同樣負(fù)責(zé)補(bǔ)始化數(shù)據(jù)通信的任務(wù),比如:總線復(fù)位、獲取USB各種描述符和配置設(shè)備。這些配置完成后,兩個(gè)OTG設(shè)備便可以分別以主機(jī)和從機(jī)方式傳輸信息,兩個(gè)設(shè)備主從角色交換的過(guò)程由主機(jī)傳輸協(xié)議(HNP)定義。以下以兩用OTG設(shè)備為例討論SRP和HNP。

1.1 事務(wù)請(qǐng)求協(xié)議SRP

在以往的USB系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中,主機(jī)提供5V的電源和不低于100mA的總線電流。當(dāng)OTG主機(jī)(指以主機(jī)方式工作的兩用OTG設(shè)備,又稱A-device)連接到有線電源時(shí)這種方法是適用的,但像手機(jī)這樣的自供電移動(dòng)設(shè)備則不能承受如此大的電能浪費(fèi)。為了節(jié)約電源延長(zhǎng)電池的使用壽命,當(dāng)總線上沒(méi)有活動(dòng)時(shí),OTG主機(jī)將掛起總線電源VBUS。SRP協(xié)議可使OTG從機(jī)(指外設(shè)式設(shè)備或者以外設(shè)方式工作的兩用設(shè)備,又稱B-device,此處指后者)請(qǐng)求A-device重新使能VBUS,而后A-device使用HNP協(xié)議交換兩個(gè)設(shè)備的工作方式,這兩步完成后由新的OTG主機(jī)開(kāi)始事務(wù)傳輸。B-device可在前一事務(wù)結(jié)束2ms后的任意時(shí)間開(kāi)始SRP,SRP的時(shí)序波形見(jiàn)圖形1。

B-device將先后執(zhí)行數(shù)據(jù)線脈沖調(diào)制(data-line pul-sing)和VBUS脈沖調(diào)制(VBUS pulsing) 。它通過(guò)使能數(shù)據(jù)線上拉電阻(全速和高速設(shè)備為D ,低速設(shè)備為D-)5～10ms實(shí)現(xiàn)前者,后者通過(guò)驅(qū)動(dòng)VBUS實(shí)現(xiàn)。VBUS必須要有足夠長(zhǎng)的時(shí)間對(duì)其電容充電,這個(gè)時(shí)間應(yīng)能保證不大于13μF的電容充電至2.1V(OTG設(shè)備的電容是6.5μF或更小),從而不會(huì)對(duì)標(biāo)準(zhǔn)主機(jī)的96μF或更高的電容充電至2.0V。該限制保證了從B-device引來(lái)的VBUS電流不會(huì)破壞標(biāo)準(zhǔn)主機(jī)的端口。

A-device檢測(cè)到數(shù)據(jù)線脈沖調(diào)制或者VBUS脈沖調(diào)制后,首先復(fù)位總線,然后發(fā)送Set_feature命令而先不進(jìn)行設(shè)備的枚舉,此時(shí)B-device尚處在默認(rèn)的從機(jī)狀態(tài)。如果Set_feature命令成功執(zhí)行,說(shuō)明B-device為兩用OTG設(shè)備,A-device(使用HNP協(xié)議)掛起VBUS準(zhǔn)備讓B-device交換為主機(jī)方式接管總線。如果Set_feature命令執(zhí)行失敗，說(shuō)明B-device為外設(shè)式OTG設(shè)備，于是A-device使能VBUS準(zhǔn)備開(kāi)始一個(gè)傳輸事務(wù)（此時(shí)，A-device只是被喚醒，并未改變工作方式）。當(dāng)A-device認(rèn)為總線上沒(méi)有傳輸需要時(shí)，掛起VBUS以結(jié)束該事務(wù)。這種A-device自動(dòng)檢測(cè)B-device是否支持HNP協(xié)議的特征稱為"No Silent Failure"。

1.2 主機(jī)流通協(xié)議HNP

當(dāng)兩用設(shè)備連接了一個(gè)Mini-A插頭或者M(jìn)ini-B插頭時(shí)，它相應(yīng)的便以O(shè)TG主機(jī)或者OTG外設(shè)的默認(rèn)方式工作。A-device為默認(rèn)主機(jī)，所以由它提供VBUS電源，且在檢測(cè)到有設(shè)備接入時(shí)復(fù)位總線、八舉并配置B-device。

A-device在完成對(duì)B-device的使用后，可以通過(guò)查詢B-device的OTG性能描述符來(lái)判斷是否支持HNP協(xié)議（即是否為兩用OTG設(shè)備）。如支持HNP，B-device將返回有效的OTG性能描述符，A-device則產(chǎn)生一個(gè)Set_feature命令（即HNP_Enable）來(lái)通知B-device可以在總線掛起的時(shí)候以主機(jī)方式工作，隨后A-device掛起總線。HNP的時(shí)序波形見(jiàn)圖2。

B-device通過(guò)上拉電阻（全速時(shí)）或者下拉電阻（高速時(shí)）拉低D 以示連接斷開(kāi)。隨后，作為對(duì)B-device斷開(kāi)的響應(yīng)，

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