USB On-The-Go 技術概述

摘要：USB OTG(On-The-Go)是USB 2.0規(guī)范的補充,它使外設可以在無主機參與的情況下直接互連進行通信工程.本文討論了USB OTG補充規(guī)范的新增特性,包括OTG事務請求協議SRP和主機流通協議HNP、連接器和電纜、兩用OTG設備和外設式OTG設備、驅動程序以及數據流模型。

USB的廣泛應用其正在成為外設與PC機及膝上型電腦連接的工業(yè)標準USB外設主要是便攜式設備,隨著其數量的不斷增多,設備之間無主機參與的直接通信成為亟待解決的問題。我們開發(fā)了基于USB總線(接口芯片為Philips公司的PDIUSBD12)的數據采集系統,取得了滿意的效果。但在開發(fā)USB1.1設備時遇到的設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,但同樣要依賴計算機主機進行通信。

2001年底,USB開發(fā)者論壇(USB Implementers Forum,USB IF)發(fā)布了專門用于USB外設間“可移動互連”的USB2.0補充規(guī)范USB On-The-Go,其目標是使外設以主機的身份和另外特定的一組外設直接通信。本文中歸納USB 2.0補充規(guī)范OTG的相關技術,并主要討論其新增特性。

1 新的協議

OTG補充規(guī)范對USB2.0的最重要的擴展是其更具節(jié)能性的電源管理和允許設備以主機和外設兩種形式工作。OTG有兩種設備類型:兩用OTG設備(Dual-role device)和外設式OTG設備(Perip-heral-only OTG device) 。兩用OTG設備完全符合USB2.0規(guī)范,同時它還要提供有限的主機能力考核成績和一個MiniAB插座、支持主機流通協議(Host Negotiation Protocol,HNP),并和外設式OTG設備一樣支持事務請求協議(Session Request Protocol,SRP).當作為主機工作時,兩用OTG設備可在總線上提供8mA的電流,而以往標準主機則需要提供100～500mA的電流。

兩個兩用OTG設備連接在一起時可交替以主機和從機的方式工作,這個特點兼容了現有USB規(guī)范主機/外設的結構模型。OTG主機同樣負責補始化數據通信的任務,比如:總線復位、獲取USB各種描述符和配置設備。這些配置完成后,兩個OTG設備便可以分別以主機和從機方式傳輸信息,兩個設備主從角色交換的過程由主機傳輸協議(HNP)定義。以下以兩用OTG設備為例討論SRP和HNP。

1.1 事務請求協議SRP

在以往的USB系統運行過程中,主機提供5V的電源和不低于100mA的總線電流。當OTG主機(指以主機方式工作的兩用OTG設備,又稱A-device)連接到有線電源時這種方法是適用的,但像手機這樣的自供電移動設備則不能承受如此大的電能浪費。為了節(jié)約電源延長電池的使用壽命,當總線上沒有活動時,OTG主機將掛起總線電源VBUS。SRP協議可使OTG從機(指外設式設備或者以外設方式工作的兩用設備,又稱B-device,此處指后者)請求A-device重新使能VBUS,而后A-device使用HNP協議交換兩個設備的工作方式,這兩步完成后由新的OTG主機開始事務傳輸。B-device可在前一事務結束2ms后的任意時間開始SRP,SRP的時序波形見圖形1。

B-device將先后執(zhí)行數據線脈沖調制(data-line pul-sing)和VBUS脈沖調制(VBUS pulsing) 。它通過使能數據線上拉電阻(全速和高速設備為D ,低速設備為D-)5～10ms實現前者,后者通過驅動VBUS實現。VBUS必須要有足夠長的時間對其電容充電,這個時間應能保證不大于13μF的電容充電至2.1V(OTG設備的電容是6.5μF或更小),從而不會對標準主機的96μF或更高的電容充電至2.0V。該限制保證了從B-device引來的VBUS電流不會破壞標準主機的端口。

A-device檢測到數據線脈沖調制或者VBUS脈沖調制后,首先復位總線,然后發(fā)送Set_feature命令而先不進行設備的枚舉,此時B-device尚處在默認的從機狀態(tài)。如果Set_feature命令成功執(zhí)行,說明B-device為兩用OTG設備,A-device(使用HNP協議)掛起VBUS準備讓B-device交換為主機方式接管總線。如果Set_feature命令執(zhí)行失敗，說明B-device為外設式OTG設備，于是A-device使能VBUS準備開始一個傳輸事務（此時，A-device只是被喚醒，并未改變工作方式）。當A-device認為總線上沒有傳輸需要時，掛起VBUS以結束該事務。這種A-device自動檢測B-device是否支持HNP協議的特征稱為"No Silent Failure"。

1.2 主機流通協議HNP

當兩用設備連接了一個Mini-A插頭或者Mini-B插頭時，它相應的便以OTG主機或者OTG外設的默認方式工作。A-device為默認主機，所以由它提供VBUS電源，且在檢測到有設備接入時復位總線、八舉并配置B-device。

A-device在完成對B-device的使用后，可以通過查詢B-device的OTG性能描述符來判斷是否支持HNP協議（即是否為兩用OTG設備）。如支持HNP，B-device將返回有效的OTG性能描述符，A-device則產生一個Set_feature命令（即HNP_Enable）來通知B-device可以在總線掛起的時候以主機方式工作，隨后A-device掛起總線。HNP的時序波形見圖2。

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

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