USB OTG功能詳解.doc

USB OTG USB OTG是USB On-The-Go的縮寫，是近年發(fā)展起來的技術(shù)，2001年12月18日由USB Implementers Forum公布，主要應(yīng)用于各種不同的設(shè)備或移動設(shè)備間的聯(lián)接，進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。特別是PDA、移動電話、消費(fèi)類設(shè)備。改變?nèi)鐢?shù)碼照相機(jī)、攝像機(jī)、打印機(jī)等設(shè)備間多種不同制式連接器，多達(dá)7種制式的存儲卡間數(shù)據(jù)交換的不便。USB技術(shù)的發(fā)展，使得PC和周邊設(shè)備能夠通過簡單方式、適度的制造成本將各種設(shè)備連接在一起，上述我們提到應(yīng)用，都可以通過USB總線，作為PC的周邊，在PC的控制下進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。但這種方便的交換方式，一旦離開了PC，各設(shè)備間無法利用USB口進(jìn)行操作，因為沒有一個設(shè)備能夠充當(dāng)PC一樣的Host。On-The-Go，即OTG技術(shù)就是實(shí)現(xiàn)在沒有Host的情況下，實(shí)現(xiàn)設(shè)備間的數(shù)據(jù)傳送。例如數(shù)碼相機(jī)直接連接到打印機(jī)上，通過OTG技術(shù)，連接兩臺設(shè)備間的USB口，將拍出的相片立即打印出來；也可以將數(shù)碼照相機(jī)中的數(shù)據(jù)，通過OTG發(fā)送到USB接口的移動硬盤上，野外操作就沒有必要攜帶價格昂貴的存儲卡，或者背一個便攜電腦。OTG設(shè)計原理1 、通信協(xié)議USB OTG標(biāo)準(zhǔn)在完全兼容USB2.0標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上，增添了電源管理（節(jié)省功耗）功能，它允許設(shè)備既可作為主機(jī)，也可作為外設(shè)操作（兩用OTG）。OTG兩用設(shè)備完全符合USB2.0標(biāo)準(zhǔn)，并可提供一定的主機(jī)檢測能力，支持主機(jī)通令協(xié)議（HNP）和對話請求協(xié)議（SRP）。在OTG中，初始主機(jī)設(shè)備稱為A設(shè)備，外設(shè)稱為B設(shè)備?？捎秒娎|的連接方式來決定初始角色。圖2所示是用第5個ID腳確定默認(rèn)主機(jī)的示意圖，兩用設(shè)備使用新型mini-AB插座，從而使mini-A插頭、mini-B插頭和mini-AB插座增添了第五個引腳（ID），以用于識別不同的電纜端點(diǎn)。mini-A插頭中的ID引腳接地，mini-B插頭中的ID引腳浮空。當(dāng)OTG設(shè)備檢測到接地的ID引腳時，表示默認(rèn)的是A設(shè)備（主機(jī)），而檢測到ID引腳浮空的設(shè)備則認(rèn)為是B設(shè)備（外設(shè)）。系統(tǒng)一旦連接后，OTG的角色還可以更換。主機(jī)與外設(shè)采用新的HNP，A設(shè)備作為默認(rèn)主機(jī)并提供VBUS電源，并在檢測到有設(shè)備連接時復(fù)位總線、枚舉并配置B設(shè)備。OTG標(biāo)準(zhǔn)為USB增添的第二個新協(xié)議稱為對話請求協(xié)議（SRP）。SRP允許B設(shè)備請求A設(shè)備打開VBUS電源并啟動一次對話。一次OTG對話可通過A設(shè)備提供VBUS電源的時間來確定（注：A設(shè)備總是為VBUS供電，即使作為外設(shè)）。也可通過A設(shè)備關(guān)閉VBUS電源來結(jié)束一會話以節(jié)省功耗，這在電池供電產(chǎn)品中是非常重要的。例如，在兩臺蜂窩電話通過連接互相交換信息時，一臺連接在電池的mini-A端，是A設(shè)備，默認(rèn)為主機(jī)。另一臺是B設(shè)備，默認(rèn)為外設(shè)。當(dāng)在不需要USB通信時，A設(shè)備可以關(guān)閉VBUS線，此時B設(shè)備就會檢測到該狀態(tài)并進(jìn)入低功耗模式。 2 、OTG功能的構(gòu)建圖3所示電路給出了構(gòu)建OTG功能時需要在基礎(chǔ)USB外設(shè)上添加的電路，電路中的通用串行總線控制器可以是一個微處理器和USB SIE（串口引擎），也可以是集成的P/USB芯片或與USB收發(fā)器相連的ASIC。為總線提供電源的外部設(shè)備需要一路3.3V穩(wěn)壓輸出供電電壓，以便為邏輯電路和連接在D+、D-引腳的1.5K上拉電阻提供電源。通過D+、D-引腳上的上拉電阻可向主機(jī)發(fā)出設(shè)備已連接的信號，并指示設(shè)備的工作速度。電阻上拉至D+表示全速運(yùn)行，電阻上拉至D-表示低速運(yùn)行。其它端點(diǎn)（包括D+和D-的15k下拉電阻）用于檢測上拉電阻的狀態(tài)。由于USB設(shè)計需要提供熱插拔功能。因此，其ESD保護(hù)電路主要用于為D+、D-和VBUS引腳提供保護(hù)。 為了增加OTG的兩用功能，必須擴(kuò)充收發(fā)器功能來使OTG設(shè)備既可作為主機(jī)使用，也可以作為外設(shè)使用。而要實(shí)現(xiàn)上述功能，就需要在圖3所示電路中添加D+和D-端的15k下拉電阻并為VBUS提供供電電源。此外，收發(fā)器還需要具備以下三個條件： （1）可切換D+/D-線上的上拉和下拉電阻，以提供外設(shè)和主機(jī)功能。 （2）作為A設(shè)備時，需要具有VBUS監(jiān)視和供電電路；作為B設(shè)備初始化SRP時，需要監(jiān)視和觸發(fā)VBUS。 （3）具有ID輸入引腳。 作為兩用OTG設(shè)備，ASIC、DSP或其它與收發(fā)器連接的電路必須具備充當(dāng)外設(shè)和主機(jī)的功能，并應(yīng)按照HNP協(xié)議轉(zhuǎn)換其角色。 收發(fā)器所需添加的大多數(shù)電路用于VBUS引腳的管理。作為主機(jī)，它必須能夠提供5V、輸出電流可達(dá)8mA的電源。圖3中的模擬開關(guān)用于配置收發(fā)器的各種功能。 ASIC和控制器還必須包含USB主機(jī)邏輯控制功能，包括發(fā)送SOF（幀啟動）包、發(fā)送配置u36755輸入u36755輸出數(shù)據(jù)包，在USB 1 msec幀內(nèi)確定傳輸進(jìn)程、發(fā)送USB復(fù)位信號、提供USB電源管理等。 USB OTG的工作原理OTG補(bǔ)充規(guī)范對USB 2.0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(Dualrole device)和外設(shè)式OTG設(shè)備(Peripheralonly OTG device) 。兩用OTG設(shè)備完全符合USB 2.0規(guī)范,同時,他還要提供有限的主機(jī)能力和一個MiniAB插座、支持主機(jī)流通協(xié)議(Host Negotiatio n Protocol, HNP),并和外設(shè)式OTG設(shè)備一樣支持事務(wù)請求協(xié)議(Session Request Protocol, SRP)。當(dāng)作為主機(jī)工作時,兩用OTG設(shè)備可在總線上提供8 mA的電流,而以往標(biāo)準(zhǔn)主機(jī)則需要提供100500 mA的電流。2個兩用OTG設(shè)備連接在一起時可交替以主機(jī)和從機(jī)的方式工作,這個特點(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)負(fù)責(zé)初始化數(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,2個OTG設(shè)備便可分別以主機(jī)和從機(jī)方式傳輸信息,2個設(shè)備主從角色交換的過程由主機(jī)傳輸協(xié)議(HNP)定義。1主機(jī)（Adevice）和從機(jī)（Bdevice）的初始功能設(shè)備的初始功能是通過定義連接器來實(shí)現(xiàn)的。OTG定義了一個叫做MiniAB的袖珍插孔，他能直接接入MiniA或者M(jìn)iniB插頭，MiniAB（插座）有一個ID引腳上拉至電源端，MiniA插頭有一個與地連接好的ID（R100 k)。當(dāng)2個OTG設(shè)備連接到一起的時候，MiniA插頭邊的ID引腳會注入一個“0”狀態(tài)，MiniB插頭邊的ID引腳為 “1”，ID為0的OTG設(shè)備默認(rèn)為主機(jī)（A device），ID為1的OTG設(shè)備默認(rèn)為從機(jī)（B device）。圖1對上述內(nèi)容進(jìn)行了圖解4。2對話請求協(xié)議SRP(Session Request Protocol)這個協(xié)議允許A device(總是A設(shè)備供電，可以是電池供電)在總線未使用時通過切斷Vbus來節(jié)省電源消耗，也為B device啟動總線活動提供了一種方法。任何一個A device, 包括PC或便攜式電腦，都可以響應(yīng)SRP；任何一個B device,包括一個標(biāo)準(zhǔn)USB外設(shè)，都可以啟動SRP；要求一個雙重功能設(shè)備既能啟動SRP，又能響應(yīng)SRP。3主機(jī)流通協(xié)議HNP(Host Negotiation Protocol)HNP是一種用來實(shí)現(xiàn)A device和B device主機(jī)/從機(jī)轉(zhuǎn)換的協(xié)議（實(shí)際上是電纜的反轉(zhuǎn)）。主/從機(jī)功能交換的結(jié)果表現(xiàn)在下列過程中：(1)利用上拉電阻來發(fā)