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USB On-The-Go 技術(shù)概述
摘要：USB OTG(On-The-Go)是USB 2.0規范的補充,它使外設可以在無(wú)主機參與的情況下直接互連進(jìn)行通信工程.本文討論了USB OTG補充規范的新增特性,包括OTG事務(wù)請求協(xié)議SRP和主機流通協(xié)議HNP、連接器和電纜、兩用OTG設備和外設式OTG設備、驅動(dòng)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(zhù)其數量的不斷增多,設備之間無(wú)主機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(xiàn)(接口芯片為Philips公司的PDIUSBD12)的數據采集系統,取得了滿(mǎn)意的效果。但在開(kāi)發(fā)USB1.1設備時(shí)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(jìn),但同樣要依賴(lài)計算機主機進(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(zhuān)門(mén)用于USB外設間“可移動(dòng)互連”的USB2.0補充規范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補充規范對USB2.0的最重要的擴展是其更具節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(lèi)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規范,同時(shí)它還要提供有限的主機能力考核成績(jì)和一個(gè)MiniAB插座、支持主機流通協(xié)議(Host Negotiation Protocol,HNP),并和外設式OTG設備一樣支持事務(wù)請求協(xié)議(Session Request Protocol,SRP).當作為主機工作時(shí),兩用OTG設備可在總線(xiàn)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(gè)兩用OTG設備連接在一起時(shí)可交替以主機和從機的方式工作,這個(gè)特點(diǎn)兼容了現有USB規范主機/外設的結構模型。OTG主機同樣負責補始化數據通信的任務(wù),比如:總線(xiàn)復位、獲取USB各種描述符和配置設備。這些配置完成后,兩個(gè)OTG設備便可以分別以主機和從機方式傳輸信息,兩個(gè)設備主從角色交換的過(guò)程由主機傳輸協(xié)議(HNP)定義。以下以?xún)捎肙TG設備為例討論SRP和HNP。
1.1 事務(wù)請求協(xié)議SRP
在以往的USB系統運行過(guò)程中,主機提供5V的電源和不低于100mA的總線(xiàn)電流。當OTG主機(指以主機方式工作的兩用OTG設備,又稱(chēng)A-device)連接到有線(xiàn)電源時(shí)這種方法是適用的,但像手機這樣的自供電移動(dòng)設備則不能承受如此大的電能浪費。為了節約電源延長(cháng)電池的使用壽命,當總線(xiàn)上沒(méi)有活動(dòng)時(shí),OTG主機將掛起總線(xiàn)電源VBUS。SRP協(xié)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(chēng)B-device,此處指后者)請求A-device重新使能VBUS,而后A-device使用HNP協(xié)議交換兩個(gè)設備的工作方式,這兩步完成后由新的OTG主機開(kāi)始事務(wù)傳輸。B-device可在前一事務(wù)結束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將先后執行數據線(xiàn)脈沖調制(data-line pul-sing)和VBUS脈沖調制(VBUS pulsing) 。它通過(guò)使能數據線(xiàn)上拉電阻(全速和高速設備為D ,低速設備為D-)5～10ms實(shí)現前者,后者通過(guò)驅動(dòng)VBUS實(shí)現。VBUS必須要有足夠長(cháng)的時(shí)間對其電容充電,這個(gè)時(shí)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(huì )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(lái)的VBUS電流不會(huì )破壞標準主機的端口。
A-device檢測到數據線(xiàn)脈沖調制或者VBUS脈沖調制后,首先復位總線(xiàn),然后發(fā)送Set_feature命令而先不進(jìn)行設備的枚舉,此時(shí)B-device尚處在默認的從機狀態(tài)。如果Set_feature命令成功執行,說(shuō)明B-device為兩用OTG設備,A-device(使用HNP協(xié)議)掛起VBUS準備讓B-device交換為主機方式接管總線(xiàn)。如果Set_feature命令執行失敗，說(shuō)明B-device為外設式OTG設備，于是A-device使能VBUS準備開(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A-device認為總線(xiàn)上沒(méi)有傳輸需要時(shí)，掛起VBUS以結束該事務(wù)。這種A-device自動(dòng)檢測B-device是否支持HNP協(xié)議的特征稱(chēng)為"No Silent Failure"。
1.2 主機流通協(xié)議HNP
當兩用設備連接了一個(gè)Mini-A插頭或者M(jìn)ini-B插頭時(shí)，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(shí)復位總線(xiàn)、八舉并配置B-device。
A-device在完成對B-device的使用后，可以通過(guò)查詢(xún)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(xiàn)掛起的時(shí)候以主機方式工作，隨后A-device掛起總線(xiàn)。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B-device斷開(kāi)的響應，
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