USB On-The-Go 工作原理分析和应用研究

1、gebi1218发表于2009-6-2418:37:001994年，Intel,Compaq等七家软硬件全球知名企业为了突破当时PC使用串口和并口传输速度的限制，成立了通用串行总线开发者论坛(USBImplementersForum,USBIF)，并在1994年11月提出了USB0.7版，到了1998年开始出现了支持USB1.1的设备，他的高速性(USB1.1支持1.5Mb/s和12Mb/s两种速度1)和易用性迅速使之成为PC外设的宠儿。为了对抗1394速度的优势(1394可以达到400Mb/s),1999年提出了USB2.0规范的思想，2000年4月USBIF推出USB2.0。USB2.0向

2、下兼容1.1，提供3种速度，最高可以达到480Mb/s2。USB1.1和2.0都是必须依赖于PC的，为了在一定程度摆脱对PC的完全依赖，有一定程度的主机功能，2001年12月推出了OTG1.0，经过6次修改，于2003年6月推出了USBOTG1.0a,正式成为一个达到市场实用的规范3。本文中分析讨论了USB2.0补充规范OTG的工作原理，并且针对目前数码相机伴侣存在的问题，作者提出了自己的解决方案。1USBOTG的工作原理OTG补充规范对USB2.0的最重要的扩展是其更具节能性的电源管理和允许设备以主机和外设两种形式工作。OTG有两种设备类型:两用OTG设备(Dualroledevice)和外

3、设式OTG设备(PeripheralonlyOTGdevice)。两用OTG设备完全符合USB2.0规范，同时，他还要提供有限的主机能力和一个MiniAB插座、支持主机流通协议(HostNegotiationProtocol,HNP)，并和外设式OTG设备一样支持事务请求协议(SessionRequestProtocol,SRP)。当作为主机工作时，两用OTG设备可在总线上提供8mA的电流，而以往标准主机则需要提供100500mA的电流。2个两用OTG设备连接在一起时可交替以主机和从机的方式工作,这个特点兼容了现有USB规范主机/外设的结构模型。OTG主机负责初始化数据通信的任务,比如:总线复

4、位、获取USB各种描述符和配置设备。这些配置完成后,2个OTG设备便可以分别以主机和从机方式传输信息,2个设备主从角色交换的过程由主机传输协议(HNP)定义。下面从5个方面说明OTG的工作原理。1.1主机(AdeVce)和从机(BdeVce)的初始功能设备的初始功能是通过定义连接器来实现的。OTG定义了一个叫做MiniAB的袖珍插孔，他能直接接入MiniA或者MiniB插口，MiniAB有一个ID引脚上拉至电源端，MiniA插头有一个与地连接好的ID(R100kQ)。当2个OTG设备连接到一起的时候，MiniA插头边的ID引脚会注入一个0状态，MiniB插头边的ID引脚为1，ID为0的OTG设

5、备默认为主机(Adevice)，ID为1的OTG设备默认为从机(Bdevice)。图1对上述内容进行了图解4。Mloi-AB描屮_ttOTGrftitfAdeviceJ尸|1(Bdevice)1Mini-AMim-fS1TT戈机“广：从楓图I主杭和从机的初蜡北1.2对话请求协议SRP(SessionRequestProtocol)这个协议允许Adevice何以是电池供电)在总线未使用时通过切断Vbus来节省电源消耗，也为Bdevice启动总线活动提供了一种方法。任何一个Adevice,包括PC或便携式电脑，都可以响应SRP；任何一个Bdevice,包括一个标准USB外设，都可以启动SRP；要求

6、一个双重功能设备既能启动SRP，又能响应SRP。主机流通协议HNP(HostNegotiationProtocol)HNP是一种用来实现Adevice和Bdevice主机/从机转换的协议(实际上是电缆的反转)。主/从机功能交换的结果表现在下列过程中：利用上拉电阻来发送信号给从机。Adevice可在Bdevice上设置HNPEnable特性。Bdevice断开上拉。ADevice与上拉电阻相连，表明Adevice从属于从机。Adevice给Vbus供电。Bdevice检测Adevice的上拉。复位/列举/使用Adevice。驱动程序5与PC主机不同，便携式设备没有便捷的方式和足够的空间装载新的驱

7、动程序。因此，OTG规范要求每个两用OTG设备有一个支持的外设式OTG目标设备的列表，列表中包括设备的类型和制造商等信息。与PC机不同，OTG两用设备的驱动程序栈由USB主机栈和USB设备栈构成以满足两种工作方式的需要。OTG驱动程序通过连接器的不同或者是否有NHP交换设备的工作方式来决定使用USB主机栈还是USB设备栈。当OTG两用设备以主机方式工作时，USB主机栈工作。其中的主机控制器驱动程序负责USB主机栈与硬件端点的数据交换，USB驱动程序枚举并保存设备的信息，目标外设主机类驱动程序支持目标设备列表里的设备。主机类驱动程序由芯片制造商提供，同时，OTG提供通用的主机类驱动程序(可以修改

8、以用于非通用设备)。当OTG两用设备以从机方式工作时，USB设备栈工作。其中的设备控制器驱动程序负责USB设备栈与硬件端点的数据交换，USB协议层负责处理USB协议规范，设备类驱动程序的功能取决于该两用设备的功能(如数码照相机、存储设备、打印机等)。OTG驱动程序负责处理两用OTG设备的工作方式转换，同时，他还可以返回其结果(如设备是否支持HNP)并处理总线错误。应用层程序通过OTG驱动程序开始或者结束一个传输事务，通过USB主机栈或设备栈与硬件层交换数据。数据流模型OTG主机和设备被划分为功能层、USB设备层和USB接口层3个不同层次，如图2所示5。USB接口层为OTG主机和OTG设备提供物

9、理连接，USB系统软件使用主机控制器来管理主机与USB设备的数据传输。USB系统软件相对于主机控制器而言，处理的是以客户角度观察的数据传输及客户与设备的交互。USB设备层为USB主机系统软件提供一个可用的逻辑设备。主机通过与之功能匹配的客户软件实现其各种功能。OTG设备与以往的USB设备一样有两种通道：数据流通道和消息通道。数据流通道没有定义好的结果，而消息通道则有固定的结构。但是，每个通道都有一定的带宽、传输类型、传输方向和缓冲区大小。自供电设备配置一个默认的控制通道，由他提供该设备的配置和状态等信息。2目前数码相机伴侣存在的问题及其解决方案上面对USBOTG的工作原理的主要部分进行了说明，

10、下面将探讨USBOTG的应用。当前随着中高档数码设备如数码相机的价格的下降，已经开始普及到千家万户，统计表明，2003年上半年数码相机的销量达到38.5万台，年底有望突破100万台，其进口量比去年同期增加了53倍，而现在一般使用的数码相机象素在200万400万，尤其以320万象素左右的为市场热点，如果要拍摄高质量的照片，每张会超过1M,即使是256M的存储空间也会很快消耗光了，而现在市场上CF卡等存储介质的价格一直高居不下，所以就应运而生了一种叫做数码相机伴侣(典型的产品如Phototainer,韩国Innoplus公司产品)的电子消费类产品。这类产品能够提供以下功能：通过读卡机，能把各种存储

11、介质(比如SD卡，CF卡等)上的内容拷贝到移动硬盘中去，为外出旅行的人们提供了极大的方便。通过USB口，可以在计算机上和数码相机伴侣之间进行数据拷贝、删除等功能。提供大容量的存储空间(从10GB到40GB都有)，外出旅行的人再也不必为存储卡的容量操心了，大可放心的拍摄。作者认为这类产品美中不足的是：他读取数码相机存储介质的方法是通过读卡机来实现的，也就是必须把数码相机的存储介质取下来，插到数码相机伴侣上的插口里，不但很不方便，而且注定了数码相机伴侣的尺寸重量不会很小，由于存在不同存储介质还必须有不同类型的插口(一般都是要两种插口)。为了兼容多种存储介质，还必须要配置转接设备。耗电量也很大的，一

12、般来说，一次充电只能用1-2h。当前许多此类产品还采用USB1.1接口，传输速度显然不可能达到用户的期望。针对上面存在的问题，作者考虑把USBOTG技术应用到数码相机伴侣上来，从以下几个方面进行改进:采用PHILIPSISP1362芯片4来实现USBOTG功能。优点如下:利用USBOTG的双重角色功能，使之可以在连接到其他便携式数码产品或者存储介质时可以作为主机，来完成数据从其他外设拷贝到移动硬盘中；当他连接到PC中时，就可以作为普通的USB设备，由PC控制，进行数据的操作。采用USBOTG，整体结构将发生翻天覆地的变化，将读取数据等工作将由芯片完成，也就省去了很多关系存储卡的工作，所以可以将

13、尺寸和重量做的很小，而且在使用的时候也是很方便的，只要使用USB电缆连接移动硬盘和数码相机伴侣等设备就可以了。USBOTG的优秀电源管理能力也能使电池的使用时间更加持久。可以考虑采用大容量微硬盘，一方面满足大容量的存储需求，另一方面可以把整个数码相机伴侣体积大幅度的减小。USB2.0在速度上的优势已经得到了市场的积极支持，所以采用的USB2.0接口保证了数据传输的高效。经过改进后的数码相机伴侣与目前市面上的数码相机伴侣相比，具有如下特点:PHILIPSISP1362芯片来实现USBOTG功能，无需PC就可把图像等数据拷贝到硬盘上。内置1英寸大容量微硬盘，满足现在数据大量存储的要求。无需取下数码

14、相机等数码设备的存储卡，使用方便。采用USB2.0规范，最高速度可以达到480Mb/s。可以充当便携式移动硬盘，完成数据备份等工作。简单控制，只有电源和复制按钮，即可轻松实现对存储数据的操作。采用微硬盘，典型的产品如Magicstore,体积可以更小，更时尚诱人。使用LCD显示各种状态。由于使用了OTG的特别供电模式，电源耐久性会有很好表现。具有USBOTG功能的数码相机伴侣由于其具有海量存储、存取数据、存取速度快和出色的电源管理等特点，不仅可以充当便携式移动硬盘，更为外出旅行的人提供了极大的方便。3结语分析讨论了USB2.0补充规范OTG的工作原理，作者针对目前数码相机伴侣存在的问题提出了应用USBOTG技术进行改进的方案。USBOTG已受到C