ISP1362 USB OTG控制芯片及其應用
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關(guān)鍵詞：ISP1362；OTG；USB主機控制器；MCF5249
１ 引言
ＵＳＢ已在ＰＣ及筆記本電腦中得到了廣泛的應用，它們起到了集線(xiàn)器的作用，用以連接數碼相機、打印機等各種外設，但目前大部分設備還不能實(shí)現彼此之間的直接通信。
新的ＵＳＢ Ｏｎ－ｔｈｅ－Ｇｏ標準正是針對這一情況而推出的，它將最終結束用電腦作為各種電子設備連接紐帶的時(shí)代，借助ＵＳＢ Ｏｎ－ｔｈｅ－Ｇｏ，外設既可作為主機，也可作為從機，彼此之間能夠互相通信，并可根據實(shí)際情況協(xié)商確定哪個(gè)設備作為主機。
圖1
２ ＩＳＰ１３６２的結構特點(diǎn)
飛利浦ＩＳＰ１３６２由ＯＴＧ控制器、主機控制器、外設控制器、ＵＳＢ收發(fā)器、ＯＴＧ收發(fā)器和緩存器等組成，通過(guò)內部集成的總線(xiàn)接口可與ＣＰＵ相連，ＩＳＰ１３６２的內部結構如圖１所示。
ＯＴＧ控制器模塊用于提供ＯＴＧ要求的所有控制、監控及交換功能。它還支持ＯＴＧ Ｓｕｐｐｌｅｍｅｎｔ １．０標準規定的所有功能。
若以ＯＴＧ模式進(jìn)行配置，ＩＳＰ１３６２既可用作主機，也可用作外設，并支持主機與外設之間角色轉換的主機通信協(xié)議ＨＮＰ（Ｈｏｓｔ Ｎｅｇｏｔｉａｔｉｏｎ Ｐｒｏｔｏｃｏｌ）和兩種模式下的對話(huà)請求協(xié)議ＳＲＰ（Ｓｅｓｓｉｏｎ Ｒｅｑｕｅｓｔ Ｐｒｏｔｏ-ｃｏｌ）。ＩＳＰ１３６２作為主機使用時(shí)，能夠關(guān)閉ＶＢＵＳ以響應ＳＲＰ，而作為外設使用時(shí)，能夠啟動(dòng)ＳＲＰ以喚醒主機。一套ＯＴＧ寄存器提供的控制及狀態(tài)監控功能可以用來(lái)支持ＨＮＰ及ＳＲＰ軟件。
ＩＳＰ１３６２支持內置電源供電及外部電源供電兩種模式。對于較低功耗的應用設計，可用內部集成的電荷泵激勵器。而如果應用系統的功耗較高，則要用外部電源供電。
作為外設控制器時(shí)，ＩＳＰ１３６２支持兩個(gè)控制端點(diǎn)，還能以全速及低速將多達１４個(gè)端點(diǎn)編程為任何四種傳輸類(lèi)型。
除了通用的ＵＳＢ收發(fā)器，ＩＳＰ１３６２還集成了計時(shí)器及全ＯＴＧ功能所需要的模擬元件。一個(gè)１２ＭＨｚ～４８ＭＨｚ的鎖相環(huán)?ＰＬＬ?使得采用低成本的１２ＭＨｚ晶振成為可能，同時(shí)由于采用了低頻率運作模式，也降低了ＥＭＩ。
ＩＳＰ１３６２還內置了一個(gè)用于非ＯＴＧ配置（僅限于主機及外設）的過(guò)流保護電路。當ＩＳＰ１３６２用作主機時(shí)，一個(gè)片內的３．３Ｖ到５Ｖ電荷激勵器可調整支持大量外設所要求的輸出電流。此外，ＩＳＰ１３６２還提供兩個(gè)ＵＳＢ端口。端口１可進(jìn)行軟件配置，并可用作下行、上行或ＯＴＧ端口。作為ＯＴＧ端口，端口１可在主機或外設模式下工作，并可通過(guò)ＨＮＰ或布線(xiàn)變化來(lái)動(dòng)態(tài)轉換角色。端口２只用作下行傳輸。
３ ＩＳＰ１３６２的引腳功能
圖２是ＬＱＦＰ封裝的ＩＳＰ１３６２ＢＤ的引腳排列，其主要引腳功能如下：
Ｄ０～Ｄ１５：連接到ＩＳＰ１３６２內部寄存器和緩沖存儲器的１６比特數據總線(xiàn)。
ＲＤ(引腳２０）：讀信號線(xiàn)。低電平時(shí)表示ＨＣ／ＤＣ驅動(dòng)器需要讀相應的緩沖存儲器和寄存器。
ＣＳ（引腳２１）：片選信號，低電平有效。用于控制ＨＣ／ＤＣ驅動(dòng)器訪(fǎng)問(wèn)對應的緩沖存儲器和寄存器。
ＷＲ（引腳２２）：寫(xiě)信號線(xiàn)。低電平時(shí)表示ＨＣ／ＤＣ驅動(dòng)器需要寫(xiě)數據到相應的緩沖存儲器和寄存器。
ＴＥＳＴ０（引腳２３）：輸入輸出測試。
ＤＲＥＱ１（引腳２４）：ＤＭＡ請求輸出。當它有效時(shí)，通知ＤＭＡ控制器ＨＣ正在請求數據傳送。
ＤＲＥＱ２（引腳２５）：ＤＭＡ請求輸出。當它有效時(shí)，通知ＤＭＡ控制器ＤＣ正在請求數據傳送。
ＤＡＣＫ１（引腳２８）：ＤＭＡ確認輸入。表明來(lái)自ＨＣ的ＤＭＡ傳輸請求已經(jīng)被ＤＭＡ控制器確認。
ＤＡＣＫ２（引腳２９）：ＤＭＡ確認輸入。表明來(lái)自ＤＣ的ＤＭＡ傳輸請求已經(jīng)被ＤＭＡ控制器確認。
ＩＮＴ１和ＩＮＴ２（引腳３０，３１）：連接到外部微處理器的ＩＲＱ引腳，使ＩＳＰ１３６２執行中斷服務(wù)程序（ＩＳＲＳ）。
ＲＥＳＥＴ（引腳３２）：復位輸入。
圖3
Ｄ ＳＵＳＰＥＮＤ（引腳３４）：該引腳電平為高時(shí)，設備控制器處于“掛起”狀態(tài)，電平為低時(shí)，喚醒設備控制器。
Ｈ－ＰＳＷ１（引腳３５）：和外部ＰＭＯＳ開(kāi)關(guān)相連。當引腳電平為低時(shí)，打開(kāi)ＰＭＯＳ開(kāi)關(guān)以為ＶＢＵＳ提供下行端口；引腳電平為高時(shí)，關(guān)閉ＰＭＯＳ開(kāi)關(guān)。
ＣＬＫＯＵＴ（引腳３８）：可編程時(shí)鐘輸出。默認時(shí)鐘頻率為１２ＭＨｚ，變化范圍為３ＭＨｚ～４８ＭＨｚ。
Ａ０（引腳６１）：用于決定控制器處于命令狀態(tài)還是數據狀態(tài)；
Ａ１（引腳６２）：用于決定控制器工作于主機還是設備控制模式：０ 表示處于主機控制（ＨＣ）模式；１表示處于設備控制（ＤＣ）模式。
４ 應用舉例
下面以ＩＳＰ１３６２開(kāi)發(fā)的ＵＳＢ主機為例詳細說(shuō)明ＩＳＰ１３６２的應用。該設計所采用硬件平臺是ＭＯ-ＴＯＲＯＬＡ ＭＣＦ５２４９Ｃ３實(shí)驗開(kāi)發(fā)板，以它作為母板，為ＵＳＢ主機開(kāi)發(fā)提供ＲＳ２３２、ＢＤＭ接口，并提供８Ｍ的ＳＤＲＡＭ及２Ｍ的ｆｌａｓｈ ＲＯＭ的編程調試資源。該設計采用的軟件平臺是Ｍｅｔｒｏｗｅｒｋｓ ＣｏｄｅＷａｒｒｉｏｒ，通過(guò)對ＭＣＦ５２４９編程實(shí)現對ＩＳＰ１３６２的控制，從而完成ＵＳＢ主機功能。
４．１ 硬件連接原理圖
圖３所示為ＩＳＰ１３６２控制芯片與ＭＣＦ５２４９的硬件連接電路原理圖。
４．２ ＵＳＢ主機軟件流程
整個(gè)ＵＳＢ主機軟件流程如圖４所示，軟件部分主要包括ＵＳＢ主機和ＵＳＢ外設功能模塊。它們既可相互獨立，又可相互調用，共同完成ＵＳＢ主機的功能。
４．３ ＭＣＦ５２４９和ＩＳＰ１３６２底層通信的實(shí)現
這是整個(gè)ＵＳＢ體系軟件的根基，包括了ＭＣＦ５２４９對ＩＳＰ１３６２的讀、寫(xiě)、設定地址等操作，主要通過(guò)ＭＣＦ５２４９訪(fǎng)問(wèn)ＩＳＰ１３６２的控制寄存器來(lái)完成。ＩＳＰ１３６２的寄存器結構是命令―數據寄存器對結構，一個(gè)完整的寄存器訪(fǎng)問(wèn)周期需要在一個(gè)命令階段后緊跟一個(gè)數據階段。命令階段用來(lái)告知ＩＳＰ１３６２將在數據階段訪(fǎng)問(wèn)它的寄存器。在微處理器的１６位數據總線(xiàn)上，命令階段占低字節，高位填零。下面是讀３２位寄存器的程序代碼：
ｕｎｓｉｇｎｅｄ ｌｏｎｇ ｒｅａｄ_ｒｅｇ３２(ｕｎｓｉｇｎｅｄ ｃｈａｒ ｒｅｇ_ｎｏ)
{
ｕｎｓｉｇｎｅｄ ｉｎｔ ｒｅｓｕｌｔ_ｌ,ｒｅｓｕｌｔ_ｈ;
ｕｎｓｉｇｎｅｄ ｌｏｎｇ ｒｅｓｕｌｔ;
ｏｕｔｐｏｒｔ(ｈｃ_ｃｏｍ, ｒｅｇ_ｎｏ); ／／命令階段
ｒｅｓｕｌｔ_ｌ＝ｉｎｐｏｒｔ(ｈｃ_ｄａｔａ); ／／數據階段
ｒｅｓｕｌｔ_ｈ＝ｉｎｐｏｒｔ(ｈｃ_ｄａｔａ); ／／數據階段
ｒｅｓｕｌｔ ＝ ｒｅｓｕｌｔ_ｈ;
ｒｅｓｕｌｔ ＝ ｒｅｓｕｌｔ＜＜１６;
ｒｅｓｕｌｔ ＝ ｒｅｓｕｌｔ＋ｒｅｓｕｌｔ_ｌ;
ｒｅｔｕｒｎ(ｒｅｓｕｌｔ);
}
４．４ 主機功能實(shí)現
整個(gè)程序通過(guò)中斷調度來(lái)完成主機功能。ＵＳＢ總線(xiàn)在工作的時(shí)候，系統仍然按照特定的時(shí)序和協(xié)議規范運行。如系統通過(guò)數據線(xiàn)上的電平變化檢測到ＵＳＢ設備的接入與移出，接著(zhù)主機和外設就按照事先約定的順序執行一系列的信息交換, 即：主機重啟外設→主機給外設供電→外設通過(guò)缺省的地址０與主機通訊→主機給外設分配地址→主機請求外設的一系列功能和設備描述符。因此, 在Ｃ 語(yǔ)言中, 通過(guò)順序的編程和中斷的調度,就可以完成主機系統的標準的ＵＳＢ活動(dòng)。
５ 結束語(yǔ)
借助ＩＳＰ１３６２，開(kāi)發(fā)商可制造兼容ＯＴＧ的雙功能產(chǎn)品，實(shí)現點(diǎn)到點(diǎn)通信，其中的ＩＳＰ１３６２不僅可作為主機或傳統外設使用，還可根據需要動(dòng)態(tài)轉換主機／外設角色。ＩＳＰ１３６２的低功耗特性使其成為小型手持設備如個(gè)人數字助理（ＰＤＡ）、數碼相機、ＭＰ３播放器及移動(dòng)電話(huà)等的理想選擇，能滿(mǎn)足此類(lèi)產(chǎn)品對電池使用壽命、產(chǎn)品尺寸的嚴格要求。
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