USB On—The-Go在移動(dòng)領(lǐng)域中的應用

USB是連接PC與外圍設備的首選接口。隨著(zhù)高速USB集線(xiàn)器、數碼相機、掃描儀、視頻會(huì )議攝像機、大容量數字存儲設備等具有多媒體技術(shù)的新型設備的不斷涌現，2000年USB-IF發(fā)布了USB2．0規范。該規范可提供480Mbps的高速傳輸速率，高速USB2．0與全速USB1．1(傳輸速率12Mbps)和低速USB1．O(傳輸速率1．5Mbps)完全兼容。無(wú)論是USB1．1、USB1．0，還是USB2．0，它們都必須通過(guò)PC的USB主控制器，在PC的控制下實(shí)現與USB外圍設備之間高速、低速的數據交換。作為PC的外圍設備，如果系統沒(méi)有PC，各設備間無(wú)法利用USB接口進(jìn)行數據交換。目前MP3播放器、數碼相機、PDA、手機等眾多產(chǎn)品都具備USB接口，但它們也只能作為PC外設實(shí)現與PC的數據傳輸，而不能實(shí)現它們之間點(diǎn)對點(diǎn)的通信。隨著(zhù)移動(dòng)終端的普及，不使用PC，直接在移動(dòng)終端間進(jìn)行連接的需求越來(lái)越多，USB On-The-Go (USB OTG)的擴展標準正是為了滿(mǎn)足這一需求而提出的。USB-IF公布的最新版本USBOTG就是建立在USB2．0的基礎上，用便攜式設備作為有限的主機與現有的USB外設相連，以及便攜式設備之間的互連，實(shí)現它們之間實(shí)時(shí)、快速的音頻數據和視頻數據的傳輸。本文在分析USB OTG性能特點(diǎn)的基礎上，簡(jiǎn)要介紹了USB OTG在移動(dòng)領(lǐng)域中的應用及發(fā)展前景。

1 USB OTG的性能特點(diǎn)

1．1 USB OTG的硬件特點(diǎn)

USB操作簡(jiǎn)單，即插即用，是免費公開(kāi)的標準。而且Windows OS和許多RTOS都提供USB驅動(dòng)程序，當今市場(chǎng)上已有許多USB設備，USB可以說(shuō)是無(wú)處不在。在移動(dòng)領(lǐng)域，手機或PDA等便攜式設備，也需要作為Modem連接到PC上進(jìn)行文件傳輸，目前許多移動(dòng)終端生產(chǎn)廠(chǎng)家，都已將USB接口加到新產(chǎn)品上，但它們也只能作為PC外設實(shí)現與PC的數據交換。

USB OTG擴展了便攜式設備之間的連通性，限定了主機(Host)功能，在傳統的USB外設上增加了主機的功能，適應點(diǎn)對點(diǎn)的連接。在硬件方面，它也添加了更小的連接器和電纜，其中包括袖珍的A插頭(Mini-A)、袖珍的A插槽(Mini-A)和袖珍的AB插槽(Mini-AB)，這些連接器比通常的USB標準連接器Standard-A和Standard-B小很多，更適于便攜式設備。OTG也新增了Mini-A至Standard-B和Mini-A至Mini-B兩種連接電纜。

OTG設備目前有兩種：兩用OTG設備 (Dual-BoleDevice)和外設式OTG設備(Peripheral-Only Device)。外設式OTG設備是傳統的USB外設，它只能使用Mini-B插槽，不能使用Mini-AB插槽。而兩用OTG設備既可作為主機，也可作為外設。作為主機的兩用OTG設備不需要支持所有的USB外設，但當它與PC相連時(shí)，就只能作為外設使用。兩用OTG設備都有一個(gè)Mini-AB插槽，可依照主從設定，通過(guò)Mini-A或Mini-B連接器實(shí)現點(diǎn)對點(diǎn)的連接。為了易于區分兩用設備，通常Mini-A為白色，多為主控接口，插入Mini-A的設備為A-設備(A-Device)；Mini-B為黑色，多為從屬接口，插入Mini-B的設備為B-設備(B-Device)；Mini-AB為灰色，多為雙重角色接口。

圖1為傳統的USB與USB OTG的連接對比。在左圖中，手機和PDA都作為外設式OTG設備，通過(guò)標準Standard-A和Mini-B連接器，實(shí)現與PC的數據交換。在右圖中，手機和PDA作為兩用OTG設備，分別都有一個(gè)Mini-AB插槽。手機如作為兩用OTG設備，既可以作為A-設備，完成Host的功能，通過(guò)Mini-A到Mini-B連接器，實(shí)現手機到PDA點(diǎn)對點(diǎn)的實(shí)時(shí)通信和數據交換；也可以作為B-設備，如標準的USB外設，通過(guò)Mini-B到Mini-A連接器，完成與PDA的數據傳輸。PDA同樣也是如此。

USB OTG通過(guò)五腳接口和五線(xiàn)電纜傳輸數據。除了傳統的“VBUS”、“D+”、“D-”、“GND”四個(gè)針腳外，第五個(gè)針腳為“ID”腳，ID腳決定了初始化的主從角色：在Mini-A插頭中，ID短路接地，所連設備被初始化為主；在Mini-B插頭中，ID懸空，所連設備被初始化為從。在軟件控制下，主從角色也可以利用主設備轉換協(xié)議 (HNP)進(jìn)行互換。圖2為USB OTG主從角色的設定。

主設備可提供低功率輸出，最小為8mA的電流到USB電纜，當不傳輸時(shí)可關(guān)掉VBUS。在VBUS關(guān)閉時(shí)，如從屬設備需要使用總線(xiàn)，則可請求主設備開(kāi)啟VBUS，為VBUS重新供電。低功耗可支持USB設備在電池供電的情況下正常工作，延長(cháng)電池壽命，節省能源。

1．2 USB OTG的通信協(xié)議

USB OTG與USB標準僅有最小的差別，如主設備轉換協(xié)議HNP(Host Negotiation Protoc01)、會(huì )議請求協(xié)議SRP(Session Request Protocol)、維持USB通信方式，即USB主／從結構、無(wú)對等方式等。主設備轉換協(xié)議(HNP)可以控制A-設備與B—設備連接中主機角色的轉換，它通過(guò)A—設備產(chǎn)生使B—設備獲得總線(xiàn)控制的條件，使B—設備獲得總線(xiàn)控制的機會(huì )，實(shí)現二者之間的主從轉換。會(huì )議請求協(xié)議(SRP)可在會(huì )議開(kāi)始的一個(gè)時(shí)間段內，VBUS高于A(yíng)—設備的通話(huà)門(mén)限值，A-設備被默認為主設備。在會(huì )議過(guò)程中，A-設備與B—設備可通過(guò)主設備轉換協(xié)議，完成主從角色的轉換。當VBUS跌落到小于A(yíng)-設備的通話(huà)門(mén)限值，則通話(huà)結束，B—設備將總線(xiàn)控制權交還給A—設備，B—設備再重新轉為從屬設備，同時(shí)，A-設備也還原為主設備。