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嵌入式USB主機擴展應用
作者：
時(shí)間：2013-10-26
來(lái)源：網(wǎng)絡(luò )
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1綜述
移動(dòng)數據交換和存儲，是近年來(lái)IT行業(yè)的熱點(diǎn)。如今，各式各樣的移動(dòng)存儲有如雨后春筍般出現。從最早的存儲量為幾K、能存儲用戶(hù)個(gè)人信息的USB小鑰匙，到容量可與PC硬盤(pán)媲美的USB活動(dòng)硬盤(pán)，再到以Flash作為存儲介質(zhì)的真正能夠“移動(dòng)”起來(lái)的USB閃盤(pán)和優(yōu)盤(pán)，直到今天大量的PC外設和多媒體家電中大量使用的數據存儲器……可見(jiàn)，數據交換的可移動(dòng)性和便捷性是整個(gè)數字化時(shí)代大廈的根基。移動(dòng)數據交換刺激了IT業(yè)的發(fā)展，便利了人們的生活。
與此同時(shí)，我們還應注意到這樣一個(gè)問(wèn)題：移動(dòng)數據交換業(yè)，是伴隨著(zhù)通用串行總線(xiàn)（UniversalSerialBus，簡(jiǎn)稱(chēng)為USB）的成熟而興起的。USB既是數據交換的媒介，又是其核心?？梢赃@樣說(shuō)，沒(méi)有USB，就不會(huì )有移動(dòng)數據業(yè)務(wù)如此迅猛地發(fā)展。
2為什么要開(kāi)發(fā)嵌入式的USB主機？
從USB問(wèn)世，到協(xié)議規范2.0版本，USB在不斷自我完善，并走向成熟。從普通計算機用戶(hù)，計算機工程師，到硬件芯片生產(chǎn)廠(chǎng)商，都已經(jīng)完全認可了USB。廠(chǎng)商對于USB的硬件和軟件支持的也越來(lái)越完備，現在開(kāi)發(fā)一 個(gè)USB外設產(chǎn)品，所需要投入的成本和時(shí)間大大降低了，幾年前是沒(méi)有辦法做到這一點(diǎn)的。但是，隨著(zhù)USB應用領(lǐng)域的逐漸擴大，人們對于USB的期望也越來(lái)越高，希望USB能應用在各種計算機領(lǐng)域中，尤其是在移動(dòng)數據領(lǐng)域中，希望能通過(guò)PDA等移動(dòng)設備直接和USB外設通信，使得USB能應用在沒(méi)有PC的領(lǐng)域中。
非PC應用領(lǐng)域？
這正是USB一個(gè)致命的弱點(diǎn)。USB的拓撲結構中居于核心地位的是Host（也稱(chēng)為主機），任何一次USB的數據傳輸都必須由主機來(lái)發(fā)起和控制，所有的USB外設都只能和主機建立連接，任何兩個(gè)外設之間或是兩個(gè)主機之間無(wú)法直接通信。而目前，大量的扮演主機角色的是個(gè)人電腦PC。因此，我們目前所買(mǎi)到和使用的USB移動(dòng)設備，都是USB的外設（device），比如USB的移動(dòng)硬盤(pán)、比如USB接口的數碼相機等等。所有這些設備都只能在PC上使用，只能通過(guò)PC來(lái)進(jìn)行相互的文件和數據交換。沒(méi)有了PC，這些設備就“失靈”了（指數據交換的功能）。
因此，“如何將USB應用到嵌入式領(lǐng)域？如何實(shí)現USB點(diǎn)對點(diǎn)的通信？”等問(wèn)題，開(kāi)始進(jìn)入了USB開(kāi)發(fā)者的討論議程。正是在這種新的需求之下，USB主機的嵌入式應用成了USB領(lǐng)域新的興奮點(diǎn)。
正是在這種背景下，業(yè)界和用戶(hù)的需求呼喚USB主機實(shí)現嵌入式化，也就是開(kāi)發(fā)和設計嵌入式的USB主機。
3嵌入式USB主機在數據存儲和交換中的應用
我們來(lái)看一幅圖，如圖1所示，這里有3個(gè)我們日常生活中可能碰到的場(chǎng)景：
●朋友的移動(dòng)硬盤(pán)上有一些好聽(tīng)得MP3歌曲，我想直接通過(guò)我的MP3播放器拷貝過(guò)來(lái)；
●想換掉手機，買(mǎi)個(gè)PDA，手機里的電話(huà)本想直接復制到PDA中；
●出門(mén)在外，用數碼相機照了很多漂亮的風(fēng)景，想在身邊的打印機上直接打印出來(lái)；
……
圖 1
這樣的場(chǎng)景我們可能早已夢(mèng)想著(zhù)能夠實(shí)現。圖中的每一個(gè)設備都是一個(gè)USB的外設，現在的技術(shù)條件下，我們只能通過(guò)PC作為數碼文件的“交換器”。比如第3中場(chǎng)景，我們首先是把數碼相機連接到PC上，并且安裝相應的驅動(dòng)程序和用戶(hù)界面，把數碼相機存儲盤(pán)上的內容復制到PC硬盤(pán)上。然后，把USB打印機連接到PC。最后，再把照片打印出來(lái)。整個(gè)過(guò)程，很是復雜，更是不方便。
因此，有了嵌入式的USB主機，那么圖1所示的場(chǎng)景將不再是夢(mèng)想！這里，需要做的就是在MP3播放器、數碼相機里嵌入USB主機模塊，使其由傳統的USB外設成為USB主機，這樣，這些嵌入式的主機就可以直接和移動(dòng)硬盤(pán)、打印機等USB的外設連接，實(shí)現特定的功能。那么，而當我們需要再次把數碼相機等連接到PC上時(shí)，就需要讓其恢復USB外設的功能。
可以預見(jiàn)，嵌入式USB主機最大的市場(chǎng)和增長(cháng)點(diǎn)在于移動(dòng)家電，比如PDA與USB記憶棒傳遞數據、MP3之間傳遞歌曲、數碼相機連接打印機。因此，具有很強的應用背景和市場(chǎng)前景。
4以嵌入式USB主機作為核心的USBOn-The-Go
USBOn-The-Go，顧名思義，是USB應用在便攜式移動(dòng)設備領(lǐng)域中，因此，我們姑且將其翻譯為“便攜式USB”（或者“移動(dòng)USB”），簡(jiǎn)記成USBOTG。符合USBOTG的設備完全拋開(kāi)了PC，既可以作為Host，也可以作為外設，而與另一個(gè)OTG設備直接實(shí)現點(diǎn)對點(diǎn)（PeartoPear）通信。因此，這類(lèi)OTG設備也被稱(chēng)為是雙角色設備（Dual-RoleDevice，簡(jiǎn)稱(chēng)為DRD），并能夠根據接入設備的特性和數據傳輸過(guò)程中的情況，自動(dòng)切換為Host或是外設。
可見(jiàn)，USBOTG正是符合了圖1所示的場(chǎng)景需求 。
我們注意到，USB OTG雖然是具備了更強大的功能，但是其核心仍然是嵌入式USB主機，只不過(guò)需要加入一個(gè)能夠自動(dòng)切換角色的功能。而這個(gè)新功能的實(shí)現，就要借助于USBOTG接口芯片的物理層來(lái)實(shí)現。而且，在很多場(chǎng)合下，不需要實(shí)現USB外設的功能，只需要實(shí)現USB主機功能。比如一個(gè)工業(yè)數據采集的領(lǐng)域中，我們需要使用USB優(yōu)盤(pán)作為數據存儲的載體，那么就要在項目中實(shí)現一個(gè)嵌入式的USB主機來(lái)采集數據，并且把數據存儲到優(yōu)盤(pán)中。這里，這個(gè)USB主機就不必實(shí)現外設的功能，因為其根本不用連接到PC。而且，很多USB方案的提供商，在設計USBOTG時(shí)，就是設計一個(gè)嵌入式的USB主機，然后通過(guò)軟件實(shí)現角色切換的功能。
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