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USB On-The-Go 技術(shù)概述
作者：
時(shí)間：2012-11-06
來(lái)源：網(wǎng)絡(luò )
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USB的廣泛應用使其正在成為外設與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要求，一直由于USB主機／設備結構的制約沒(méi)有理想的解決方案。USB2。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?！ ?001年底，USB開(kāi)發(fā)者論壇（USBImplementersForum，USBIF）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USBOn-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USB2。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-roledevice）和外設式OTG設備（Perip-heral-onlyOTGdevice）。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和一個(gè)MiniAB插座、支持主機流通協(xié)議（HostNegotiationProtocol，HNP），并和外設式OTG設備一樣支持事務(wù)請求協(xié)議（SessionRequestProtocolSRP）。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主機同樣負責初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OTG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。
B-device將先后執行數據線(xiàn)脈沖調制（data-linepul-sing）和VBUS脈沖調制（VBUSpulsing）。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?。?，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“NoSilentFailure”。
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)、枚舉并配置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)判斷它是否支持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)。
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，A-device使能它的數據線(xiàn)并開(kāi)始以從機方式工作。完成這些轉換后，B-device和A-device便各自以主機角色和外設角色使用總線(xiàn)。如果該B-device屬于兩用OTG設備且A-device不再使用它了，A-device便重發(fā)Set＿feature命令并掛起總線(xiàn)。若B-device申請角色轉換時(shí)出錯，A-device則拉低VBUS以結束該事務(wù)。當B-device正常結束傳輸事務(wù)時(shí)便掛起VBUS使能其上拉電阻，重新以從機方式運行。A-device檢測到總線(xiàn)掛起后，發(fā)出一個(gè)連接斷開(kāi)信號并重新以主機方式工作。
2連接器和電纜
2。1連接器
USBIF在OTG中定義了更小的連接器，可以同時(shí)用于主機式和外設式的設備、具有更低的電源需求、擴展的電源保護模式和利于上層軟件開(kāi)發(fā)的簡(jiǎn)潔設計。
OTG和現有的USB2。0規范完全兼容，一個(gè)主要的機械上的改進(jìn)是它的新式連接器。USB2。0定義了三種連接器對（插頭和插座）：Standard-A、Standard-B和Mini-B。Mini-B連接器是專(zhuān)為較小的外設（如移動(dòng)電話(huà)等）開(kāi)發(fā)的。OTG規范增加了第四種插頭？Mini-A，兩種插座：Mini-A和Mini-AB。這些連接器比最初的USB連接器要小許多（如：Mini-A插頭截面積只有Standard-A插頭的38%），更適合于便攜式設備。
Mini-AB插座用于兩用設備。Mini-A新增的ID腳（以前的USB插頭不含此腳）在連接Mini-AB時(shí)接地短路，而Mini-B則使該腳斷開(kāi)，這樣兩用設備便可識別連接設備的類(lèi)型以決定設備的默認角色。
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