Something About USB On-The-Go

USB On-The-Go是什麼

    USB介面的裝置現在是隨處可見了，印表機、相機、手機、MP3等幾乎目前能想到的消費類電子裝置都具有USB介面。USB傳輸速率快，介面簡單、支援熱插拔的特性，使其在諸多介面中脫穎而出，大有統一天下之勢。但傳統的USB協議（USB2.0）限制了在這龐大的裝置群中必須有一個HOST作為主子，通常是PC。兩個外設之間的資料交換必須通過這個主子中轉才能完成，效率較低，不大方便。隨著嵌入式裝置的爆炸式增長，兩個USB裝置之間直接進行資料交換的需求越來越強烈，USB On-The-Go就應運而生了。一些手機、PDA和行動裝置的廠商在USB2.0的基礎上合作開發了USB On-The-Go(OTG)。USB OTG首先解決了USB裝置之間點對點的資料交換問題，擺脫了附庸於USB HOST的繁瑣。舉例來說，有了USB OTG，數位相機可以直接將照片通過印表機列印出來，而不必先將照片拷貝到PC上，再由PC控制印表機列印。

    USB OTG還有以下幾個特性：

n         介面更小巧，有效減小了電子產品的體積

n         既能充當HOST又能用做Device，即DRD（Dual-role-devices）

n         OTG裝置依然可以串連到PC上用做普通的外設，即POD（Peripheral-Only Device）

n         功耗更低，以延長採用電池供電的USB裝置的待機時間

USB OTG介面

    傳統的USB裝置分為A和B兩種。A介面的裝置提供電源VBus，用做主子。B介面的裝置在通訊過程中作為外設。無論是A介面、B介面還是各自的Mini介面，雖然外形有些差別，但使用的引腳都遵循以下定義：

    1腳：VCC電源

    2腳：D-差分負極

    3腳：D+差分正極

    4腳：GND接地

USB OTG增加了一個ID引腳，它的介面（Mini-AB）定義如下：

1腳：VBus

2腳：D-

3腳：D+

4腳：ID

5腳：GND

USB OTG通過ID訊號線來識別是Mini A還是Mini B插頭。為了使用方便，不同的接外掛程式顏色不一樣：Mini A採用白色，Mini B採用黑色，Mini AB採用灰色。

USB OTG協議簡述

USB OTG中引入了兩個新的協議， SRP（Session Request Protocol）和HNP（Host Negotiation Protocol），即會話請求協議和主機交流協議。

    SRP用於B裝置向A裝置請求建立會話和使用匯流排。OTG系統中的A裝置一般採用電池供電，因此，OTG系統電源管理是非常重要的。為了節省OTG系統的功耗，OTG規定A裝置在沒有匯流排活動的時候，可以關掉VBus上的電源。這樣，當一個B裝置串連到A裝置上之後，就要初始化SRP，並發送給A裝置，請求A裝置在VBus上提供電流支援，進而進行通訊。OTG中，DRD既可作為A裝置，也可作為B裝置，因此DRD必須支援初始化SRP和響應SRP，POD只能作B裝置，所以只能初始化SRP。B裝置有兩種方式向A裝置發送請求，要求建立SRP：資料線脈衝（Data-Line Pulsing），一種是VBus脈衝（VBus Pulsing）。任何一個A裝置只要求能響應一種SRP方式，而B裝置必須能初始化兩種SRP方式。這樣就能保證，當B裝置線初始化一種SRP，A裝置無法響應時，B裝置能用另一種SRP方式。

    HNP用於兩個OTG裝置互連時角色切換。為了實現HNP，A裝置必須首先允許B裝置通過OTG最新定義的Set_Feature命令來控制匯流排。一旦該請求被A裝置接受，B裝置就可以對匯流排進行控制。如果A裝置想給B裝置一個機會來控制匯流排，它將中止對匯流排的操作，將匯流排掛起。接著B裝置就將D+拉低來終止以前的串連。接著，A裝置啟用位於D+處的上拉寄存器，完成這個轉換。此後，B裝置就將作為主控裝置使用，而A裝置將作為外圍裝置使用。同樣，B裝置也可以通過將匯流排掛起並啟用D+上拉寄存器，A裝置探測到匯流排上的變化後，清除D+上拉寄存器並重新作為主控裝置使用。簡而言之，兩個OTG裝置互連時，可以通過HNP協議協商主從地位。

WinCE下USB OTG驅動概述

    USB OTG的軟體結構包括3部分：

u       OTG控制器的驅動：包括SRP和HNP

u       OTG的外設驅動：實現標準的USB類，來實現特定的USB外設功能

u       OTG系統HOST驅動：包括HOST驅動、作業系統支援軟體和支援外設的類庫。

    對於移植這一部分的驅動來說，需要注意ID偵測訊號、VBUS的控制訊號，這兩個訊號一般串連到MCU的GPIO上，根據硬體修改，而SRP和HNP一般由廠商完成，無需修改。我在調試這一部分時碰到的主要問題是，插入隨身碟後，OTG驅動檢測到隨身碟插入，並提供了VBUS的供電，但卻馬上停止通訊，無法正常使用隨身碟，後來經過進一步調試發現是MCU的OTG_VBUS的供電不足5V導致，不能用時的電壓為4.6V左右，串連到5V後就沒有問題了，目前USB OTG支援隨身碟，USB鍵鼠似乎是不能用的。