USB OTG功能詳解

2022-05-03 02:45:05 字數 3598 閱讀 8342

usb otg是usb on-the-go的縮寫,是近年發展起來的技術,2023年12月18日由usb implementers forum公布,主要應用於各種不同的裝置或移動裝置間的聯接,進行資料交換。特別是pda、移動**、消費類裝置。改變如數碼照相機、攝像機、印表機等裝置間多種不同制式聯結器,多達7種制式的儲存卡間資料交換的不便。

usb技術的發展,使得pc和周邊裝置能夠通過簡單方式、適度的製造成本將各種裝置連線在一起,上述我們提到應用,都可以通過usb匯流排,作為pc的周邊,在pc的控制下進行資料交換。但這種方便的交換方式,一旦離開了pc,各裝置間無法利用usb口進行操作,因為沒有乙個裝置能夠充當pc一樣的host。on-the-go,即otg技術就是實現在沒有host的情況下,實現裝置間的資料傳送。

例如數位相機直接連線到印表機上,通過otg技術,連線兩台裝置間的usb口,將拍出的相片立即列印出來;也可以將數碼照相機中的資料,通過otg傳送到usb介面的行動硬碟上,野外操作就沒有必要攜帶**昂貴的儲存卡,或者背乙個便攜電腦。

otg設計原理

1 、通訊協議

usb otg標準在完全相容usb2.0標準的基礎上,增添了電源管理(節省功耗)功能,它允許裝置既可作為主機,也可作為外設操作(兩用otg)。otg兩用裝置完全符合usb2.

0標準,並可提供一定的主機檢測能力,支援主機通令協議(hnp)和對話請求協議(srp)。在otg中,初始主機裝置稱為a裝置,外設稱為b裝置。可用電纜的連線方式來決定初始角色。

圖2所示是用第5個id腳確定預設主機的示意圖,兩用裝置使用新型mini-ab插座,從而使mini-a插頭、mini-b插頭和mini-ab插座增添了第五個引腳(id),以用於識別不同的電纜端點。mini-a插頭中的id引腳接地,mini-b插頭中的id引腳浮空。當otg裝置檢測到接地的id引腳時,表示預設的是a裝置(主機),而檢測到id引腳浮空的裝置則認為是b裝置(外設)。

系統一旦連線後,otg的角色還可以更換。主機與外設採用新的hnp,a裝置作為預設主機並提供vbus電源,並在檢測到有裝置連線時復位匯流排、列舉並配置b裝置。otg標準為usb增添的第二個新協議稱為對話請求協議(srp)。

srp允許b裝置請求a裝置開啟vbus電源並啟動一次對話。一次otg對話可通過a裝置提供vbus電源的時間來確定(注:a裝置總是為vbus供電,即使作為外設)。

也可通過a裝置關閉vbus電源來結束一會話以節省功耗,這在電池供電產品中是非常重要的。例如,在兩台蜂窩**通過連線互相交換資訊時,一台連線在電池的mini-a端,是a裝置,預設為主機。另一台是b裝置,預設為外設。

當在不需要usb通訊時,a裝置可以關閉vbus線,此時b裝置就會檢測到該狀態並進入低功耗模式。

2 、otg功能的構建

圖3所示電路給出了構建otg功能時需要在基礎usb外設上新增的電路,電路中的通用序列匯流排控制器可以是乙個微處理器和usb sie(串列埠引擎),也可以是整合的μp/usb晶元或與usb收發器相連的asic。為匯流排提供電源的外部裝置需要一路3.3v穩壓輸出供電電壓,以便為邏輯電路和連線在d+、d-引腳的1.

5kω上拉電阻提供電源。通過d+、d-引腳上的上拉電阻可向主機發出裝置已連線的訊號,並指示裝置的工作速度。電阻上拉至d+表示全速執行,電阻上拉至d-表示低速執行。

其它端點(包括d+和d-的15kω下拉電阻)用於檢測上拉電阻的狀態。由於usb設計需要提供熱插拔功能。因此,其esd保護電路主要用於為d+、d-和vbus引腳提供保護。

為了增加otg的兩用功能,必須擴充收發器功能來使otg裝置既可作為主機使用,也可以作為外設使用。而要實現上述功能,就需要在圖3所示電路中新增d+和d-端的15kω下拉電阻並為vbus提供供電電源。此外,收發器還需要具備以下三個條件:

(1)可切換d+/d-線上的上拉和下拉電阻,以提供外設和主機功能。

(2)作為a裝置時,需要具有vbus監視和供電電路;作為b裝置初始化srp時,需要監視和觸發vbus。

(3)具有id輸入引腳。

作為兩用otg裝置,asic、dsp或其它與收發器連線的電路必須具備充當外設和主機的功能,並應按照hnp協議轉換其角色。

收發器所需新增的大多數電路用於vbus引腳的管理。作為主機,它必須能夠提供5v、輸出電流可達8ma的電源。圖3中的模擬開關用於配置收發器的各種功能。

asic和控制器還必須包含usb主機邏輯控制功能,包括傳送sof(幀啟動)包、傳送配置\u36755輸入\u36755輸出資料報,在usb 1 msec幀內確定傳輸程序、傳送usb復位訊號、提供usb電源管理等。

usb otg的工作原理

otg補充規範對usb 2.0的最重要的擴充套件是其更具節能性的電源管理和允許裝置以主機和外設兩種形式工作。otg有兩種裝置型別:

兩用otg裝置(dualrole device)和外設式otg裝置(peripheralonly otg device) 。兩用otg裝置完全符合usb 2.0規範,同時,他還要提供有限的主機能力和乙個miniab插座、支援主機流通協議(host negotiatio n protocol, hnp),並和外設式otg裝置一樣支援事務請求協議(session request protocol, srp)。

當作為主機工作時,兩用otg裝置可在匯流排上提供8 ma的電流,而以往標準主機則需要提供100~500 ma的電流。

2個兩用otg裝置連線在一起時可交替以主機和從機的方式工作,這個特點相容了現有usb 規範主機/外設的結構模型。otg主機負責初始化資料通訊的任務,比如:匯流排復位、獲取usb 各種描述符和配置裝置。

這些配置完成後,2個otg裝置便可分別以主機和從機方式傳輸資訊,2個裝置主從角色交換的過程由主機傳輸協議(hnp)定義。

1主機(adevice)和從機(bdevice)的初始功能

裝置的初始功能是通過定義聯結器來實現的。otg定義了乙個叫做miniab的袖珍插孔,他能直接接入minia或者minib插頭,miniab(插座)有乙個id引腳上拉至電源端,minia插頭有乙個與地連線好的id(r<10 ω),mini b插頭有乙個未與地連線的開路id引腳(r>100 kω)。當2個otg裝置連線到一起的時候,minia插頭邊的id引腳會注入乙個「0」狀態,minib插頭邊的id引腳為 「1」,id為0的otg裝置預設為主機(a device),id為1的otg裝置預設為從機(b device)。

圖1對上述內容進行了**[4]。

2對話請求協議srp(session request protocol)

這個協議允許a device(總是a裝置供電,可以是電池供電)在匯流排未使用時通過切斷vbus來節省電源消耗,也為b device啟動匯流排活動提供了一種方法。任何乙個a device, 包括pc或可攜式電腦,都可以響應srp;任何乙個b device,包括乙個標準usb外設,都可以啟動srp;要求乙個雙重功能裝置既能啟動srp,又能響應srp。

3主機流通協議hnp(host negotiation protocol)

hnp是一種用來實現a device和b device主機/從機轉換的協議(實際上是電纜的反轉)。主/從機功能交換的結果表現在下列過程中:

(1)利用上拉電阻來傳送訊號給從機。

(2)a device可在b device上設定「hnp enable」特性。

(3)b device斷開上拉。

(4)a device與上拉電阻相連,表明a device從屬於從機。

(5)a device給vbus供電。

(6)b device檢測a device的上拉。

(7)復位/列舉/使用a device。

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