USB移动基础知识

USB On-the-Go （OTG） 允许两个 USB 设备相互通信，而无需个人计算机的服务。尽管 OTG 似乎将“点对点”连接添加到 USB，但事实并非如此。相反，USB OTG 保留了标准的 USB 主机/外设型号，其中单个主机与 USB 外设通信。OTG引入了双角色设备（DRD），能够用作主机或外设。OTG的部分魔力在于，主机和外围设备可以在必要时交换角色。

在OTG之前，嵌入式主机的概念已经在USB世界中确立。大多数嵌入式主机芯片不是复制内置于个人计算机中的完整 UHCI/OHCI USB 控制器和驱动程序，而是提供有限的托管功能。这使得它们更适合嵌入式环境，而不是PC具有巨大的资源和无限的驱动程序和应用软件容量。

介绍

USB On-the-Go （OTG） 允许两个 USB 设备相互通信，而无需个人计算机 （PC） 的服务。尽管OTG似乎将点对点连接添加到USB世界，但它并没有。相反，USB OTG 保留了标准的 USB 主机/外设模型，其中单个主机与 USB 外设通信。然而，OTG确实引入了双角色设备，或者简单地说，一种能够作为主机或外围设备运行的设备。OTG的部分魔力在于，主机和外围设备可以在必要时交换角色。

在OTG之前，嵌入式主机的概念已经在USB世界中确立。大多数嵌入式主机芯片不是复制PC内置的完整UHCI / OHCI USB控制器和驱动程序，而是提供有限的托管功能。这使得它们比具有巨大资源和无限容量的驱动程序和应用软件的PC更适合嵌入式环境。

OTG 设备可能能够或不能作为主机运行。尽管如此，大多数OTG设备很可能是双重角色。

USB 外设

图 1 显示了 OTG 构建的基本 USB 外围电路。这些示例外设以低速或全速运行，通常称为 USB 1.1 设备。即使 USB 2.0 规范包括当前的 USB 1.1 规范并引入了第三种更高的速度，仍使用此命名法。

图1.USB 外围控制器及其相关电路。

图 1 中的控制器可能是微处理器和 USB SIE（串行接口引擎）、集成微处理器/USB 芯片或连接到 USB 收发器的 ASIC。总线供电外设需要一个 3.3V 稳压器，既要为逻辑供电，又要为连接到 D+ 或 D- USB 引脚的 1500Ω 电阻提供适当的电压。该上拉电阻向主机发出信号，表明设备已连接，并指示设备的运行速度。上拉到 D+ 表示全速;上拉至 D- 表示低速。连接的另一端（主机或集线器）在D+和D-上包含15kΩ下拉电阻，因此可以检测到上拉电阻。最后，建议在D+、D和V上使用ESD保护电路总线引脚，因为 USB 设计为热插拔。

如何成为房东

图1电路仅用作USB外设。要添加OTG双重角色功能，必须增强收发器，以允许OTG设备充当主机或外设。将以下内容添加到图 1 中，系统还可以用作主机：

D+ 和 D- 上的 15kΩ 下拉电阻

一种在 V 上供电而不是供电的方法总线

ASIC 或控制器还必须包含用作 USB 主机的逻辑。外围设备中缺少的一些主机职责包括：

发送 SOF（帧开始）数据包。

发送设置、输入和输出数据包。

在 USB 1ms 帧内安排传输。

信号 USB 重置。

提供 USB 电源管理。

除了需要双重角色的外设/主机USB控制器外，OTG还需要额外的电路来支持两种新协议，称为HNP和SRP。

主机协商协议

OTG 双角色设备既可以作为主机运行，也可以作为外设运行。在OTG命名法中，初始主机称为A设备，初始外设称为B设备。首字母这个词很重要。连接后，OTG 双角色设备可以使用新的主机协商协议 （HNP） 交换角色（主机和外围设备）。国家警察提出了两个明显的问题：（a） 如何确定最初的作用;（b） 如何确定初始作用。以及（b）为什么需要角色转换？

图2.第五个 ID 引脚确定默认主机。

电缆方向决定了初始角色（图2）。双角色设备使用称为mini-AB的新插座。迷你 A 插头、迷你 B 插头和迷你 AB 插座增加了第五个引脚 （ID），为电缆末端提供不同的电气身份。第五个 ID 引脚连接到迷你 A 插头内的接地，并在迷你 B 插头中浮动。接收接地 ID 引脚的 OTG 设备是默认的 A 设备（主机）;带有浮动 ID 引脚的器件是默认 B 器件（外设）。

图3.OTG 电缆向后插入。

为了理解HNP和主机/外设角色转换的必要性，图3中的示例显示了两个双角色设备，一个PDA和一个打印机。PDA 内部有一个打印机驱动程序。如图所示，这两个设备使用新的OTG电缆连接，使打印机成为默认主机（A设备），PDA成为默认外围设备（B设备）。但这种设置是倒退的。具有打印机驱动程序的 PDA 需要充当不包含驱动程序的打印机的 USB 主机。HNP不会打扰用户反转电缆，而是允许设备的角色自动和静默地反转。

会话请求协议

OTG规范向USB添加了第二个新协议，称为会话请求协议（SRP）。SRP允许B设备请求a设备打开VBUS电源并启动会话。

OTG会话被定义为A设备提供VBUS功率的时间。（注意：A设备始终提供VBUS电源，即使它由于HNP而用作外围设备。）A设备可以通过关闭VBUS来结束会话以节省电源，这在手机等电池供电设备中是一个非常重要的要求。

图4.OTG 会话请求协议 （SRP）。

图4显示了一个常见的OTG应用：两部手机连接在一起交换信息。右侧电话接收电缆的迷你 A 端，使其成为 A 设备，因此默认为主机角色。左边的电话是 B 设备，默认为外围设备。如果不需要通过USB进行通信，A设备可以关闭V的电源总线导线，B设备可以检测到，以便它也可以进入低功耗状态。

现在假设左电话的用户按下按钮来同步地址簿，或任何其他需要 USB 会话的操作。左侧手机中的“SRP 脉冲”块首先脉冲 D+ 线，然后脉冲 V 线总线用于唤醒 A 设备的电线。（A器件可以响应D+或V。总线脉冲。然后，A器件检测到脉冲，使其接通V总线并启动会话。

SRP 协议比这个简单的插图更复杂。例如，B 设备必须首先测量 V总线以确保会话未进行中。它还必须能够区分经典PC或电缆另一端的OTG设备。它通过将测量的电流量输送到 V 来实现这一点总线电线并注意产生的电压。

会话开始后，设备可能会也可能不会使用 HNP。

OTG 收发器

现在，我们准备研究OTG收发器的要求，如图5所示。

图5.OTG 收发器。

图5系统基于图1示例电路。ASIC 模块也可以是具有 USB 功能的微处理器或 DSP。三个附加功能使收发器OTG兼容：

D+/D- 上的可切换上拉和下拉电阻器，允许外设或主机功能。

用于监控和提供 V 上 5V 电源的电路总线作为 A 设备，并用于监控和脉冲 V总线作为启动 SRP 的 B 设备。

一个 ID 输入引脚，可用作 ASIC 的输出。

为了使该系统作为双角色OTG设备运行，ASIC，DSP或连接到收发器的任何设备必须能够作为外设或主机运行，并且由于HNP而动态切换角色。

大多数添加的收发器电路管理VBUS引脚，该引脚现在还必须作为主机提供8mA的5V电源，并作为外围设备执行VBUS脉冲。模拟开关为收发器配置它必须扮演的各种角色。

审核编辑：郭婷