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  • usb传输原理

    2018-09-27 21:24:01
    USB最重要的是要理解USB主机发送命令给设备,设备要对主机的命令进行响应,USB停训的基本单位为“包”,包有如下分类: 令牌包、数据包、握手包、特殊包
  • USB传输原理

    千次阅读 2018-12-13 10:32:22
    USB传输小节    首先,要明白两个观点。第一,USB总线上所有的事务(数据流传输)都是由USB Host主动发起,而USB设备永远永远都是只是被动地接收然后处理USB Host发来的各种各样的命令(要求)。第二,中断是USB...

    转自:https://blog.csdn.net/aaronychen/article/details/3719412

    USB传输小节

     

        首先,要明白两个观点。第一,USB总线上所有的事务(数据流传输)都是由USB Host主动发起,而USB设备永远永远都是只是被动地接收然后处理USB Host发来的各种各样的命令(要求)。第二,中断是USB HostUSB设备之间的信令员,USB Host所有的要求都是通过这个信令员即中断来通知USB设备。

    我们可以将整个USB数据通信过程看成是由一个一个的数据包构成,而这些数据包又分很多类,比如:令牌包,数据包,握手包,帧起始包。令牌包又分In包,Out包,Setup包。有一点我觉得对于刚开始接触USB的人来说,一定要弄清楚这么多包,哪些是由硬件自动来处理,哪些是要由驱动程序去处理的,如果这点没有弄清楚,写或者看驱动代码时往往会摸不着头脑.下面通过分析USB Host读取USB设备描述符整个过程来说明这个问题:

     

     

    1.上图中粉红色的Packet#表示是主机发出,设备接收包;淡青色的Packet#表示是设备发出,主机接收包。如果区分不了这两种颜色,可以根据箭头的方向来区分,>”这个表示是主机发出,设备接收的包;”<” 表示是设备发出,主机接收的包。 
    2
    .图中灰色的部分表示,这些包在写驱动的时候是不太需要关心的地方,但是要了解有这么一个过程,这些灰色的部分都是由硬件自动处理
    3
    .那设备驱动要做的是什么呢?就是根据设备产生的中断来读取、解析、回应相应的数据包,注意上图中土黄色和淡蓝色两个数据包。 
    4. 
    下面详细分析整个过程,以及设备驱动该干些什么? 
    1) 
    在控制传输阶段,任何一个传输都是由Setup包发起(Packet#96) 
    2) 
    USB设备接收到这个包,并识别出这是一个Setup包时,USB设备会产生一个Setup中断,有的称之为控制端点/端点0中断,以便通知MCU主机有任务下来啦,准备开始做事啦,这个动作都是由硬件自动完成 
    3) 
    紧接着Setup包的是,USB主机下达给USB设备具体是什么任务了,我们可以认为这个过程几乎是和Setup中断同时完成. (Packet#97) 
    4) 
    既然发生了Setup中断,USB设备驱动就可以认为主机有命令下达,USB设备收到主机下达命令后,由USB设备驱动发送一个Setup应答包,表示说长官,命令已经收到” ?(Packet#98) 
    5) 
    设备已经接收到了主机的命令,那么USB设备驱动现在就要解析这个命令,来得知USB主机到底下达的是什么命令,在这里通过解析黄色数据 ” 80 06 00 01 00 00 40 00”可以得知该命令的意思是主机要求设备发送设备描述符,具体解析过程就是协议规范的内容了… 
    6) 
    既然USB设备已经成功得知了USB主机的命令是要发送设备描述符,那USB设备就赶紧去查找这些设备描述符在哪里? 
    7) 
    那驱动已经找到了设备描述符了,驱动是不是该把这个设备描述符发给USB主机呢?答案是NoNoNo,原因就是开篇就提到的,所有的传输都是有主机主动发起,设备被动响应。现在虽然USB主机通知设备主机要设备描述符信息,但是主机目前并没有要求主机将这些信息发回去,所以,设备就算已经找到了描述符,也不能主动给主机发这些信息。打一个不太恰当的比喻,就好比一场足球比赛,教练让你活动活动,准备上场”,现在你准备活动已经做完了,那你可不能立马就冲到场上去踢球,即使你活动完了,你还得等待教练的下一步指示,因为教练还得安排决定让谁下场,什么时候下场比较合适…. 等到教练说上场吧,那你就可以上场了… 好像比较扯了….哈哈 ? 
    8) USB
    主机下一个IN包通知USB设备回应刚才的命令,相当于教练喊上场,当USB设备收到这个IN包时,产生一个IN中断来通知MCU,那这时表示设备收到了上场的命令了。(Packet#103) 
    9) 
    这时,USB设备驱动把找到的设备描述符发送给USB主机。(Packet#104) 
    10) 
    主机收到设备回应的设备描述符后,给设备发一个握手包,表示已经收到设备的回应包了。(Packet#105) 11) 接下来,USB主机会发送一个0字节的数据包来作为状态响应,并且设备发一个握手包来结束整个过程,这是由硬件自动完成. (Packet#108/109/110)
    由此可见,在控制传输过程中,USB设备驱动比较关心的应该是45689这些步骤,其他的差不多都由硬件自动完成了。

    展开全文
  • usb传输原理,一篇短小精悍的文章告诉你USB传输的基本原理。
  • USB ID 传输数据原理

    千次阅读 2019-08-05 16:19:56
    USB引脚一般四根线,定义如下: 为支持OTG功能,mini/micro usb接口扩展了一个ID引脚(第4脚) A设备端ID脚接地,则初始状态为Host,例如PC和支持OTG设备做主设备时 B设备端ID脚悬空,默认上拉为高电平,则初始...

    转载请标注原文地址:http://blog.csdn.net/uranus_wm/article/details/9838847

     

    一 USB引脚一般四根线,定义如下:


    为支持OTG功能,mini/micro usb接口扩展了一个ID引脚(第4脚)

    A设备端ID脚接地,则初始状态为Host,例如PC和支持OTG设备做主设备时

    B设备端ID脚悬空,默认上拉为高电平,则初始状态为Device,例如U盘和支持OTG设备做从设备时

    1. 移动设备如需支持OTG,内部ID引脚需要默认上拉为高

    2. VBUS是输入输出双向引脚。对于Device是power supply输入脚;对于Host需要串一个5V电源输出给device。


    二 USB插入检测过程,看下面一个简单电路,Samsung Exynos4412平台:


    电路描述:CON1为micro usb连接器,VBUS连接系统XuotgVBUS脚,同时提供一个中断输出脚到XEINT28

    同时外部一个DC5V经过控制芯片也输出到XuotgVBUS,作为host时需要用到给外部供电

    ID脚上拉1.8V作为Host/Slave检测,同时提供另一个中断输入脚到XEINT29

     

    该设备支持OTG,下面说下设备的发现过程:

    作为从设备插入PC端口时:

    1.  系统检测到VBUS上的XEINT28上升沿触发中断,因为PC端会有一个5V从VBUS给过来,进入中断处理函数进一步确认ID脚状态,ID脚为低则状态错误,ID脚为高表示设备应该切换到从设备模式

    2. 通知usb gadget使能vbus,按照device模式使能PHY。gadget在probe时注册了一个SPI软中断IRQ_USB_HSOTG,用于响应数据接收

    3. 开启usb clk,使能PHY,此时外部5V电源供给系统XuotgVBUS,gadget收到IRQ_USB_HSOTG中断要求重启OTG core

    4. USB DP(高速设备为DP,低速设备为DM)上产生一个高电平脉冲,此时PC识别到一个USB设备插入,windows会提示用户

    5. 后续就是SETUP,GET DISCRIPTOR的过程

     

    作为主设备发现设备插入时:

    1. 系统检测到ID脚上XEINT29下降沿触发中断(实际是插入的usb公口第四脚直接连接到第五脚地上面),进入中断处理,切换到主设备模式

    2. 关中断,使能DC5V给VBUS上电,唤醒ehci与ohci

    3. usb core在内核初始化时注册了一个名为khubd的内核线程,由khubd监控port event。(实际过程我理解是从设别由VUBS供电后,会在DP或DM上产生一个高电平脉冲

    ehci在接收到脉冲信号后识别到设备插入,仅仅是理解,这一点未验证)

    3. khubd获取port,speed后交给ehci,接下来就是usb的SETUP,GET DISCRIPTOR过程


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    • 一 USB引脚一般四根线,定义如下:

    为支持OTG功能,mini/micro usb接口扩展了一个ID引脚(第4脚)

    A设备端ID脚接地,则初始状态为Host,例如PC和支持OTG设备做主设备时

    B设备端ID脚悬空,默认上拉为高电平,则初始状态为Device,例如U盘和支持OTG设备做从设备时

    1. 移动设备如需支持OTG,内部ID引脚需要默认上拉为高

    2. VBUS是输入输出双向引脚。对于Device是power supply输入脚;对于Host需要串一个5V电源输出给device。

    二 USB插入检测过程,看下面一个简单电路,Samsung Exynos4412平台:

    电路描述:CON1为micro usb连接器,VBUS连接系统XuotgVBUS脚,同时提供一个中断输出脚到XEINT28

    同时外部一个DC5V经过控制芯片也输出到XuotgVBUS,作为host时需要用到给外部供电

    ID脚上拉1.8V作为Host/Slave检测,同时提供另一个中断输入脚到XEINT29

    该设备支持OTG,下面说下设备的发现过程:

    作为从设备插入PC端口时:

    1. 系统检测到VBUS上的XEINT28上升沿触发中断,因为PC端会有一个5V从VBUS给过来,进入中断处理函数进一步确认ID脚状态,ID脚为低则状态错误,ID脚为高表示设备应该切换到从设备模式

    2. 通知usb gadget使能vbus,按照device模式使能PHY。gadget在probe时注册了一个SPI软中断IRQ_USB_HSOTG,用于响应数据接收

    3. 开启usb clk,使能PHY,此时外部5V电源供给系统XuotgVBUS,gadget收到IRQ_USB_HSOTG中断要求重启OTG core

    4. USB DP(高速设备为DP,低速设备为DM)上产生一个高电平脉冲,此时PC识别到一个USB设备插入,windows会提示用户

    5. 后续就是SETUP,GET DISCRIPTOR的过程

    作为主设备发现设备插入时:

    1. 系统检测到ID脚上XEINT29下降沿触发中断(实际是插入的usb公口第四脚直接连接到第五脚地上面),进入中断处理,切换到主设备模式

    2. 关中断,使能DC5V给VBUS上电,唤醒ehci与ohci

    3. usb core在内核初始化时注册了一个名为khubd的内核线程,由khubd监控port event。(实际过程我理解是从设别由VUBS供电后,会在DP或DM上产生一个高电平脉冲

    ehci在接收到脉冲信号后识别到设备插入,仅仅是理解,这一点未验证)

    1. khubd获取port,speed后交给ehci,接下来就是usb的SETUP,GET DISCRIPTOR过程[ ] 计划任务
    • 完成任务

    创建一个表格

    一个简单的表格是这么创建的:

    项目 Value
    电脑 $1600
    手机 $12
    导管 $1

    设定内容居中、居左、居右

    使用:---------:居中
    使用:----------居左
    使用----------:居右

    第一列 第二列 第三列
    第一列文本居中 第二列文本居右 第三列文本居左

    SmartyPants

    SmartyPants将ASCII标点字符转换为“智能”印刷标点HTML实体。例如:

    TYPE ASCII HTML
    Single backticks 'Isn't this fun?' ‘Isn’t this fun?’
    Quotes "Isn't this fun?" “Isn’t this fun?”
    Dashes -- is en-dash, --- is em-dash – is en-dash, — is em-dash

    创建一个自定义列表

    Markdown
    Text-to-HTML conversion tool
    Authors
    John
    Luke

    如何创建一个注脚

    一个具有注脚的文本。2

    注释也是必不可少的

    Markdown将文本转换为 HTML

    KaTeX数学公式

    您可以使用渲染LaTeX数学表达式 KaTeX:

    Gamma公式展示 Γ(n)=(n1)!nN\Gamma(n) = (n-1)!\quad\forall n\in\mathbb N 是通过欧拉积分

    Γ(z)=0tz1etdt&ThinSpace;. \Gamma(z) = \int_0^\infty t^{z-1}e^{-t}dt\,.

    你可以找到更多关于的信息 LaTeX 数学表达式here.

    新的甘特图功能,丰富你的文章

    Mon 06Mon 13Mon 20已完成 进行中 计划一 计划二 现有任务Adding GANTT diagram functionality to mermaid
    • 关于 甘特图 语法,参考 这儿,

    UML 图表

    可以使用UML图表进行渲染。 Mermaid. 例如下面产生的一个序列图::

    张三李四王五你好!李四, 最近怎么样?你最近怎么样,王五?我很好,谢谢!我很好,谢谢!李四想了很长时间,文字太长了不适合放在一行.打量着王五...很好... 王五, 你怎么样?张三李四王五

    这将产生一个流程图。:

    链接
    长方形
    圆角长方形
    菱形
    • 关于 Mermaid 语法,参考 这儿,

    FLowchart流程图

    我们依旧会支持flowchart的流程图:

    Created with Raphaël 2.2.0开始我的操作确认?结束yesno
    • 关于 Flowchart流程图 语法,参考 这儿.

    导出与导入

    导出

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    继续你的创作。


    1. mermaid语法说明 ↩︎

    2. 注脚的解释 ↩︎

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    OTG 检测的原理是:
      USB OTG标准在完全兼容USB2.0标准的基础上,增添了电源管理(节省功耗)功能,它允许设备既可作为主机,也可作为外设操作(两用OTG)。USB OTG技术可实现没有主机时设备与设备之间的数据传输。例如:数码相机可以直接与打印机连接并打印照片,手机与手机之间可以直接传送数据等,从而拓展了USB技术的应用范围。在OTG中,初始主机设备称为A设备,外设称为B设备。也就是说,手机既可以做外设,又可以做主机来传送数据,可用电缆的连接方式来决定初始角色(由ID线的状态来决定)。
    USB OTG接口中有5条线:   
    2条用来传送数据(D+ 、D-);     
    1条是电源线(VBUS);      
    1条则是接地线(GND)、
    1条是ID线。ID线---以用于识别不同的电缆端点,mini-A插头(即A外设)中的ID引脚接地,mini-B插头(即B外设)中的ID引脚浮空。当OTG设备检测到接地的ID引脚时,表示默认的是A设备(主机),而检测到ID引脚浮空的设备则认为是B设备(外设)。
    只有而言支持USB OTG的设备(即可以做USB Host有可以做Slave的设备),USB_ID信号才有意义。 
    当设备检测到USB_ID信号为低时,表该设备应作为Host(主机,也称A设备)用。
    当设备检测到USB_ID信号为高时,表示该设备作为Slave(外设,也称B设备)用。
    实际的USB连接线中,是没有USB_ID这根线的。 都是在接口部分直接拉死的的。
    对于Host端,只需将连接线的USB_ID pin和地短接即可,
    对于Slave端,USB连接线的USB_ID pin是悬空的。(设备内部上拉)。


    USB OTG的工作原理
      OTG补充规范对USB 2.0的最重要的扩展是,其更具节能性的电源管理和允许设备以主机和外设两种形式工作。OTG有两种设备类型:两用OTG设备(Dualrole device)和外设式OTG设备(Peripheralonly OTG device) 。两用OTG设备完全符合USB 2.0规范,同时,他还要提供有限的主机能力和一个 MiniAB插座、支持主机流通协议(Host Negotiatio n Protocol,HNP),并和外设式OTG设备一样支持事务请求协议 (Session Request Protocol, SRP)。当作为主机工作时,两用OTG设备可在总线上提供8 mA的电流,而以往标准主机则需要提供100~500 mA的电流。
      2个两用OTG设备连接在一起时可交替以主机和从机的方式工作,这个特点兼容了现有USB 规范主机/外设的结构模型。OTG主机负责初始化数据通信的任务,比如:总线复位、获取USB 各种描述符和配置设备。这些配置完成后,2个OTG设备便可以分别以主机和从机方式传输信息,2个设备主从角色交换的过程由主机传输协议(HNP)定义。

    下面从5个方面说明OTG的工作原理。
    1.1主机(Adevice)和从机(Bdevice)的初始功能
      设备的初始功能是通过定义连接器来实现的。OTG定义了一个 叫做MiniAB的袖珍插孔,他能直接接入MiniA或者MiniB插口,MiniAB有一个ID引脚上拉至电源端,MiniA插头有一个与地连接好的 ID(R<10 Ω),Mini B插头有一个与地连接的开路ID引脚(R>100 kΩ)。当2个OTG设备连接到一起的时 候 ,MiniA插头边的ID引脚会注入一个"0"状态,MiniB插头边的ID引脚为 "1",ID为0的OTG设备默认为主机 (Adevice),ID为1的OTG设备默认为从机(B device)。
    1.2 对话请求协议SRP(Session Request Protocol)
      这个协议允许Adevice(可以是电池供电)在总线未使用 时通过切断Vbus来节省电源消耗,也为Bdevice启动总线活动提供了一种方法。任何一个Adevice, 包括PC或便携式电脑,都可以响应 SRP;任何一个Bdevice,包括一个标准USB外设, 都可以启动SRP;要求一个双重功能设备既能启动SRP,又能响应SRP。
    在以往的USB系统运行过程中,主机提供5V的电源和不低于100mA的总线电流。当OTG 主机(指以主机方式工作的两用OTG设备,又称A-device)连接到有线电源时这种方法是适用的,但像手机这样的自供电移动设备则不能承受如此大的电 能浪费。为了节约电源延长电池的使用寿命,当总线上没有活动时,OTG主机将挂起总线电源VBUS。SRP协议可使OTG从机(指外设式设备或者以外设方 式工作的两用设备,又称Bdevice,此处指后者)请求A-device重新使能VBUS,而后A-device使用HNP协议交换两个设备的工作方式,这两步完成后由新的OTG主机开始事务传输。B-device可在前一事务结束2ms后的任意时间开始SRP,SRP的时序波形见图形1。
    B-device将先后执行数据线脉冲调制(data-line pul-sing)和VBUS脉冲调制(VBUS pulsing) 。它通过使能数据线上拉电阻(全速和高速设备为D+,低速设备为D-)5~10ms实现前者,后者通过驱动VBUS实现。
    VBUS必须要有足够长的时间对 其电容充电,这个时间应能保证不大于13μF的电容充电至2.1V(OTG设备的电容是6.5μF或更小),从而不会对标准主机的96μF或更高的电容充 电至2.0V。该限制保证了从Bdevice引来的VBUS电流不会破坏标准主机的端口。
    A-device检测到数据线脉冲调制或者VBUS脉冲调制后,首先复位总线,然后发送 Set_feature命令而先不进行设备的枚举,此时B-device尚处在默认的从机状态。如果Set_feature命令成功执行,说明B- device为两用OTG设备,A-device(使用HNP协议)挂起VBUS准备让B-device交换为主机方式接管总线。如果 Set_feature命令执行失败,说明B-device为外设式OTG设备,于是A-device使能VBUS准备开始一个传输事务(此时,A- device只是被唤醒,并未改变工作方式)。当Adevice认为总线上没有传输需要时,挂起VBUS以结束该事务。这种A-device自动检测 B-device是否支持HNP协议的特征称为"No Silent Failure"。
    1.3 主机流通协议HNP(Host Negotiation Protocol)
    当两用设备连接了一个Mini-A插头或者Mini-B插头时,它相应的便以OTG主机或者OTG外设的默认方式工作。A-device为默认主机,所以由它提供VBUS电源,且在检测到有设备接入时复位总线、枚举并配置B-device。
    A-device在完成对B-device的使用后,可以通过查询B-device的 OTG性能描述符来判断是否支持HNP协议(即是否为两用OTG设备)。如支持HNP,B-device将返回有效的OTG性能描述符,Adevice则产生一个Set_feature命令(即HNP_Enable)来通知B-device可以在总线挂起的时候以主机方式工作,随后A-device挂起总线。
    B-device通过上拉电阻(全速时)或者下拉电阻(高速时)拉低D+以示连接断开。随 后,作为对Bdevice断开的响应,A-device使能它的数据线并开始以从机方式工作。完成这些转换后,B-device和Adevice便各自以主机角色和外设角色使用总线。如果该B-device属于两用OTG设备且A-device不再使用它了,A-device便重发 Set_feature命令并挂起总线。若B-device申请角色转换时出错,A-device则拉低VBUS以结束该事务。当B-device正常结 束传输事务时便挂起VBUS使能其上拉电阻,重新以从机方式运行。A-device检测到总线挂起后,发出一个连接断开信号并重新以主机方式工作。
    当两用设备连接了一个Mini-A插头或者Mini-B插头时,它相应的便以OTG主机或者OTG外设的默认方式工作。A-device为默认主机,所以由它提供VBUS电源,且在检测到有设备接入时复位总线、八举并配置B-device。
    A-device在完成对B-device的使用后,可以通过查询B-device的OTG 性能描述符来判断是否支持HNP协议(即是否为两用OTG设备)。如支持HNP,B-device将返回有效的OTG性能描述符,A-device则产生一个Set_feature命令(即HNP_Enable)来通知B-device可以在总线挂起的时候以主机方式工作,随后Adevice挂起总线。 HNP的时序波形见图2。
    B-device通过上拉电阻(全速时)或者下拉电阻(高速时)拉低D+以示连接断开。随 后,作为对B-device断开的响应,A-device使能它的数据线并开始以从机方式工作。完成这些转换后,B-device和A-device便各自以主机角色和外设角色使用总线。如果该B-device属于两用OTG设备且A-device不再使用它了,Adevice便重发 Set_feature命令并挂起总线。若B-device申请角色转换时出错,A-device则拉低VBUS以结束该事务。当B-device正常结 束传输事务时便挂起VBUS使能其上拉电阻,重新以从机方式运行。Adevice检测到总线挂起后,发出一个连接断开信号并重新以主机方式工作。
    HNP是一种用来实现Adevice和Bdevice主机/从机转换的协议(实际上是电缆的反转)。
    主/从机功能交换的结果表现在下列过程中:
    (1)利用上拉电阻来发送信号给从机。
    (2)Adevice可在Bdevice上设置"HNP Enable"特性。
    (3)Bdevice断开上拉。
    (4)ADevice与上拉电阻相连,表明Adevice从属于从机。
    (5)Adevice给Vbus供电。
    (6)Bdevice检测Adevice的上拉。
    (7)复位/列举/使用Adevice。
    OTG描述符
    在枚举阶段,OTG A-device将会从B-device请求OTG配置描述符。此三字节描述符由三部分组成:bLength, bDescriptorType, 和bmAttributes,位定义如下图所示。
    srp_support
    如果设备支持SRP,则这一位设置为TRUE。
    hnp_support
    如果设备支持HNP,则这位设置为TRUE。
    Set Feature Commands
    A-device会使用SetFeature 命令使能B-device的特点行为,或表明A-device到B-device的特定能力。
    b_hnp_enable
    设置此特性表明B-device已经能够执行HNP。
    此特性仅在总线复位或会话结束时清除,不能通过ClearFeature(b_hnp_enable) 命令清除。
    a_hnp_support
    设置此特性表明B-device连接的A-device端口支持HNP。A-device会在会话开始,任意B-device配置被选择之前设置此特性。
    a_alt_hnp_support
    设置此特性表明B-device连接的A-device端口没有HNP功能,但是此A-device 有备用的端口具备HNP功能。此特性仅在总线复位或会话结束时清除,不能通过ClearFeature(b_hnp_enable) 命令清除。
    2 连接器和电缆
    2.1 连接器
    USB IF在OTG中定义了更小的连接器,可以同时用于主机式和外设式的设备、具有更低的电源需求、扩展的电源保护模式和利于上层软件开发的简洁设计。
    OTG和现有的USB2.0规范完全兼容,一个主要的机械上改进是它的新式连接器。USB 2.0定义了三种连接器对(插头和插座):Standard-A、Standard-B和Mini-B。Mini-B连接器是专为较小的外设(如移动电话 等)开发的。OTG规范增加了第四种插头:Mini-A,两种插座:Mini-A和Mini-AB。这些连接器比最初的USB连接器要小许多 (如:Mini-A插头截面积只有Standard-A插头的38%),更适合于便携式设备。
    Mini-AB插座用于两用设备。Mini-A新增的ID脚(以前的USB插头不含此脚)在连接Mini-AB时接地短路,而Mini-B则使该脚断开,这样两用设备便可识别连接设备的类型以决定设备的默认角色。
    Mini-A和Mini-B插头是严格配对适用的,如:不能将Mini-A插头和Mini- B插座配合使用。但是,Mini-AB插座适合于以上两种插头。在外形上,Mini-A更新近于椭圆形,而Mini-B更接近于正方形。另外,他们的插头 和插座内部的塑料都有颜色:Mini-A为白色,Mini-B为黑色,Mini-AB为灰色。
    2.2 电缆
    USB 2.0规范定义了两种电缆:Standard-A至Standard-B和Standard-A至Mini-B。OTG新增了两种电缆:Mini-A至 Standard-B和Mini-A至Mini-B。Mini-A-to-Mini-B电缆的延迟被减少到可以在“A端”使用适配器,如:用 Standard-A插头连接OTG两用设备需要一个Standard-A插座至Mini-A插头的适配器,而且Mini-A插头连接Standard- A插座时需要一个Mini-A插座至Standard-A插头的适配器。
    3 USB On-The-Go设备类型
    OTG有两种设备:两用OTG设备和外设式OTG设备。两用OTG设备可以作为USB外设或 者USBOTG主机,并且可为总线提供8mA电流。而外设式OTG设备不具备主机性能,它必须在向两用设备(主机)的请求获准后才能通信。两用OTG设备必须能以 全速方式运行,而高速运行的方式是可选的。外设型OTG设备可以设计在高速、全速和低速中的任意一种方式下工作。
    3.1 两用OTG设备(dual-role device)
    两用OTG设备都有一个Mini-AB插槽,所以一个Mini-A至Mini-B电缆可以直接将两个两用OTG设备连接在一起,而此时用户不会觉察到两个设备的不同,也不知道它们的默认主从配置。
    A-device(主机)必须在事务传输过程中提供总线电源,这是A-device和B- device的主要不同,同时也说明了两个设备的连接的非对等关系。A-device负责为总线供电因此它控制通信发生的时机,B-device只有通过SRP协议向“主机”请求传输。
    设计一个两用设备是比较困难的,因为它要具备:有限的主机能力、可作为一个全速的外设(可选的高速方式)、OTG目标设备的列表、目标设备的驱动程序、支持SRP、支持HNP、一个Mini-AB插座、VBUS上不小于8mA的电流输出、与用户通信的方式。
    3.2 外设式OTG设备(Peripheral-only OTG device)
    外设式OTG设备是普通的USB外设。它有一个OTG功能描述符说明其支持事务请求协议SRP而且它不是两用OTG设备。此外,外设式OTG设备只能配置Mini-B型插座或者必须有一个带Mini-A插头的附属电缆,而不能使用Mini-AB型插座。
    SRP是B-device(此处指外设式设备)向A-device请求传输事务时必须使用的 协议。它由前面提到的数据线脉冲调制和VBUS脉冲调制(B-device产生)两种方法构成。A-device必须能检测这两种方法之一的信号,并开始 一个相应的传输事务。除了固件(firmware)略有增加外,B-device同时可产生两种信号的成本并没有增加成本,而且还使实现A-device 更加简单(只需根据实际情况提供其中一种方式的检测)。
    一个OTG设备不必实现OTG的所有性能。例如,一个外设式OTG设备可能只需支持SRP和一个小于等于8mA的默认电流消耗配置。其实,添加对SRP支持也较简单:在VBUS上接一个驱动电阻并增加一些简单的逻辑,从而产生VBUS脉冲调制信号。
    另外,无论是两用OTG设备还是外设式OTG设备,都可以和通用的许机相连,只不过两用OTG设备具有一定的主机能力(可以驱动特定的一组OTG设备工作)。
    1.4 驱动程序
      与PC主机不同,便携式设备没有便捷的方式和足够的空间装载新的驱动程序。因此,OTG 规范要求每个两用OTG设备有一个支持的外设式OTG目标设备的列表,列表中包括设备的类型和制造商等信息。
    与PC机不同,OTG两用设备的驱动程序栈由USB主机栈和USB设备栈构成以满足两种工作方式的需要。OTG驱动程序通过连接器的不同或者是否有NHP交换设备的工作方式来决定使用USB主机栈还是USB设备栈。
    当OTG两用设备以主机方式工作时,USB主机栈工作。其中 的主机控制器驱动程序负责USB 主机栈与硬件端点的数据交换,USB驱动程序枚举并保存设备的信息,目标外设主机类驱动程序支持目标设备列表里的设备。 主机类驱动程序由芯片制造商提供,同时,OTG提供通用的主机类驱动程序(可以修改以用于非通用设备)。
    当OTG两用设备以从机方式工作时,USB设备栈工作。其中的设备控制器驱动程序负责USB设备栈与硬件端点的数据交换,USB协议层负责处理USB协议规范,设备类驱动程序的功能取决于该两用设备的功能(如数码照相机、存储设备、打印机等)。
    OTG驱动程序负责处理两用OTG设备的工作方式转换,同时,他还可以返回其结果(如设备是否支持HNP)并处理总线错误。应用层程序通过OTG驱动程序开始或者结束一个传输事务, 通过USB主机栈或设备栈与硬件层交换数据。
    1.5 数据流模型
    OTG主机和设备被划分为功能层、USB设备层和USB接口层3个不同层次,USB接口层为OTG主机和OTG设备提供物理连接;
    USB 系统软件使用主机控制器来管理主机与USB设备的数据传输。USB系统软件相对于主机控制器而言,处理的是以客户角度观察的数据传输及客户与设备的交互。
    USB设备层为USB主机系统软件提供一个可用的逻辑设备。主机通过与之功能匹配的客户软件实现其各种功能。
    OTG设备与以往的USB设备一样有两种通道:数据流通道和消息通道。数据流通道没有定义好的结果,而消息通道则有固定的结构。但是,每个通道都有一定的带宽、传输类型、传输方向和缓冲区大小。自供电设备配置一个默认的控制通道,由他提供该设备的配置和状态等信息。
    USB OTG规范是USB2.0规范的补充而不是替代品。PC主机和标准外设并没有被取代,因为新的OTG仅适用于需要具有主机功能和更小体积的便携式设备。 OTG在这些外设间引入了点对点的(point-to-point)通信方式,这使得便携式仪器的发展有了更加广阔的空间。USB OTG已受到Cypress等芯片供应商、软件开发商和设备制造商的广泛支持,OTG不久将会成为新一代的“移动计算”解决方案。
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    1994年,Intel,Compaq等七家软硬件全球知名企业为了突破当时PC使用串口和并口传输速度的限制,成立了通用串行总线开发者论坛(USB Implementers Forum, USB IF),并在1994年11月提出了USB 0.7版,到了1998年开始...
    1994年,Intel,Compaq等七家软硬件全球知名企业为了突破当时PC使用串口和并口传输速度的限制,成立了通用串行总线开发者论坛(USB Implementers Forum, USB IF),并在1994年11月提出了USB 0.7版,到了1998年开始出现了支持USB 1.1的设备,他的高速性(USB1.1支持1.5 Mb/s和12 Mb/s两种速度[1])和易用性迅速使之成为P C外设的宠儿。为了对抗1394速度的优势(1394可以达到400 Mb/s),1999年提出了US B 2.0规范的思想,2000年4月USB IF推出USB 2.0。USB 2.0向下兼容1.1,提供3种速度 ,最高可以达到480 Mb/s[2]。
      USB 1.1和2.0都是必须依赖于PC的,为了在一定程度摆脱对PC的完全依赖,有一定程度的主机功能,2001年12月推出了OTG 1.0,经过6次修改,于2003年6月推出了USB OTG 1.0 a,正式成为一个达到市场实用的规范[3]。
      本文中分析讨论了USB 2.0补充规范OTG的工作原理,并且针对目前数码相机伴侣存在的问题,作者提出了自己的解决方案。

    1USB OTG的工作原理
      OTG补充规范对USB 2.0的最重要的扩展是其更具节能性的电源管理和允许设备以主机和外设两种形式工作。OTG有两种设备类型:两用OTG设备(Dualrole device)和外设式OTG设备(Peripheralonly OTG device) 。两用OTG设备完全符合USB 2.0规范,同时,他还要提供有限的主机能力和一个MiniAB插座、支持主机流通协议(Host Negotiatio n Protocol, HNP),并和外设式OTG设备一样支持事务请求协议(Session Request Protocol, SRP)。当作为主机工作时,两用OTG设备可在总线上提供8 mA的电流,而以往标准主机则需要 提供100~500 mA的电流。
      2个两用OTG设备连接在一起时可交替以主机和从机的方式工作,这个特点兼容了现有USB 规范主机/外设的结构模型。OTG主机负责初始化数据通信的任务,比如:总线复位、获取USB 各种描述符和配置设备。这些配置完成后,2个OTG设备便可以分别以主机和从机方式传输信息,2个设备主从角色交换的过程由主机传输协议(HNP)定义。
      下面从5个方面说明OTG的工作原理。
    1.1主机(Adevice)和从机(Bdevice)的初始功能
      设备的初始功能是通过定义连接器来实现的。OTG定义了一个叫做MiniAB的袖珍插孔,他能直接接入MiniA或者MiniB插口,MiniAB有一个ID引脚 上拉至电源端,MiniA插头有一个与地连接好的ID(R<10 Ω),Mini B插头有一个与地连接的开路ID引脚(R>100 kΩ)。当2个OTG设备连接到一起的时候 ,MiniA插头边的ID引脚会注入一个“0”状态,MiniB插头边的ID引脚为 “1”,ID为0的OTG设备默认为主机(Adevice),ID为1的OTG设备默认为从机(B device)。图1对上述内容进行了图解[4]。
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    1.2对话请求协议SRP(Session Request Protocol)

      这个协议允许Adevice(可以是电池供电)在总线未使用时通过切断Vbus来节省电源消耗,也为Bdevice启动总线活动提供了一种方法。任何一个Adevice, 包括PC或便携式电脑,都可以响应SRP;任何一个Bdevice,包括一个标准USB外设, 都可以启动SRP;要求一个双重功能设备既能启动SRP,又能响应SRP。

      1.3主机流通协议HNP(Host Negotiation Protocol)

      HNP是一种用来实现Adevice和Bdevice主机/从机转换的协议(实际上是电缆的反转)。主/从机功能交换的结果表现在下列过程中:

      (1)利用上拉电阻来发送信号给从机。

      (2)Adevice可在Bdevice上设置“HNP Enable”特性。

      (3)Bdevice断开上拉。

      (4)ADevice与上拉电阻相连,表明Adevice从属于从机。

      (5)Adevice给Vbus供电。

      (6)Bdevice检测Adevice的上拉。

      (7)复位/列举/使用Adevice。

      1.4驱动程序

      与PC主机不同,便携式设备没有便捷的方式和足够的空间装载新的驱动程序。因此,OTG 规范要求每个两用OTG设备有一个支持的外设式OTG目标设备的列表,列表中包括设备的类型和制造商等信息。

      与PC机不同,OTG两用设备的驱动程序栈由USB主机栈和USB设备栈构成以满足两种工作方式的需要。OTG驱动程序通过连接器的不同或者是否有NHP交换设备的工作方式来决定使用USB主机栈还是USB设备栈。

      当OTG两用设备以主机方式工作时,USB主机栈工作。其中的主机控制器驱动程序负责USB 主机栈与硬件端点的数据交换,USB驱动程序枚举并保存设备的信息,目标外设主机类驱动程序支持目标设备列表里的设备。主机类驱动程序由芯片制造商提供,同时,OTG提供通用的主机类驱动程序(可以修改以用于非通用设备)。

      当OTG两用设备以从机方式工作时,USB设备栈工作。其中的设备控制器驱动程序负责USB 设备栈与硬件端点的数据交换,USB协议层负责处理USB协议规范,设备类驱动程序的功能取决于该两用设备的功能(如数码照相机、存储设备、打印机等)。

      OTG驱动程序负责处理两用OTG设备的工作方式转换,同时,他还可以返回其结果(如设备是否支持HNP)并处理总线错误。应用层程序通过OTG驱动程序开始或者结束一个传输事务, 通过USB主机栈或设备栈与硬件层交换数据。

      1.5数据流模型

      OTG主机和设备被划分为功能层、USB设备层和USB接口层3个不同层次,如图2所示。

    usb otg原理 - xxhalbert - xxhalbert的博客

    USB接口层为OTG主机和OTG设备提供物理连接,USB系统软件使用主机控制器来管理主机与 USB设备的数据传输。USB系统软件相对于主机控制器而言,处理的是以客户角度观察的数据传输及客户与设备的交互。USB设备层为USB主机系统软件提供一个可用的逻辑设备。主机通过与之功能匹配的客户软件实现其各种功能。

      OTG设备与以往的USB设备一样有两种通道:数据流通道和消息通道。数据流通道没有定义好的结构,而消息通道则有固定的结构。但是,每个通道都有一定的带宽、传输类型、传输方向和缓冲区大小。自供电设备配置一个默认的控制通道,由他提供该设备的配置和状态等信息。

      2目前数码相机伴侣存在的问题及其解决方案

      上面对USB OTG的工作原理的主要部分进行了说明,下面将探讨USB OTG的应用。

      当前随着中高档数码设备如数码相机的价格的下降,已经开始普及到千家万户,统计表明 ,2003年上半年数码相机的销量达到38.5万台,年底有望突破100万台,其进口量比去年同期增加了53倍,而现在一般使用的数码相机象素在200万~400 万,尤其以320万象素左右的为市场热点,如果要拍摄高质量的照片,每张会超过1M,即使是256M的存储空间也会很快消耗光了,而现在市场上CF卡等存储介质的价格一直高居不下,所以就应运而生了一种叫做数码相机伴侣(典型的产品如Phototainer,韩国Innoplus公司产品)的电子消费类产品。 这类产品能够提供以下功能:

      (1)通过读卡机,能把各种存储介质(比如SD卡,CF卡等)上的内容拷贝到移动硬盘中去 ,为外出旅行的人们提供了极大的方便。

      (2)通过USB口,可以在计算机上和数码相机伴侣之间进行数据拷贝、删除等功能。

      (3)提供大容量的存储空间(从10 GB到40 GB都有),外出旅行的人再也不必为存储卡的容量操心了,大可放心的拍摄。

      作者认为这类产品美中不足的是:

      (1)他读取数码相机存储介质的方法是通过读卡机来实现的,也就是必须把数码相机的存储介质取下来,插到数码相机伴侣上的插口里,不但很不方便,而且注定了数码相机伴侣的尺寸重量不会很小,由于存在不同存储介质还必须有不同类型的插口(一般都是要两种插口 )。

      (2)为了兼容多种存储介质,还必须要配置转接设备。

      (3)耗电量也很大的,一般来说,一次充电只能用1~2 h。

      (4)当前许多此类产品还采用USB 1.1接口,传输速度显然不可能达到用户的期望。

      针对上面存在的问题,作者考虑把USB OTG技术应用到数码相机伴侣上来,从以下几个方面进行改进:

      (1)采用PHILIPS ISP1362芯片来实现USB OTG功能。优点如下:

      ①利用USB OTG的双重角色功能,使之可以在连接到其他便携式数码产品或者存储介质时可以作为主机,来完成数据从其他外设拷贝到移动硬盘中;当他连接到PC中时,就可以作为普通的USB设备,由PC控制,进行数据的操作。

      ②采用USB OTG,整体结构将发生翻天覆地的变化,将读取数据等工作将由芯片完成 ,也就省去了很多关系存储卡的工作,所以可以将尺寸和重量做的很小,而且在使用的时候也是很方便的,只要使用USB电缆连接移动硬盘和数码相机伴侣等设备就可以了。

      ③USB OTG的优秀电源管理能力也能使电池的使用时间更加持久。

      (2)可以考虑采用大容量微硬盘,一方面满足大容量的存储需求,另一方面可以把整个数码相机伴侣体积大幅度的减小。

      (3)USB 2.0在速度上的优势已经得到了市场的积极支持,所以采用的USB 2.0接口保证了数据传输的高效。

      经过改进后的数码相机伴侣与目前市面上的数码相机伴侣相比,具有如下特点:

      (1)PHILIPS ISP1362芯片来实现USB OTG功能,无需PC就可把图像等数据拷贝到硬盘上。

      (2)内置1英寸大容量微硬盘,满足现在数据大量存储的要求。

      (3)无需取下数码相机等数码设备的存储卡,使用方便。

      (4)采用USB 2.0规范,最高速度可以达到480 Mb/s。

      (5)可以充当便携式移动硬盘,完成数据备份等工作。

      (6)简单控制,只有电源和复制按钮,即可轻松实现对存储数据的操作。

      (7)采用微硬盘,典型的产品如Magicstore,体积可以更小,更时尚诱人。

      (8)使用LCD显示各种状态。

      (9)由于使用了OTG的特别供电模式,电源耐久性会有很好表现。

      具有USB OTG功能的数码相机伴侣由于其具有海量存储、存取数据、存取速度快和出色的电源管理等特点,不仅可以充当便携式移动硬盘,更为外出旅行的人提供了极大的方便。

      3结语

      分析讨论了USB 2.0补充规范OTG的工作原理,作者针对目前数码相机伴侣存在的问题提出了应用USB OTG技术进行改进的方案。USB OTG已受到Cypress等芯片供应商、软件开发商和设备制造商的广泛支持,该方案从理论上和实际应用上都是实际可行的,非常具有应用价值。USB OTG规范是USB 2.0规范的补充而不是替代品。PC主机和标准外设并没有被取代,因为新的OTG仅适用于需要具有主机功能和更小体积的便携式设备。OTG在这些外设间引入了点对点的(point to point)通信方式,这使得便携式仪器的发展有了更加广阔的空间,OTG不久将会成为新一代的“移动计算”解决方案。

     
     

    转自:http://m.eeworld.com.cn/ic_article/282/30951.html
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